FI116333B

FI116333B - Menetelmä säteilijän asentamiseksi radiolaitteeseen ja radiolaite

Info

Publication number: FI116333B
Application number: FI20031298A
Authority: FI
Inventors: Ilkka Niemelae; Matti Niemi; Kimmo Antila
Original assignee: Lk Products Oy
Priority date: 2003-09-11
Filing date: 2003-09-11
Publication date: 2005-10-31
Also published as: FI20031298A0; CN1856905A; FI20031298A; US20060197712A1; EP1665455A1; US7468709B2; WO2005024996A1

Description

116333

Menetelmä säteilijän asentamiseksi radiolaitteeseen ja radiolaite

Keksintö koskee erityisesti pienikokoisten radiolaitteiden valmistuksessa käytettävää menetelmää säteilevän antennielementin eli säteilijän asentamiseksi. Keksintö koskee myös radiolaitetta, jossa on kyseisellä menetelmällä asennettu säteilijä.

5 Keksintöä käytetään antennin radiolaitteen ulkomuotoa muuttamattoman antennin muodostamiseksi. Pienikokoisissa radiolaitteissa, kuten matkaviestimissä tällaiset antennit ovat tavallisesti tasorakenteisia: Antenniin kuuluu tasomainen säteilevä elementti ja tämän kanssa samansuuntainen maataso. Tasoantennin sähköiset ominaisuudet, kuten kaistanleveys ja antenni vahvistus, riippuvat mm. mainittujen taso-10 jen välisestä etäisyydestä. Matkaviestimien pienentyessä myös paksuussuunnassa kyseinen etäisyys väistämättä pienenee, jolloin sähköiset ominaisuudet huononevat.

Radiolaitteen sisäisen tilan käyttöä voidaan tehostaa valmistamalla antennin säteilevä elementti laitteen kuoren sisäpintaa myötäileväksi. Kuvassa 1 on hakemusjul-kaisusta FI 20012219 tunnettu esimerkki tällaisesta elementistä. Johtava anten-15 nielementti 110 on kolmelta reunaltaan kaareva siten, että elementin muoto vastaa radiolaitteen takakuoren päätyosaa. Elementti 110 sijoittuu valmiissa tuotteessa ta-kakuorta vasten. Elementtiin kuuluvat myös sen reunasta lähtevät antennin syöttö-johdin FC ja oikosulkujohdin SC. Elementti 110 on pursotuskappale, johon on ennen sen kiinnitystä työstetty rako 117 siten, että elementti jakautuu oikosulkukoh-' ·' * 20 dasta katsottuna kahteen eri pituiseen haaraan B1, B2. Valmis antenni on tästä syys- v tä kaksikaistainen.

• » .,,.; Ennestään tunnetaan myös radiolaitteen kuoren pintaan sijoittuvan kalvomaisen sä- teilijän käyttö. Kuva 2 esittää tällaista tapausta. Siinä on sisäisellä antennilla varus-*.,! tetun radiolaitteen pelkistetty poikkileikkaus, jossa näkyy radiolaitteen kuori 220 ja 25 pääpiirilevy 201. Kuoren sisäpintaan on kiinnitetty liimaamalla lähes radiolaitteen sisätilan levyinen taipuisa antennipiirilevy 210. Säteilevä elementti 211 on antenni-piirilevyyn kuuluva, kuorta 220 vasten oleva johdekalvo.

Keksinnössä hyödynnetään termoplastista materiaalia. Termoplastiset materiaalit ; ‘ ’ soveltuvat muovattavaksi haluttuun muotoon tietyssä lämpötilassa. Niiden käyttö ;·' 30 teollisuudessa on sinänsä tunnettua. Hakemusjulkaisusta EP 0569016 tunnetaan , ‘ ·, i termoplastisen materiaalin käyttö myös antennin valmistuksessa. Kyseessä on tutka- : · · · antenni, jonka lukuisia osia on tehty päällystämällä termoplastisia kappaleita kupa rilla. Osat on tämän jälkeen liimattu paikoilleen.

2 116333

Keksinnön tarkoituksena on toteuttaa uudella tavalla radiolaitteen ulkomuotoa muuttamattoman antenni. Keksinnön mukaiselle menetelmälle on tunnusomaista, mitä on esitetty itsenäisessä patenttivaatimuksessa 1. Keksinnön mukaiselle radiolaitteelle on tunnusomaista, mitä on esitetty itsenäisessä patenttivaatimuksessa 5. 5 Keksinnön eräitä edullisia suoritusmuotoja on esitetty muissa patenttivaatimuksissa.

