FI114260B - Modular switchgear and portable radio equipment - Google Patents

Modular switchgear and portable radio equipment Download PDF

Info

Publication number
FI114260B
FI114260B FI20002529A FI20002529A FI114260B FI 114260 B FI114260 B FI 114260B FI 20002529 A FI20002529 A FI 20002529A FI 20002529 A FI20002529 A FI 20002529A FI 114260 B FI114260 B FI 114260B
Authority
FI
Finland
Prior art keywords
coupling
matching
switching
modular
signals
Prior art date
Application number
FI20002529A
Other languages
Finnish (fi)
Swedish (sv)
Other versions
FI20002529A0 (en
FI20002529L (en
Inventor
Outi Kivekaes
Jani Ollikainen
Pertti Vainikainen
Ilkka Kelander
Original Assignee
Outi Kivekaes
Jani Ollikainen
Pertti Vainikainen
Ilkka Kelander
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Outi Kivekaes, Jani Ollikainen, Pertti Vainikainen, Ilkka Kelander filed Critical Outi Kivekaes
Priority to FI20002529A priority Critical patent/FI114260B/en
Publication of FI20002529A0 publication Critical patent/FI20002529A0/en
Publication of FI20002529L publication Critical patent/FI20002529L/en
Application granted granted Critical
Publication of FI114260B publication Critical patent/FI114260B/en

Links

Landscapes

  • Support Of Aerials (AREA)

Description

114260114260

RADIOLAITTEEN MODULAARINEN KYTKENTÄRAKENNE JA KANNETTAVA RADIOLAITERADIO MODULAR SWITCHING STRUCTURE AND PORTABLE RADIO DEVICE

Esillä oleva keksintö liittyy radiolaitteen modulaariseen kytkentärakenteeseen, 5 jota käytetään RF-signaalien lähetyksessä ja/tai vastaanottossa. Keksintö liittyy myös kannettavaan radiolaitteeseen kuten matkapuhelimeen, joka sisältää RF-signaalien lähetykseen ja/tai vastaanottoon käytettävän modulaarisen kytkentärakenteen.The present invention relates to a modular switching structure for a radio device used in the transmission and / or reception of RF signals. The invention also relates to a portable radio device, such as a mobile phone, which includes a modular switching structure for transmitting and / or receiving RF signals.

10 Tyypillisen matkapuhelimen pienen antennielementin kaistanleveys esimerkiksi 900 MHz:n taajuusalueella on noin 10 %. Tällainen antennielementti säteilee vain vähäisen osan kokonaissäteilytehosta. Pääosan säteilystä aiheuttavat antennin matkapuhelimen runkoon tai piirilevyyn indusoimat virrat. Näin ollen antennielementtiä ei välttämättä tarvitse suunnitella säteileväksi. Tämä antaa 15 uusia mahdollisuuksia toteuttaa antenneja tai tarkemmin säteilijöitä erityisesti matkapuhelimiin ja muihin aallonpituuteen verrattuna pieniin radiolaitteisiin. Esillä oleva keksintö on modulaarista kytkentärakennetta hyödyntävä toteutusjärjestely.10 The bandwidth of a small cellular antenna element in a typical mobile phone, for example, in the 900 MHz band is about 10%. Such an antenna element emits only a small part of the total radiation power. Most of the radiation is caused by currents induced by the antenna to the cell phone or circuit board. Thus, the antenna element need not be designed to be radiant. This provides 15 new possibilities for antennas or more precisely to emit radiators especially for cellular phones and other small wavelength radios. The present invention is an implementation arrangement utilizing a modular coupling structure.

20 Matkapuhelimen säteilymekanismien teoriaa kuvataan julkaisussa: P. Vainikainen, J. Ollikainen, O. Kivekäs, and I. Kelander, Effect of phone ; chassis on handset antenna performance, Helsinki University of Technology, \ : Radio Laboratory, Report S 240, (ISBN 951-22-4928-6), Espoo, Finland, March •·\ 2000, 13 p. Julkaisussa osoitetaan, että vaadittavan kaistanleveyden • 25 saavuttamisen kannalta tärkeintä on saada aikaan riittävän voimakas kytkentä matkapuhelinantennin ja matkapuhelimen rungon resonoivien aaltomuotojen . . välille. Tämä voidaan toteuttaa kytkeytymällä joko rungon aaltomuodon ; ” sähkökenttään, magneettikenttään tai molempiin. Koska kytkentä on tyypillisesti heikko ja kytkentärakenteen reaktiivisten ja resistiivisten elementtien määräämä 30 efektiivinen hyvyysluku tyypillisesti yli 20, kytkentärakenteen impedanssin ··. reaktiivinen osa on merkittävä ja täytyy eliminoida, jotta saavutetaan kunnollinen impedanssisovitus kytkentärakenteen ja radiolaitteen piiristön välille. Toinen ongelma on impedanssitaso, joka on joko hyvin korkea (kapasitiivinen kytkentä) tai matala (induktiivinen kytkentä) ja näin ollen vaatii 35 impedanssimuunnoksen. Perinteisesti nämä on saatu aikaan, ainakin osin tahattomasti, käyttämällä resonanssityyppisiä (self-resonant) antenneiksi suunniteltuja elementtejä.20 The theory of mobile phone radiation mechanisms is described in: P. Vainikainen, J. Ollikainen, O. Kivekäs, and I. Kelander, Effect of phone; chassis on handset antenna performance, University of Technology, Radio Laboratory, Report S 240, (ISBN 951-22-4928-6), Espoo, Finland, March • · \ 2000, 13 p. The publication indicates that the required bandwidth • The key to achieving 25 is to provide a sufficiently strong coupling between the cellular antenna and the resonant waveforms of the cellular phone body. . between. This can be accomplished by switching on either the waveform of the body; "Into an electric field, a magnetic field, or both. Since the coupling is typically weak and the effective goodness number determined by the reactive and resistive elements of the coupling structure is typically greater than 20, the impedance of the coupling structure is ··. the reactive portion is significant and must be eliminated in order to achieve proper impedance matching between the switching structure and the circuitry of the radio device. Another problem is the impedance level, which is either very high (capacitive coupling) or low (inductive coupling) and thus requires 35 impedance transformations. Conventionally, these have been achieved, at least in part unintentionally, by the use of elements designed to be resonant (self-resonant) antennas.

