FI115172B

FI115172B - Antennijärjestely ulkoisen laitteen liittämiseksi radiolaitteeseen

Info

Publication number: FI115172B
Application number: FI20031101A
Authority: FI
Inventors: Petteri Annamaa; Veli Torvinen
Original assignee: Filtronic Lk Oy
Priority date: 2003-07-24
Filing date: 2003-07-24
Publication date: 2005-03-15
Also published as: US20060176225A1; US7405702B2; CN1826707A; WO2005011053A1; FI20031101A0; EP1649541A1; FI20031101A

Description

115172

Antennijärjestely ulkoisen laitteen liittämiseksi radiolaitteeseen

Keksintö koskee järjestelyä, jolla ulkoinen laite liitetään radiolaitteeseen tämän antennin kautta radiolaitetta mekaanisesti muuttamatta.

Ulkoinen laite on käytännössä useimmiten radioyhteyden laatua parantava lisäan-5 tenni ja radiolaite useimmiten matkapuhelin. Lisäantennia voidaan tarvita esimerkiksi ajoneuvossa, kun tukiaseman kentän voimakkuus ajoneuvon korin sisällä on pieni. Lisäantenni on tällöin luonnollisesti korin ulkopuolella, tähän kiinnitettynä. Ulkoantennin käyttöä varten voi ajoneuvossa olla kiinteä teline, johon asetettu puhelin liittyy ulkoantenniin kytkentäosan ja kaapelin kautta. Ulkoinen laite voi olla 10 myös tuotannossa tai huollossa käytettävä mittalaite tai analysaattori. Tällainen laite ei tietenkään säteile sähkömagneettista energiaa, vaikka radiolaite "näkeekin" sen pelkkänä antennina.

Lisäantennin liittämiseksi matkaviestimessä voi olla antenniporttiin yhteydessä oleva koaksiaaliliitin. Tällaiseen galvaaniseen kytkentään perustuva liitinjäijestely on 15 kuitenkin suhteellisen kallis ja ajan oloon epäluotettava. Galvaanisen kytkennän sijasta voidaankin käyttää sähkömagneettista kytkentää. Kuva 1 esittää kahtena osakuvana tunnettua järjestelyä kytkeytymiseksi radiolaitteen antenniin. Radiolaite RD on vasemmanpuoleisessa osakuvassa takaa nähtynä ja toisessa osakuvassa pelkistettynä halkileikkauksena. Antenni on radiolaitteen sisäinen ja tyypiltään PIFA . 20 (planar inverted F-antenna). Siitä näkyy halkileikkauskuvassa maataso GND, sätei levä taso 121 ja oikosulku)ohdin 125. Säteilevä taso on suhteellisen lähellä radio- • · *· ** laitteen takakuorta 105 ja maataso sisempänä laitteessa. Järjestelyyn kuuluu suun- : ’’ nilleen sisäisen antennin laajuinen kytkin 110, joka on kiinnitetty esimerkiksi tarra- liitoksella antennin kohdalle takakuoren 105 ulkopinnalle. Kytkimessä on johtava \ 25 liuskamainen kytkentäelementti 111, jolla on edellä mainitusta syystä suhteellisen *: voimakas sähkömagneettinen kytkentä säteilevään tasoon 121. Tämän kytkennän kautta radiotaajuista energiaa siirtyy antennin lähikentästä radiolaitteen ulkopuolelle :. ja päinvastoin. Kytkentäelementistä lähtee koaksiaalinen välikaapeli 150 lisäanten- nille tai muulle ulkoiselle laitteelle.

30 Tässä selostuksessa ja patenttivaatimuksissa lyhyt ilmaus "kytkin" (coupler) tarkoit-taa radiolaitteeseen, tätä mekaanisesti muuttamatta kiinnitettävää laitetta, jonka kautta järjestyy radiotaajuinen yhteys ulkoiseen laitteeseen.