Keksinnön perusajatus on seuraava: Antennin valmistuksessa käytetään metallikal-volla päällystettyä ohutta termoplastista muovilevyä. Metallikalvoon muodostetaan säteilijäkuvio, ja muovilevy tukee säteilijää niin, että tämän kuvion muoto säilyy. Saatu antennikomponentti asetetaan radiolaitteen jonkin muoviosan pinnalle, edulli-10 sesti radiolaitteen termoplastisen muovikuoren sisäpinnalle. Antennikomponentin muovikerros tulee mainittua muoviosaa vasten ja komponentti kiinnitetään sulauttamalla vastakkain olevat muovimateriaalit yhteen. Valmiissa antennissa säteilijä liittyy sähköisesti radiolaitteen muihin osiin koskettimien kautta.

Keksinnön etuna on, että radiolaitteen antennin säteilijä tulee kiinnitetyksi erittäin 15 tukevasti radiolaitteeseen, mikä vaikuttaa vakauttavasti antennin sähköisiin ominaisuuksiin. Lisäksi keksinnön etuna on, että antenni saadaan muodostetuksi käyttäen suhteellisen halpoja raaka-aineita. Muutoinkin antennin tuotantokustannukset ovat suhteellisen pienet. Edelleen keksinnön etuna on, että se soveltuu hyvin radiolaitteen sisätilaa tehokkaasti hyödyntävän antennin valmistamiseen.

20 Seuraavassa keksintöä selostetaan yksityiskohtaisesti. Selostuksessa viitataan ohei- •.: : siin piirustuksiin, joissa » % . , ; kuva 1 esittää esimerkkiä tekniikan tason mukaisesta, tilaa säästävästä anten- nielementistä, kuva 2 esittää toista esimerkkiä tekniikan tason mukaisesta, tilaa säästävästä an-25 tennielementistä, '; kuvat 3a-c esittävät esimerkkiä keksinnön mukaisesta antennikomponentista ja sen sijoituksesta, kuva 4 esittää vuokaaviona esimerkkiä keksinnön mukaisesta menetelmästä, ’: kuva 5 esittää toista esimerkkiä keksinnön mukaisesta menetelmästä ja , · 30 kuva 6 esittää toista esimerkkiä keksinnön mukaisen antennikomponentin sijoi- ..: tuksesta, kuva 7 esittää kolmatta esimerkkiä keksinnön mukaisen antennikomponentin sijoituksesta, ja 3 116333 kuva 8 esittää esimerkkiä keksinnön mukaisesta radiolaitteesta.

Kuvat 1 ja 2 selostettiin jo tekniikan tason kuvauksen yhteydessä.

Kuvissa 3 a, 3b ja 3c on esimerkki keksinnön mukaisesta antennikomponentista ja sen sijoituksesta. Kuva 3a esittää antennikomponentin poikkileikkausta suurennettuna. 5 Antennikomponenttiin 310 kuuluu tasomainen säteilijä 311 ja termoplastista di-elektristä materiaalia oleva kerros 312. Säteilijä 311 ja kerros 312 ovat päällekkäin ja ne liittyvät kiinteästi toisiinsa koko alaltaan. Kuvassa 3b on antennikomponentti 310 perspektiiviesityksenä. Se on päältä katsottuna muodoltaan suorakulmio, jonka kahta kulmaa on pyöristetty vastaamaan pienikokoisen radiolaitteen päädyn muotoa. 10 Tässä esimerkissä säteilijässä 311 on tämän reunasta alkava johtamaton rako 317. Rako on muotoiltu siten, että sen avoimen pään viereen, kuvassa 3b raon oikealle puolelle sijoitettavasta antennin oikosulkupisteestä katsottuna säteilijä jakautuu kahteen eri pituiseen haaraan. Tällä tavalla valmiista antennista saadaan kaksikaistainen. Kuvassa 3c antennikomponentti 310 on sijoitettuna lopulliseen paikkaansa. 15 Kuvassa näkyy osa radiolaitteen muovisesta ulkokuoresta 320. Kyseinen kuoren osa on esimerkiksi matkapuhelimen tapauksessa kaiuttimen puoleinen pää puhelimen takakuoresta. Antennikomponentti 310 on kaukalomaisen takakuoren sisäpintaa vasten. Sen pituus on lähes sama kuin kuoren sisätilan leveys, jolloin antennikomponentti peittää kokonaan sisäpinnan tasaisen osan radiolaitteen mainitussa päässä. . . 20 Muovikuorta vasten on antennikomponentin termoplastinen kerros sulauttamalla ta- .! pahtuvaa kiinnitystä varten.