2 1142602 114260

Matkapuhelimen sisään rakennettu ns. sisäinen antenni on esitetty esimerkiksi julkaisussa EP-A1-0 892 459. Kyseisessä julkaisussa EP-A1-0 892 459 esitetty rakenne on usealla taajuuskaistalla toimiva mikroliuska-antenni, joka koostuu maatasoon oikosuljetusta tasomaisesta antennielementistä. Tämäntyyppinen 5 järjestely ei ole optimaalinen, koska rakenteella ei pyritä kytkennän maksimointiin. Lisäksi reaktanssin eliminointi ja impedanssimuunnos suoritetaan kuten resonanssityyppisissä antenneissa, mikä johtaa suureen tilantarpeeseen pyrittäessä säteilyhyvyysluvun minimointiin. Tästä johtuen tunnettujen antennirakenteiden merkittävimmät heikkoudet ovat suuri koko ja 10 monimutkainen rakenne.Built-in mobile phone so-called. an internal antenna is disclosed, for example, in EP-A1-0 892 459. The structure disclosed in EP-A1-0 892 459 is a multi-band microstrip antenna consisting of a ground plane short-circuit antenna element. This type of arrangement 5 is not optimal because the design does not seek to maximize coupling. In addition, reactance elimination and impedance conversion are performed as in resonance-type antennas, which results in a large space requirement in an effort to minimize the radiation quality index. As a result, the major weaknesses of known antenna structures are the large size and the complex structure.

Esillä olevan keksinnön tavoitteena on tuottaa optimaalinen ratkaisu tietyn kaistanleveyden saavuttamiseksi rungon tai vastaavan maatason säteilyä hyödyntäen. Keksintö perustuu siihen, että kytkentä ja sovituspiiristö mitoitetaan 15 erikseen sekä sähköisesti (resistanssi ja reaktanssi) että mekaanisesti (koko, muoto ja paikka). Tämä voidaan toteuttaa erottamalla oleellisesti resonoimaton sähkömagneettinen kytkentärakenne, joka on oleellisesti joko sähköistä tai magneettista tyyppiä, ja resonanssityyppinen sovituspiiri, joka on toteutettu joko jakautuneella tai keskitetyllä suurtaajuuspiiriteknologialla ja jolla ei periaatteessa : 20 ole merkittävää kytkentää maatason tai rungon virtojen kanssa. Näin ollen esillä olevan keksinnön mukaiset rakenteet ovat tunnettuja siitä, että ne sisältävät , vähintään yhden oleellisesti resonoimattoman sähkömagneettisen kytkentäelimen, jolla signaalit kytketään radiolaitteen rungon (tai vastaavan maatason) aaltomuotoihin, ja vähintään yhden sovituselimen impedanssien ···. 25 sovittamiseksi siten, että rakenteiden kytkentä-ja sovitusominaisuudet voidaan mitoittaa erikseen.It is an object of the present invention to provide an optimal solution for achieving a specific bandwidth utilizing radiation from a frame or a corresponding ground plane. The invention is based on the fact that the coupling and the matching circuit are dimensioned separately both electrically (resistance and reactance) and mechanically (size, shape and position). This can be accomplished by separating a substantially non-resonant electromagnetic coupling structure of substantially electrical or magnetic type and a resonance-type matching circuit implemented by either distributed or centralized high-frequency circuit technology, which in principle has no significant earth connection. Accordingly, the structures of the present invention are characterized in that they include, at least one, substantially non-resonant electromagnetic coupling means for coupling the signals to the waveforms of the body (or the corresponding ground plane) of the radio device and at least one impedance of the matching means. 25 so that the coupling and fitting properties of the structures can be dimensioned separately.

• · • " Eräs esillä olevan keksinnön edullinen suoritusmuoto on tunnettu siitä, että • sovituselin muodostaa oleellisesti yksiulotteisen (1D) siirtojohtorakenteen tai : 30 keskitetyistä elementeistä koostuvan piirirakenteen ja kytkentäelin yhdessä rungon (tai vastaavan maatason) kanssa kolmiulotteisen (3D) • a a sähkömagneettisen rakenteen, jossa etenee yksi dominoiva ja useita muita aaltomuotoja.A preferred embodiment of the present invention is characterized in that: • the matching member forms a substantially one-dimensional (1D) transmission line structure or: a circuit structure consisting of centered elements and a coupling member together with the body (or equivalent ground plane); with one dominant wave and several other waveforms.

35 Toinen esillä olevan keksinnön edullinen suoritusmuoto on tunnettu siitä, että kytkentäelin koostuu vähintään yhdestä kapasitiivisesta tai induktiivisesta elementistä, jonka sähkö- ja/tai magneettikentän suunta on yhtenevä vähintään 3 114260 yhden säteilevän maatason aaltomuodon sähkö- ja/tai magneettikentän suunnan kanssa.Another preferred embodiment of the present invention is characterized in that the coupling element consists of at least one capacitive or inductive element having an electrical and / or magnetic field direction coinciding with at least 3114260 electric and / or magnetic field directions of one radiating ground plane waveform.