* »

Hakijalla on tiedossa patenttihakemuksessa FI 20022117 selostettu, kuvan 2 mukainen tapa kytkeytyä esimerkiksi matkapuhelimen sisäiseen antenniin lisäantennin 115172 2 liittämiseksi. Kytkentäjäqestelyyn kuuluu puhelimen takakuoren päälle asetettava kytkin 210, jossa on ensimmäinen ja toinen kytkentäosa. Ensimmäinen kytkentäosa on tarkoitettu puhelimen sisäisen tasoantennin kohdalle ja siinä on kaksi toisiinsa liittyvää kytkentäjohdinta 211 ja 212, jotka ovat tässä esimerkissä jäykkiä johdelan-5 koja. Puhelimesta on pääkuvaan 2 piirretty vain tasoantennin säteilevä taso 221. Pienessä oheiskuvassa näkyy myös puhelimen kuorta 205 säteilevän tason ja kyt-kentäjohtimen 211 välissä. Säteilevä taso jakautuu tässä esimerkissä ensimmäiseen ja toiseen haaraan toimintakaistojen määrän lisäämiseksi. Antennin syöttö- ja oi-kosulkupiste ovat alueella, jossa haarat liittyvät toisiinsa. Kytkimen ollessa asetettu-10 na paikoilleen, kytkentäjohdin 211 sattuu säteilevän tason normaalin suunnassa katsottuna ensimmäisen haaran päälle ja kytkentäjohdin 212 vastaavasti toisen haaran päälle. Tällä tavalla kytkin saadaan toimimaan antennin sekä alemmalla että ylemmällä kaistalla.

Kytkimen toinen kytkentäosa on tarkoitettu puhelimen sisäisen maatason kohdalle 15 ja se muodostuu johdelevystä 213, jonka sivureunat on taitettu suoraan kulmaan. Nämä sivureunat puristuvat puhelimen kylkiä vasten niin, että kytkin kiinnittyy puhelimeen. Johdelevyn 213 ja maatason välillä on merkittävä sähkömagneettinen kytkentä. Kytkimen ja ulkoisen laitteen koaksiaalinen välikaapeli 250 on kiinnitetty johdelevyyn. Välikaapelin sisäjohdin on kytketty galvaanisesti kytkentäjohtimien 20 211 ja 212 liittymäkohtaan ja ulkojohdin on kytketty galvaanisesti johdelevyyn lä hellä sisäjohtimen kytkentäpistettä. Johdelevyn ja maatason välisen kytkennän kaut-. ; ta saadaan myös maatason radiotaajuisen kentän energiaa siirtymään ulkoiseen lait- . . t teeseen. Johdelevy 213 ja johdelangat 211,212 toimivat generaattorina, joka syöttää esimerkiksi lisäantennia välikaapelin 250 kautta.

* * : » * ♦ · ': ': 25 Kuvien 1 ja 2 mukaisissa jäqestelyissä kytkimen kytkentäelementin ja antennin sä- ! ': teilevän tason välissä on ainakin radiolaitteen dielektrinen kuori ja kytkentäelemen- tin dielektrinen suojakerros, mikä aiheuttaa vaimennusta syntyvän välimatkan ja dielektristen häviöiden vuoksi. Keksinnön tarkoituksena on toteuttaa jäijestely ul-koisen laitteen kytkemiseksi radiolaitteen antenniin uudella ja edullisemmalla taval-30 la. Keksinnön mukaiselle jäijestelylle on tunnusomaista, mitä on esitetty itsenäises-‘ sä patenttivaatimuksessa 1. Keksinnön eräitä edullisia suoritusmuotoja on esitetty • · muissa patenttivaatimuksissa.

Keksinnön perusajatus on seuraava: Ulkoinen laite liitetään radiolaitteen antenniin, jonka säteilevä elementti on radiolaitteen kuoren johtava osa, jota syötetään sähkö-35 magneettisesti syöttöelementin avulla. Liittäminen tapahtuu kuoren päälle antennin kohdalle asetettavalla kytkimellä, josta on ulkoiselle laitteelle välikaapeli. Kytki- 115172 3 meen kuuluu kytkentäelementti, josta on säteilevään elementtiin sähkömagneettinen kytkentä ohuen dielektrisen kalvon läpi tai suora galvaaninen kytkentä. Kytkentä-elementistä välikaapeliin on sähkömagneettinen kytkentä välielementin kautta tai suora galvaaninen kytkentä.