Kolmas esillä olevan keksinnön edullinen suoritusmuoto on tunnettu siitä, että 5 maatason pinnalla tai pinnan lähellä oleva kytkentäelin on muodoltaan pinnan mukainen ja levymäinen, piikki tai usean rinnakkaisen piikin muodostama ryhmä, lenkki tai usean sarjaankytketyn lenkin muodostama kokonaisuus, tai aukko tai usean aukon muodostama ryhmä, tai vaihtoehtoisesti kytkentäelementti on toteutettu suoralla galvaanisella kytkennällä rungon 10 sähköisesti toisistaan erotettuihin osiin.A third preferred embodiment of the present invention is characterized in that the coupling member on or near the ground plane is in the shape of a surface and a plate-like, spike or multi-parallel link group, loop or multiple-series loop, or aperture or multi-aperture group, or alternatively, the coupling element is implemented by direct galvanic coupling to electrically separated portions of the body 10.

Neljäs esillä olevan keksinnön edullinen suoritusmuoto on tunnettu siitä, että sovituselin koostuu vähintään yhdestä suurtaajuuspiiristä, joka tuottaa vähähäviöisiä induktiivisia tai kapasitiivisia reaktansseja siten, että saavutetaan 15 haluttu impedanssisovitus radiolaitteen muun RF-piiristön kanssa.A fourth preferred embodiment of the present invention is characterized in that the matching element consists of at least one high frequency circuit which produces low-loss inductive or capacitive reactances so as to achieve the desired impedance matching with the other RF circuitry of the radio device.

Muita esillä olevan keksinnön edullisia suoritusmuotoja esitetään patenttivaatimuksissa.Other preferred embodiments of the present invention are set forth in the claims.

20 Pienen kokonsa ansiosta sovituselin voidaan sijoittaa joustavasti joko radiolaitteen rungon sisään, esimerkiksi sen pääpiirilevylle. Se voidaan myös • · ; sijoittaa rungon päälle kytkentäelimen läheisyyteen tai tilanteesta riippuen osin ·. : tai kokonaan kytkentärakenteen sisään.Due to its small size, the adapter member can be flexibly located either inside the body of the radio device, for example on its main circuit board. It can also be • ·; place the body on top of the body in the vicinity of the coupling member or, depending on the situation, partially ·. : or completely inside the connection structure.

25 Esillä olevan keksinnön mukaisten rakenteiden kytkentä- ja sovitusominaisuudet voidaan optimoida erikseen ja siten minimoida rakenteiden koko, mikä on hyvin tärkeää erityisesti pienissä radiolaitteissa kuten ; matkapuhelimissa.The coupling and fitting properties of the structures of the present invention can be optimized individually and thus minimize the size of the structures, which is very important especially for small radio devices such as; mobile phones.

: 30 Esillä olevaa keksintöä selostetaan seuraavassa yksityiskohtaisesti esimerkkien avulla viitaten seuraaviin piirustuksiin:The present invention will now be described in more detail by way of example with reference to the following drawings:

Kuvat 1a, 1b ja 1c esittävät lohkokaavioita esillä olevan keksinnön mukaisten :: rakenteiden mahdollisista topologioista, 35Figures 1a, 1b and 1c are block diagrams of possible topologies of the :: structures according to the present invention;

Kuva 2 esittää kapasitiivisen kytkentärakenteen sovitusjärjestelyn,Figure 2 illustrates a matching arrangement of a capacitive coupling structure,

4 11426C4, 11426C

Kuva 3 esittää kuvan 2 mukaisen kompaktin kytkentäelinrakenteen prototyypin heijastuskertoimen taajuusvasteen,Fig. 3 shows the frequency response of a reflection coefficient of a prototype of a compact coupling member according to Fig. 2,

Kuva 4 esittää toisen esimerkin 900 MHz:n taajuusalueelle tarkoitetusta 5 modulaarisesta kytkentärakenteesta matkapuhelimessa,Figure 4 shows another example of a 5 modular switching structure for a 900 MHz band in a mobile phone,

Kuva 5 esittää kuvan 4 mukaisen rakenteen heijastuskertoimen taajuusvasteen,Figure 5 shows the frequency response of the reflection coefficient of the structure of Figure 4,

Kuva 6 esittää kuvan 4 mukaisen rakenteen säteilyhyötysuhteen 10 taajuusvasteen.Figure 6 shows the frequency response of the radiation efficiency 10 of the structure of Figure 4.

Modulaarisen kytkentärakenteen topologia esitetään kuvan 1 lohkokaaviossa.The topology of the modular switching structure is shown in the block diagram of Figure 1.

Se koostuu ensi sijassa kolmesta lohkosta siten, että sovituspiiristö 1 edustaa yksiulotteista (1D) piiriteknologiaa ja kytkentäelementti 2 sekä rungon (tai 15 piirilevyn) aaltomuodot 3 yhdessä edustavat kolmiulotteista (3D) sähkömagneettista teknologiaa.It consists primarily of three blocks such that the matching circuit 1 represents one-dimensional (1D) circuit technology and the coupling element 2 and the waveforms 3 of the housing (or 15 circuit boards) together represent three-dimensional (3D) electromagnetic technology.

Kytkentäelementit voivat olla joko kapasitiivisia (levy, piikki, kapasitiivinen aukko), induktiivisia (silmukka, induktiivinen aukko) tai niiden yhdistelmiä siten, ]:*: 20 että niiden sähkö- ja/tai magneettikenttien suunnat ovat yhteneviä rungon aaltomuodon sähkö- ja/tai magneettikentän suunnan kanssa. Kytkentä ja kaistanleveys voidaan maksimoida sijoittamalla elementti asianmukaisesti ·. : aaltomuodon kentän maksimiin ja lisäämällä elementin (sähköistä) tilavuutta kasvattamalla kapasitiivisen levyn kokoa ja/tai etäisyyttä runkoon tai vastaavasti ··. 25 kasvattamalla silmukka- tai aukkoelementtien pinta-alaa tai lukumäärää.The coupling elements can be either capacitive (plate, spike, capacitive aperture), inductive (loop, inductive aperture) or combinations thereof,]: *: 20 so that the directions of their electric and / or magnetic fields coincide with the electric and / or magnetic field of the body waveform with the direction. Connectivity and bandwidth can be maximized by properly positioning the element. : to the maximum of the waveform field and by increasing the (electrical) volume of the element by increasing the size and / or distance of the capacitive plate to the body or the like ··. 25 by increasing the area or number of loop or aperture elements.

Yleisellä tasolla kytkentärakenteiden suunnittelua on selostettu sähkömagneettisten aaltojohtojen kytkentätekniikoita käsittelevässä ” kirjallisuudessa. Näistä esimerkkinä voidaan mainita: R. E. Collin, Foundations • ·: for Microwave Engineering, McGraw-Hill Kogakusha, Tosho Printing Co., : 30 Tokyo, Japan, 1966, pp. 183-197.At a general level, the design of switching structures has been described in the literature on switching techniques for electromagnetic waveguides. Examples of these include: R. E. Collin, Foundations, · for Microwave Engineering, McGraw-Hill Kogakusha, Tosho Printing Co., 30 Tokyo, Japan, 1966, p. 183-197.

• » *• »*

Sovituspiiri voidaan toteuttaa millä tahansa tunnetulla ‘ suurtaajuuspiiriteknologialla kuten keskitetyillä elementeillä, mikroliuska- tai koaksiaalijohdoilla, joilla voidaan toteuttaa vähähäviöisiä induktiivisia tai 35 kapasitiivisia reaktansseja. Kuva 2 esittää kapasitiivisen levyelementin 5 sovituksen toteutuksen oikosuljetulla mikroliuskajohdolla 4. Sovitusrakenne voi koostua myös useammasta asteesta. Tällöin tunnettuja laajakaistasovituspiirien 5 114260 suunnitteluperiaatteita noudattaen voidaan saavuttaa suurempia kaistanleveyksiä. Sovitusrakenne voidaan sijoittaa esimerkiksi kytkentäelementin ja radiolaitteen rungon väliin koko rakenteen koon minimoimiseksi.The matching circuit can be implemented by any known high frequency circuit technology such as centered elements, microstrip or coaxial wires, which can perform low loss inductive or capacitive reactances. Fig. 2 shows the implementation of the matching of the capacitive plate element 5 by a short-circuited microstrip cable 4. The matching structure may also consist of several stages. In this case, higher bandwidths can be achieved following the known design principles of broadband matching circuits 5114260. For example, the fitting structure can be positioned between the coupling element and the body of the radio device to minimize the size of the entire structure.

55

Kuvassa 2 Gr,Ch on pääasiassa laitteen runkovirtojen aiheuttama säteilykonduktanssi, Cc on kytkentäelementin 5 kapasitanssi, Zc, sreff ja tanö ovat sovituspiirissä käytettävän mikroliuskajohdon 4 parametreja. Mikroliuskajohdon kokonaispituus on d, ja nd määrää johdon syöttöpisteen 10 paikan ja siten myös sisäänmenoadmittanssin Yjn,m admittanssitason.In Figure 2, Gr, Ch is mainly the radiation conductance caused by the body currents of the device, Cc is the capacitance of the coupling element 5, Zc, sreff and tan are the parameters of the microstrip line 4 used in the matching circuit. The total length of the microstrip line is d, and nd determines the position of the line entry point 10 and thus also the admittance level of the input admittance Yjn, m.

Kuvan 1 mukaisesti esillä olevan keksinnön mukainen modulaarinen järjestely mahdollistaa useiden pienten kytkentäelinten ja sovituspiirien käytön, jolloin saadaan aikaan useita erillisiä taajuuskaistoja kuten 15 taajuusdupleksijärjestelmissä käytetyt lähetys- ja vastaanottokaistat tai jopa useita osakaistoja eri taajuuskanaville. Tarvittaessa on myös mahdollista toteuttaa kytkentärakenteita kaksi- ja monitaajuusjärjestelmiin kuten GSM900/GSM1800, joissa käytetyt taajuuskaistat ovat tyypillisesti kauempana toisistaan kuin yllämainitut yksittäisen radiojärjestelmän lähetys- ja T: 20 vastaanottokaistat.As shown in Figure 1, the modular arrangement of the present invention allows the use of a plurality of small switching elements and matching circuits, thereby providing multiple discrete frequency bands such as transmission and reception bands used in frequency duplex systems or even multiple subbands for different frequency channels. If necessary, it is also possible to implement switching structures for dual and multi-frequency systems such as GSM900 / GSM1800, in which the frequency bands used are typically further apart than the above transmission and T: 20 reception bands for a single radio system.