5 Keksinnön etuna on, että mainitun kytkimen aiheuttama vaimennus siirtotiellä radiolaitteen antenniportista ulkoiselle laitteelle on pienempi kuin tunnettujen jäijeste-lyjen aiheuttama vaimennus. Etu perustuu säteilevän tason sijaintiin radiolaitteen ulkopinnassa, jolloin sen etäisyys kytkentäelementtiin saadaan hyvin pieneksi. Lisäksi keksinnön etuna on, että sen mukainen kytkin on yksinkertainen ja luotettava.

10 Seuraavassa keksintöä selostetaan yksityiskohtaisesti. Selostuksessa viitataan oheisiin piirustuksiin, joissa kuva 1 esittää esimerkkiä tunnetusta jäijestelystä kytkeytymiseksi radiolaitteen antenniin, kuva 2 esittää toista esimerkkiä tunnetusta jäijestelystä kytkeytymiseksi radio-15 laitteen antenniin, kuvat 3a-c esittävät esimerkkiä keksinnön mukaisesta jäijestelystä ulkoisen laitteen liittämiseksi radiolaitteeseen antennin kautta, kuva 4 esittää toista esimerkkiä keksinnön mukaisesta jäijestelystä ulkoisen laitteen liittämiseksi radiolaitteeseen antennin kautta, • - · » · 20 kuva 5 esittää kolmatta esimerkkiä keksinnön mukaisesta jäijestelystä ulkoisen • · laitteen liittämiseksi radiolaitteeseen antennin kautta ja * · .,.,: kuva 6 esittää esimerkkiä käytännön kytkinlaitteen ulkomuodosta.

...’ Kuvat 1 ja 2 selostettiin jo tekniikan tason kuvauksen yhteydessä.

Kuvissa 3a-c on esimerkki keksinnön mukaisesta antennijäijestelystä ulkoisen lait-;· 25 teen liittämiseksi. Kuvassa 3a jäijestely näkyy poikkileikkausesityksenä. Siinä on radiolaitteen, joka tässä esimerkissä voidaan olettaa matkapuhelimeksi, säteilevä elementti 321, joka on osa puhelimen johtavaa kuorta. Säteilevän elementin eli sä-’* teilijän alapuolella on antennin maataso GND. Säteilijän 321 ja maatason välissä on johtava syöttöelementti 322, joka on erotettu säteilijästä ohuella dielektrisellä ker-30 roksella 307. Säteilijällä ei ole galvaanista kytkentää puhelimen mihinkään johtavaan osaan. Syöttöelementti 322 on kytketty galvaanisesti puhelimen antenniporttiin syöttöjohtimella 326 ja maatasoon oikosulkujohtimella 325. Kuvassa 3b on esi- 11517? 4 merkki syöttöelementin 322 muodosta. Se on johdeliuska, jossa on oikosulkupis-teestä S katsottuna kaksi eripituista haaraa kahden toimintakaistan muodostamiseksi antennille. Pitempi haara yhdessä säteilijän ja maatason kanssa resonoi antennin alemman toimintakaistan alueella ja lyhyempi haara yhdessä säteilijän ja maatason 5 kanssa resonoi antennin ylemmän toimintakaistan alueella.

Kuvassa 3a näkyy lisäksi keksinnön mukainen kytkin 310, johon kuuluu tässä esimerkissä kytkentäelementti 311, välielementti 312 ja näitä erottava ohut dielektri-nen kerros 308. Kytkentäelementin ja välielementin välillä on siis vain sähkömagneettinen kytkentä. Ulkoiselle laitteelle johtavan välikaapelin 350 kaksi johdinta on 10 kytketty galvaanisesti värielementtiin 312. Kuvassa 3a kytkin 310 on piirretty selvyyden vuoksi koholle säteilijästä. Käytön aikana kytkentäelementti 311 sijoittuu säteilijää 321 vasten. Niiden välissä on esimerkiksi vain ohut dielektrinen suojakerros, jolloin kyseisten elementtien välinen sähkömagneettinen kytkentä on voimakas. Vaihtoehtoisesti kytkentäelementti on galvaanisesti säteilijää vasten, jolloin ne 15 muodostavat sähköisesti yhtenäisen johdekappaleen.