• t • · .·. Esillä olevan keksinnön mukaisesti kytkentäelementeissä voidaan käyttää ·.’ - viritettäviä (esim. sähköisesti viritettäviä) sovituspiirejä. Kuten kuvassa 1b • · esitetään, voidaan yhteen kytkentäelementtiyksikköön kytkeä useampia 25 sovituspiiriyksikköjä. Kuten kuvassa 1c esitetään, esillä olevan keksinnön ··’ mukaisesti voidaan yksi kytkentäelementti jakaa useaksi pienemmäksi elementiksi. Tällöin ne voidaan esimerkiksi sovittaa paremmin radiolaitteen : geometriaan. Tällainen joukko kytkentäelimiä on kytketty vähintään yhteen sovituspiiriyksikköön. Mikä tahansa kuvien 1b ja 1c mukaisten topologioiden : 30 yhdistelmä on myös mahdollinen.• t • ·. ·. According to the present invention, ·. '- tunable (e.g. electrically tunable) matching circuits may be used in the switching elements. As shown in Fig. 1b • ·, more than one matching circuit unit can be connected to one switching element unit. As shown in Fig. 1c, according to the present invention ·· ', one coupling element can be divided into several smaller elements. For example, they can then be better adapted to the geometry of the radio device. Such a plurality of switching means is coupled to at least one matching circuit unit. Any combination of the topologies of Figures 1b and 1c: 30 is also possible.

< » ·<»·

Modulaarisella kytkentäelementtijärjestelyllä voidaan toteuttaa merkittävästi :.v pienempiä rakenteita kuin esimerkiksi perinteiset sisäiset mikroliuskatyyppiset antennit tai PIFA:t (Planar Inverted F-Antenna). Tämä helpottaa esimerkiksi 35 tyypillisten moniantennijärjestelmien, kuten diversiteettijärjestelmien, toteutusta tilarajoitteisissa ympäristöissä kuten matkapuhelimissa.The modular switching element arrangement can realize significantly: .v smaller structures than, for example, conventional internal microstrip type antennas or PIFAs (Planar Inverted F-Antenna). This facilitates, for example, the implementation of typical 35 antenna systems, such as diversity systems, in space-constrained environments such as mobile phones.

66

11426C11426C

Perinteiset sisäiset matkapuhelinantennit, kuten PIFA:t, vaativat tyypillisesti vähintään kaksi kontaktia laitteen piirilevyyn (syöttöpiikki ja oikosulku). Kun antenni korvataan kapasitiivisella modulaarisella kytkentärakenteella, kontaktien määrä voidaan vähentää yhteen, mikä tekee rakenteesta mekaanisesti 5 luotettavamman ja saattaa pienentää tuotantokustannuksia.Conventional internal cellular antennas, such as PIFAs, typically require at least two contacts on the circuit board (input peak and short circuit) of the device. By replacing the antenna with a capacitive modular switching structure, the number of contacts can be reduced to one, which makes the structure mechanically more reliable and can reduce production costs.

Esillä olevan keksinnön mukaisia rakenteita voidaan käyttää minimoimaan paikallisia SAR-arvoja (Specific Absorption Rate). Tämä johtuu siitä, että esim. kapasitiivisen kytkentäelementin impedanssi on korkea ja näin ollen virrat 10 rakenteessa pieniä. SAR voidaan minimoida myös suunnittelemalla suurella teholla syötettyjen kytkentäelementtien rakenne ja paikka sopivasti. Vastaavasti pienempitehoisten kytkentäelinten rakenne ja sijoittelu voidaan suunnitella vapaammin muiden näkökohtien pohjalta. Elementtien paikka ja tyyppi voidaan myös valita siten, että käyttäjän kehon vaikutus elementtien sovitukseen ja 15 hyötysuhteeseen minimoituu. On esimerkiksi hyvin tunnettua, että dielektrisen kuormituksen vaikutus on suurempi kapasitiivisiin elementteihin kuin induktiivisiin.The structures of the present invention can be used to minimize local SARs (Specific Absorption Rate). This is due, for example, to the high impedance of the capacitive coupling element and thus to low currents in the structure. SAR can also be minimized by appropriately designing the design and location of high-power switching elements. Similarly, the design and positioning of lower power coupling members may be more freely designed based on other considerations. The position and type of elements can also be selected to minimize the impact of the user's body on the element fit and efficiency. For example, it is well known that the effect of dielectric loading is greater on capacitive elements than on inductive elements.

Esimerkki 1 *« « . ·' ·· 20 j\j Käytännön esimerkkinä kuvassa 3 esitetään kuvan 2 kaltaisen rakenteen mitattu heijastuskerroin (pin,m kuvassa 2, S11 kuvassa 3) taajuuden funktiona. Runkolevyn koko on 100 mm x 40 mm (pituus x leveys). Kytkentäelementin , ··. koko on 20 mm x 20 mm x 4 mm (pituus x leveys x korkeus). Mitattu , ··. 25 impedanssikaistanleveys (Lretn ^ 6 dB) on Br = 7.6 % (86 MHz) keskitaajuudella fc= 1.13 GHz.Example 1 *" " . As a practical example, Fig. 3 shows the measured reflection coefficient (pin, m in Fig. 2, S11 in Fig. 3) of a structure similar to Fig. 2 as a function of frequency. The size of the base plate is 100 mm x 40 mm (length x width). Connection element, ··. size is 20mm x 20mm x 4mm (length x width x height). Measured, ··. The impedance bandwidth (Lretn ^ 6 dB) is Br = 7.6% (86 MHz) at a center frequency of fc = 1.13 GHz.

* * · , / Esimerkki 2 : 30 Kuva 4 esittää toisen esimerkin hyvin kompaktista (tilavuus 1.6 cm3) * * · : modulaarisesta kytkentärakenteesta 900 MHz:n GSM matkapuhelimen 6 (katkoviivat) sisällä. Elementin 9 koko on 20 mm x 10 mm x 8 mm (pituus x leveys x korkeus) ja matkapuhelimen rungon 7 koko on 110 mm x 40 mm ’*··* (pituus x leveys). Sovituspiiri 8 on sijoitettu rungon 7 ja kapasitiivisen levyn 9 35 väliin käytetyn tilan minimoimiseksi. Simuloitu heijastuskerroin (Su) ja säteilyhyötysuhde esitetään kuvissa 5 ja 6, vastaavasti. Tulosten mukaan rakenne soveltuu matkapuhelinkäyttöön. Impedanssikaistanleveys (Lretn ^ 6 dB)* * ·, / Example 2: 30 Figure 4 shows another example of a very compact (volume 1.6 cm 3) * * ·: Modular switching structure inside a 900 MHz GSM mobile phone 6 (dashed lines). The size of the element 9 is 20 mm x 10 mm x 8 mm (length x width x height) and the cell phone body 7 is 110 mm x 40 mm '* ·· * (length x width). The matching circuit 8 is disposed between the body 7 and the capacitive plate 9 35 to minimize the amount of space used. The simulated reflection coefficient (Su) and the radiation efficiency are shown in Figures 5 and 6, respectively. According to the results, the structure is suitable for mobile use. Impedance Bandwidth (Lretn ^ 6 dB)

7 11426C7, 11426C

on Br = 9.4 % (88 MHz) keskitaajuudella fc = 933 MHz. Rakenteella on vapaassa tilassa korkea säteilyhyötysuhde (>90%) GSM900-järjestelmän taajuusalueella. Sen säteilykuvio on dipolin säteilykuvion kaltainen ja sopiva matkapuhelinkäyttöön.is Br = 9.4% (88 MHz) at a center frequency fc = 933 MHz. The structure has a high radiation efficiency (> 90%) in the free range of the GSM900 system. Its radiation pattern is similar to the dipole radiation pattern and is suitable for mobile use.

55

Maataso voi sisältää esimerkiksi matkapuhelimen rungon, piirilevyn tai muita mahdollisia metallirakenteita.The ground plane may include, for example, a cell phone body, a circuit board, or other possible metal structures.

Alan ammattilaiselle on selvää, että keksinnön erilaiset toteutusmuodot eivät 10 rajoitu yllä esitettyihin esimerkkeihin, vaan niitä voidaan muunnella monin eri tavoin oheisten patenttivaatimusten määrittelemän keksinnöllisen ajatuksen mukaisesti.It will be apparent to one skilled in the art that the various embodiments of the invention are not limited to the above examples, but may be modified in many ways according to the inventive concept defined in the appended claims.

• 1 · 1 » i » · ' » · • · *• 1 · 1 »i» · '»· • · *

Claims (13)