Kuvassa 3c on esimerkki kytkentäelementin 311 ja värielementin 312 muodoista. Kytkentäelementti on kulmistaan pyöristetty tasomainen johde, jonka pinta-ala on esimerkiksi puolet säteilijän 311 pinta-alasta. Paksuudeltaan kytkentäelementti on niin vankka, että se muodostaa samalla kytkimen kantavan rungon. Välielementti 20 312 on johdeliuska, johon välikaapeli 350 liittyy eräissä pisteissä A ja B. Jos ulkoi nen laite on lisäantenni, tämän toimivuutta kahdella kaistalla voidaan parantaa mitoittamalla johdeliuska 312 sopivasti ja valitsemalla pisteiden A ja B paikat sopivas-ti. Tällaista sovitusta voidaan luonnollisesti tehdä myös silloin, kun koko laitteisto * · on yksikaistainen.

* * * * * * » 25 Viestimen ulkopuolelta katsottuna kytkin 310 näyttää esimerkiksi samanlaiselta ‘. i kuin kuvan 1 kytkin 110.

» ·

Kuvassa 4 on toinen esimerkki keksinnön mukaisesta antennijärjestelystä ulkoisen j * laitteen liittämiseksi. Radiolaitteen puolella järjestely on samanlainen kuin kuvassa ; 3a: Siihen kuuluu säteilevä elementti 421, joka on osa laitteen johtavaa kuorta, ja 30 tästä eristetty syöttöelementti 422. Kytkin 410 käsittää tässä esimerkissä dielektri-sen massan 408 sisällä olevan kytkentäelementin 411. Ulkoiselle laitteelle johtavan välikaapelin 450 kaksi johdinta on kytketty galvaanisesti suoraan kytkentäelement-tiin 411. Kuvassa 4 kytkin 410 on piirretty koholle säteilijästä 421. Käytön aikana kytkentäelementti 411 on säteilijää vasten tästä ohuen dielektrisen kerroksen eris-35 tämänä. Näiden elementtien välinen sähkömagneettinen kytkentä on siten tässäkin 5 115172 tapauksessa suhteellisen voimakas. Kytkentäelementti 411 voi olla muotoiltu samaan tapaan kuin kytkentäelementti 312 kuvassa 3c.

Kuvassa 5 on kolmas esimerkki keksinnön mukaisesta antennijäij estetystä ulkoisen laitteen liittämiseksi. Radiolaitteen puolella järjestely on samanlainen kuin kuvassa 5 3a: Siihen kuuluu säteilevä elementti 521, joka on osa laitteen johtavaa kuorta, ja tästä eristetty syöttöelementti 522. Kytkentäelementti on tässä esimerkissä koaksiaa-lisen välikaapelin 550 lieriömäinen jatke. Kytkentäelementin 511 sisäjohdin on kytketty toisesta päästään kiinteästi välikaapelin keskijohtimeen ja toinen pää on galvaanisessa kosketuksessa säteilijään 521. Sisäjohdin voi olla teleskooppi-tyyppinen 10 ns. pogo-pinni, jolloin sen sisäinen kierrejousi parantaa kosketuksen luotettavuutta. Kytkentäelementin 511 lieriövaipan muotoinen ulkojohdin on kytketty toisesta päästään kiinteästi välikaapelin johtavaan vaippaan ja toinen pää on galvaanisessa kosketuksessa säteilijään 521. Kytkimeen 510 kuuluu lisäksi dielektrinen kappale 502 kytkentäelementin ja välikaapelin tukemiseksi toisiinsa sekä kytkimen kiinnit-15 tämiseksi irrotettavalla tavalla säteilijään.

Kuvassa 6 on esimerkki käytännön kytkinlaitteen ulkomuodosta. Kytkinlaitteessa 600 on takaseinä 601, korvakkeen muotoiset sivuseinät 602 ja 603 sekä pohja 604. j Takaseinään sisältyy varsinainen kytkin 610, josta lähtee välikaapeli 650. Kytkettä- I vä radiolaite RD pannaan pohjan 604 päälle niin, että laitteen antenni tulee takasei- I 20 nää 601 vasten kytkimen 610 kohdalla. Sivuseinät 602, 603 ovat hiukan joustavat ja niiden välimatka on sellainen, että radiolaite puristuu sopivalla voimalla niiden väliin. Pohja ja sivuseinät pitävät näin radiolaitteen hyvin paikoillaan.