1. Radiolaitteen (6) modulaarinen kytkentärakenne RF-signaalien lähetykseen ja/tai vastaanottoon, tunnettu siitä, että se koostuu vähintään yhdestä 5 olennaisesti resonoimattomasta sähkömagneettisesta kytkentäelimestä (2,5,9), jolla kytketään signaaleita laitteen maatason (7) aaltomuotoihin, ja vähintään yhdestä impedanssisovitukseen käytetystä sovituselimestä (1,4,8) siten, että rakenteen kytkentä- ja sovitusominaisuudet voidaan mitoittaa erikseen.Modular switching structure for a radio device (6) for transmitting and / or receiving RF signals, characterized in that it consists of at least one 5 non-resonant electromagnetic switching means (2,5,9) for coupling signals to the ground plane (7) waveforms of the device; one matching element (1,4,8) used for impedance matching so that the coupling and matching properties of the structure can be dimensioned separately. 2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen modulaarinen kytkentärakenne, tunnettu siitä, että sovituselin (8) muodostaa oleellisesti yksiulotteisen (1D) siirtojohto- tai keskitetyistä elementeistä koostuvan piirirakenteen, ja kytkentäelin (9) yhdessä maatason kanssa kolmiulotteisen (3D) sähkömagneettisen rakenteen, jossa etenee yksi dominoiva ja useita muita aaltomuotoja. 15Modular switching structure according to Claim 1, characterized in that the matching element (8) forms a substantially one-dimensional (1D) transmission line or centered circuit structure, and the switching element (9) together with the ground plane has a three-dimensional (3D) electromagnetic structure several other waveforms. 15 3. Patenttivaatimuksen 1 mukainen modulaarinen kytkentärakenne, tunnettu siitä, että kytkentäelin (5,9) koostuu vähintään yhdestä kapasitiivisesta tai induktiivisesta elementistä, jonka sähkö- tai magneettikentän suunta on yhtenevä vähintään yhden säteilevän maatason aaltomuodon sähkö- tai 20 magneettikentän suunnan kanssa.Modular switching structure according to claim 1, characterized in that the switching element (5,9) consists of at least one capacitive or inductive element whose electric or magnetic field direction is coincident with at least one electric or magnetic field direction of the radiating ground plane waveform. : ; 4. Patenttivaatimuksen 3 mukainen modulaarinen kytkentärakenne, tunnettu : ‘ ; siitä, että maatason pinnalla tai pinnan lähellä oleva kytkentäelin on muodoltaan » « : pinnan mukainen ja levymäinen (5,9), piikki tai usean rinnakkaisen piikin .·, · 25 muodostama ryhmä, lenkki tai usean sarjaankytketyn lenkin muodostama • I kokonaisuus, aukko tai usean aukon muodostama ryhmä, tai vaihtoehtoisesti ;; kytkentäelementti on toteutettu suoralla galvaanisella kytkennällä rungon ‘ sähköisesti toisistaan erotettuihin osiin. • : 30:; The modular switching structure according to claim 3, characterized by: '; that the coupling member on or near the ground plane is in the form of ««: surface-like and plate-like (5.9), a spike or a plurality of parallel spikes. ·, · 25, a loop or a series of connected loops • I, a multi-aperture group, or alternatively ;; the coupling element is implemented by direct galvanic coupling to electrically separated parts of the body '. •: 30 5. Patenttivaatimuksen 1 mukainen modulaarinen kytkentärakenne, tunnettu siitä, että sovituselin koostuu (4,8) vähintään yhdestä suurtaajuuspiiristä, joka j tuottaa vähähäviöisiä induktiivisia tai kapasitiivisia reaktansseja siten, että !··.’ saavutetaan haluttu impedanssisovitus radiolaitteen (6) muun RF-piiristön kanssa. * ·»* • » 9 11426CModular switching structure according to claim 1, characterized in that the matching element consists of (4,8) at least one high frequency circuit which produces low loss inductive or capacitive reactances so that the desired impedance matching of the other RF circuitry of the radio device (6) is achieved. with. * · »* •» 9 11426C 6. Patenttivaatimuksen 1 mukainen modulaarinen kytkentärakenne, tunnettu siitä, että sovituselin on osittain tai kokonaan radiolaitteen rungon sisällä, esimerkiksi pääpiirilevyllä. 5Modular switching structure according to Claim 1, characterized in that the matching element is partially or completely contained within the body of the radio device, for example on the main circuit board. 5 7. Patenttivaatimuksen 1 mukainen modulaarinen kytkentärakenne, tunnettu siitä, että sovituselin on osittain tai kokonaan radiolaitteen rungon päällä lähellä kytkentäelintä.7. Modular coupling structure according to claim 1, characterized in that the matching element is partially or completely over the body of the radio device close to the coupling element. 8. Patenttivaatimuksen 1 mukainen modulaarinen kytkentärakenne, tunnettu siitä, että sovituselin on osittain tai kokonaan kytkentäelimen sisällä.Modular coupling structure according to Claim 1, characterized in that the adapter element is partially or completely contained within the coupling element. 9. Patenttivaatimuksen 1 mukainen modulaarinen kytkentärakenne, tunnettu siitä, että sovituspiiristö on viritettävä, esimerkiksi sähköisesti viritettävä. 15Modular switching structure according to claim 1, characterized in that the matching circuitry is tunable, for example electrically tunable. 15 10. Radiolaite (6), kuten matkapuhelin, joka sisältää modulaarisen kytkentära-kenteen RF-signaalien lähetykseen ja/tai vastaanottoon, tunnettu siitä, että se koostuu vähintään yhdestä olennaisesti resonoimattomasta sähkömagneettisesta kytkentäelimestä (2,5,9), jolla kytketään signaaleita laitteen maatason (7) 20 aaltomuotoihin, ja vähintään yhdestä impedanssisovitukseen käytetystä sovi-tuselimestä (1,4,8) siten, että rakenteen kytkentä-ja sovitusominaisuudet voi-daan mitoittaa erikseen.Radio device (6), such as a cellular telephone, comprising a modular switching structure for transmitting and / or receiving RF signals, characterized in that it consists of at least one substantially non-resonant electromagnetic switching element (2,5,9) for switching signals to the ground plane of the device. (7) 20 waveforms and at least one matching element (1,4,8) used for impedance matching so that the coupling and matching properties of the structure can be dimensioned separately. • | : . , 11. Radiolaite (6), kuten matkapuhelin, joka sisältää yhden tai useamman an- 2. tennirakenteen, joita käytetään diversiteettilähetykseen ja/tai vastaanottoon tai • I t adaptiivisina antennirakenteina, ja joista vähintään yksi on toteutettu RF-;:; ’ signaalien lähetykseen ja/tai vastaanottoon käytettynä modulaarisena kytkentä- *·· rakenteena, tunnettu siitä, että se koostuu vähintään yhdestä olennaisesti re sonoimattomasta sähkömagneettisesta kytkentäelimestä (2,5,9), jolla kytketään ! ’ : 30 signaaleita laitteen maatason (7) aaltomuotoihin, ja vähintään yhdestä impe- danssisovitukseen käytetystä sovituselimestä (1,4,8) siten, että rakenteen kyt-: . ·. kentä- ja sovitusominaisuudet voidaan mitoittaa erikseen.• | :. , 11. A radio device (6), such as a cellular telephone, containing one or more antenna structures used for diversity transmission and / or reception or as adaptive antenna structures, at least one of which is implemented in RF -; 'As a modular switching structure for transmission and / or reception of signals, characterized in that it consists of at least one substantially unreasonable electromagnetic switching element (2,5,9) for switching on! ': 30 signals to the ground plane (7) waveforms of the device, and at least one impedance matching means (1,4,8), such that the structure is switched on. ·. field and matching properties can be dimensioned separately. * · ’·’ 12. Radiolaite (6), kuten matkapuhelin, jolla on tietyt SAR-arvot (Specific ..!: ’ 35 Absorption Rate) ja joka sisältää modulaarisen kytkentärakenteen RF- signaalien lähetykseen ja/tai vastaanottoon, tunnettu siitä, että se koostuu vähintään yhdestä olennaisesti resonoimattomasta sähkömagneettisesta kytken- 11426C täelimestä (2,5,9), jolla kytketään signaaleita laitteen maatason (7) aaltomuotoihin, ja vähintään yhdestä impedanssisovitukseen käytetystä sovituselimestä (1,4,8) siten, että rakenteen kytkentä- ja sovitusominaisuudet voidaan mitoittaa erikseen ja että suurella teholla syötettyjen kytkentärakenteiden paikka ja/tai 5 rakenne voidaan suunnitella siten, että SAR-arvot minimoituvat.12. A radio device (6), such as a cellular telephone having specific SAR values (Specific ..!: 35 Absorption Rate) and having a modular switching structure for transmitting and / or receiving RF signals, characterized in that: it consists of at least one substantially non-resonant electromagnetic coupling element (2,5,9) for coupling signals to the ground plane (7) waveforms of the device and at least one impedance matching means (1,4,8) such that the coupling and matching characteristics of the structure may be dimensioned individually and that the location and / or structure of high power switching structures may be designed to minimize SARs. 13. Radiolaite (6), kuten matkapuhelin, jota pidetään käyttäjän kehon lähellä ainakin osan toiminta-ajasta ja joka sisältää modulaarisen kytkentärakenteen RF-signaalien lähetykseen ja/tai vastaanottoon, tunnettu siitä, että se koostuu 10 vähintään yhdestä olennaisesti resonoimattomasta sähkömagneettisesta kyt-kentäelimestä (2,5,9), jolla kytketään signaaleita laitteen maatason (7) aaltomuotoihin, ja vähintään yhdestä impedanssisovitukseen käytetystä sovituseli-mestä (1,4,8) siten, että rakenteen kytkentä- ja sovitusominaisuudet voidaan mitoittaa erikseen ja että käyttäjän kehon vaikutus kytkentärakenteen sovituk-15 seen ja laitteen hyötysuhteeseen voidaan minimoida. t > 1 t 11 11426CA radio device (6), such as a cellular telephone, held close to the user's body for at least part of the operating time and comprising a modular switching structure for transmitting and / or receiving RF signals, characterized in that it consists of at least one substantially non-resonating electromagnetic switching element 2,5,9) for coupling signals to the ground plane (7) waveforms of the device and at least one impedance matching element (1,4,8) so that the coupling and fitting properties of the structure can be dimensioned separately and the influence of the user's body on the coupling structure -15 and device efficiency can be minimized. t> 1 t 11 11426C
FI20002529A 2000-11-17 2000-11-17 Modular switchgear and portable radio equipment FI114260B (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
FI20002529A FI114260B (en) 2000-11-17 2000-11-17 Modular switchgear and portable radio equipment

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
FI20002529A FI114260B (en) 2000-11-17 2000-11-17 Modular switchgear and portable radio equipment
FI20002529 2000-11-17

Publications (3)

Publication Number Publication Date
FI20002529A0 FI20002529A0 (en) 2000-11-17
FI20002529L FI20002529L (en) 2002-05-18
FI114260B true FI114260B (en) 2004-09-15

Family

ID=8559523

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
FI20002529A FI114260B (en) 2000-11-17 2000-11-17 Modular switchgear and portable radio equipment

Country Status (1)

Country Link
FI (1) FI114260B (en)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2007045725A1 (en) * 2005-10-19 2007-04-26 Bluesky Positioning Limited Antenna arrangement
WO2008059509A2 (en) 2006-11-16 2008-05-22 Galtronics Ltd Compact antenna
US7760152B2 (en) 2005-03-29 2010-07-20 Perlos Oyj Antenna system and a method in connection with an antenna

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7274340B2 (en) 2005-12-28 2007-09-25 Nokia Corporation Quad-band coupling element antenna structure

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7760152B2 (en) 2005-03-29 2010-07-20 Perlos Oyj Antenna system and a method in connection with an antenna
WO2007045725A1 (en) * 2005-10-19 2007-04-26 Bluesky Positioning Limited Antenna arrangement
US8600399B2 (en) 2005-10-19 2013-12-03 D-Per Technologies Limited Antenna arrangement
WO2008059509A2 (en) 2006-11-16 2008-05-22 Galtronics Ltd Compact antenna

Also Published As

Publication number Publication date
FI20002529A0 (en) 2000-11-17
FI20002529L (en) 2002-05-18

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN101512835B (en) Multiband antenna arrangement
US6894649B2 (en) Antenna arrangement and portable radio communication device
EP1368855B1 (en) Antenna arrangement
EP1360740B1 (en) Wireless terminal with a plurality of antennas
CN201868574U (en) Multiband antenna
US20010007445A1 (en) Method for coupling a signal and an antenna structure
EP0851533A1 (en) An inverted-E antenna
JP2007527657A (en) Planar inverted F-shaped antenna including a portion having a current value of zero between a power supply coupling portion and a ground plane coupling portion and a related communication device
JP2005525036A (en) Antenna device and module including antenna device
KR20010020104A (en) Asymmetric dipole antenna assembly
WO2003010853A1 (en) Antenna arrangement
EP1310014B1 (en) Wireless terminal
US20090066586A1 (en) Mobile wireless communications device including multi-loop folded monopole antenna and related methods
WO2002095869A1 (en) Radio communications device with slot antenna
Huang et al. Miniaturized 5G module of wideband dual-polarized mm-Wave antennas-in-package integrating non-mm-Wave antennas (AiPiA) for MIMO in cellular phones
Schroeder et al. Extremely small, wide-band mobile phone antennas by inductive chassis mode coupling
FI114260B (en) Modular switchgear and portable radio equipment
US10374311B2 (en) Antenna for a portable communication device
JPH09232854A (en) Small planar antenna device for mobile radio
KR100861865B1 (en) Wireless terminal
KR100939478B1 (en) Micro flat station chip antenna
KR100553269B1 (en) Multiband Internal Antenna
Oezdamar et al. Reconfigurable Inverted-F Antenna for MIMO Cellular User Equipment
Chang et al. Compact Tunable Coupled-fed Loop Antenna for Multi-band LTE/WWAN Operation in the Mobile Phone
KR20020061138A (en) Small planar antenna apparatus using transference material

Legal Events

Date Code Title Description
FG Patent granted

Ref document number: 114260

Country of ref document: FI

PC Transfer of assignment of patent

Owner name: NOKIA CORPORATION

Free format text: NOKIA CORPORATION

MM Patent lapsed