• » ' · ': Edellä on kuvattu keksinnön mukaisia kytkentäjärjestelyjä ulkoisen laitteen liittämi- •: i seksi radiolaitteeseen tämän antennin kautta. Selostuksessa esiintyvä sanonta "kyt- 25 kentäelementti sijoittuu säteilevää elementtiä vasten" tarkoittaa myös patenttivaati-. · ’. muksissa sitä, että kyseisten johtavien elementtien välimatka on ainakin kaksi kerta luokkaa pienempi kuin rakenteessa esiintyvän värähtelyn aallonpituus. Järjestelyyn kuuluvien osien muodot ja toteutustavat voivat luonnollisesti poiketa esitetyistä. Pelkästään mekaaninen ja sähköinen sovitus eri radiolaitteisiin aiheuttaa vaihtelua 30 laitteen elementeissä. Keksinnöllistä ajatusta voidaan soveltaa eri tavoin itsenäisen patenttivaatimuksen 1 asettamissa rajoissa.

t

Claims

11517?

1. Jäijestely ulkoisen laitteen liittämiseksi radiolaitteeseen (RD) tämän antennin kautta, joka jäijestely käsittää radiolaitteen kuoren päälle antennin kohdalle asetettavan, välikaapelilla (350; 450; 550; 650) ulkoiseen laitteeseen yhdistettävän kytki- 5 men (310; 410; 510; 610), johon kuuluu kytkentäelementti (311; 411; 511) radiotaa juisen energian siirtämiseksi radiolaitteen ja mainitun välikaapelin välillä, tunnettu siitä, että - antennin säteilevä elementti (321; 421; 521) on radiolaitteen kuoren johtava osa, jolloin kytkentäelementti sijoittuu säteilevää elementtiä vasten kytkimen ollessa 10 asetettuna paikalleen j a - säteilevällä elementillä on vain sähkömagneettinen kytkentä radiolaitteen muihin johtaviin osiin.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen jäijestely, tunnettu siitä, että kytkentäelementti (311; 411) ja säteilevä elementti (321; 421) ovat tasomaisia, ja niiden välissä 15 on vain ohut dielektrinen suojakalvo kytkimen ollessa asetettuna paikalleen, jolloin näiden elementtien välinen kytkentä on sähkömagneettinen.

3. Patenttivaatimuksen 1 mukainen jäijestely, tunnettu siitä, että kytkentäele-mentin (511) ja säteilevän elementin (521) välinen kytkentä on galvaaninen kytkimen ollessa asetettuna paikalleen. , 20

4. Patenttivaatimuksen 1 mukainen jäijestely, tunnettu siitä, että kytkimeen (310) kuuluu lisäksi välielementti (312), jolla on sähkömagneettinen kytkentä kyt-kentäelementtiin (311) ja galvaaninen kytkentä mainittuun välikaapeliin (350). ’ i

5. Patenttivaatimuksen 2 mukainen jäijestely, tunnettu siitä, että kytkentäele- I ': mentin (411) ja mainitun välikaapelin (450) välinen kytkentä on galvaaninen.

6. Patenttivaatimuksen 3 mukainen jäijestely, tunnettu siitä, että kytkentäele mentti ja säteilevä elementti ovat tasomaisia, ja mainittu galvaaninen kytkentä to- - · teutuu olennaisesti kytkentäelementin koko alalta.

7. Patenttivaatimuksen 3 mukainen jäijestely, tunnettu siitä, että kytkentäele-'' mentissä (511) on sisäjohdin, joka on kytketty ensimmäisestä päästään kiinteästi 30 välikaapelin (550) keskijohtimeen ja ulkojohdin, joka on kytketty ensimmäisestä päästään kiinteästi välikaapelin (550) johtavaan vaippaan, ja mainittu galvaaninen kytkentä muodostuu sekä sisäjohtimen toisen pään ja säteilevän elementin (521) 11 5172 kosketuksesta että ulkojohtimen toisen pään ja säteilevän elementin (521) kosketuksesta.

8. Patenttivaatimuksen 4 mukainen järjestely, tunnettu siitä, että mainittu vä-lielementti on johdeliuska.

9. Patenttivaatimusten 4 tai 5 mukainen jäijestely, tunnettu siitä, että välikaape lin (350) kaksi johdinta on kytketty kytkimen elementin (312) määrättyihin paikkoihin (A, B) jäqestelyn sovittamiseksi. 10