: *. i Kuvassa 4 on vuokaaviona esimerkki keksinnön mukaisesta menetelmästä. Esival- * * •: · * i misteluvaiheessa tehdään tasomaisia antennikomponentteja termoplastisesta muovi- T·'; levystä, joka on päällystetty muoviin kiinteästi kiinnittyvällä metallikalvolla. Muo- .' '. 25 vilevy tukee metallikalvoon muodostettua säteilijäkuviota niin, että säteilijän muoto ( » > ei pääse muuttumaan sen asennuksen aikana. Vaiheessa 401 asetetaan antennikom-;. _. _ ponentti radiolaitteen jonkin muoviosan pinnalle. Vaiheessa 402 painetaan antenni- ',,! komponenttia lämpötyökalulla kyseistä pintaa vasten, jolloin lämpöenergiaa siirtyy * *; * * työkalusta antennikomponenttiin ja tämän kautta radiolaitteen muoviosaan. Vai- : t: : 30 heessa 403 odotetaan, kunnes antennikomponentin muovi ja muoviosan muovi ovat :" *: lämpöenergian vaikutuksesta sopivasti sulaneet ja sekoittuneet toisiinsa. Tätä varten _. ‘ . myös radiolaitteen muoviosan muovimateriaali on tyypiltään termoplastista. Tämän ‘ ; jälkeen antennikomponentin puristamista muoviosaa vasten jatketaan lämmittämät tömällä työkalulla vaiheen 404 mukaisesti, kunnes muovimateriaali on jäähtynyt ja 35 jähmettynyt riittävästi. Kuvatun prosessin luonteesta johtuen syntynyt liitos säteili- 4 116333 jän ja radiolaitteen muoviosan välillä on luja.

Muovimateriaalien sulatus voidaan järjestää muutenkin kuin ulkoapäin tuodun lämpöenergian avulla. Kuva 5 esittää vuokaaviona keksinnön mukaisen menetelmän eräitä muita suoritusmuotoja. Esivalmistelu ja antennikomponentin asetus (vaihe 5 501) radiolaitteen muoviosan pinnalle tapahtuvat kuten kuvassa 4. Vaiheessa 502 painetaan antennikomponenttia kyseistä pintaa vasten työkalulla, joka lähettää an-tennikomponenttiin energiaa jossain muodossa. Energia voi olla esimerkiksi ultra-äänivärähtelyssä tai laser-muotoisessa sähkömagneettisessa värähtelyssä. Kummassakin tapauksessa energia muuttuu lämmöksi termoplastisissa muovimateriaaleissa 10 ja aiheuttaa näiden sulautumisen yhteen. Voidaan käyttää nimityksiä ultraääniin tsa-us ja laser-hitsaus. Vaiheessa 503 odotetaan, kunnes tämä yhteensulautuminen on tapahtunut. Kuvan 4 mukaista jälkipuristusvaihetta ei näissä suoritusmuodoissa tarvita. Lopputulos on kuitenkin kaikissa suoritusmuodoissa samanlainen.

Kuvassa 6 on toinen esimerkki keksinnön mukaisen antennikomponentin 15 sijoituksesta. Kuvassa näkyy pelkistetty poikkileikkaus radiolaitteesta, johon kuuluu kuori 620 ja piirilevy 601. Antennikomponentti 610, johon kuuluu säteilijä 611 ja muovikerros 612, on kiinnitetty keksinnön mukaisesti kuoren 620 ulkopintaan. Termoplastiset muovikerros 612 ja kuoren uloin osa on siis sulautettu yhteen. Säteilijän 611 päälle on lopuksi liimattu ohut dielektrinen suojakalvo. Kuvaan 6 on 20 piirretty myös PIFA-tyyppisen antennin oikosulkujohdin 631 ja syöttöjohdin 632.

* I • * · .': ·. Kuvassa 7 on kolmas esimerkki keksinnön mukaisen antennikomponentin sijoituk- .: sesta. Kuvassa näkyy pelkistetty poikkileikkaus radiolaitteesta, johon kuuluu kuori 720, piirilevy 701 ja tämän varassa oleva muovinen antennirunko 725. Antenni-.. . komponentti 710, johon kuuluu säteilijä 711 ja muovikerros 712, on kiinnitetty kek- ',,; 25 sinnön mukaisesti rungon 725 tasaiseen yläpintaan. Termoplastiset muovikerros 712 ja antennirungon levymäinen yläosa on siis sulautettu yhteen. Kuvaan 7 on piirretty myös PIFA-tyyppisen antennin oikosulkujohdin 731 ja syöttöjohdin 732.

* · »

Kuvassa 8 on esimerkki keksinnön mukaisesta radiolaitteesta. Matkapuhelinta ,; t muistuttavan radiolaitteen RD takakuoreen on sulautettu säteilijän sisältävä, katko-

* I I

‘ ‘ 30 viivalla esitetty antennikomponentti 810. Lisäksi kuvassa on esitetty kyseisen radio- laitteen antennin oikosulkujohdin 831 ja syöttöjohdin 832, jotka on kiinnitetty esi-;: merkiksi juottamalla säteilijään. Vaihtoehtoisesti oikosulku- ja syöttöjohtimina voi- ... ; daan käyttää esimerkiksi radiolaitteen piirilevyyn kiinnitettyjä pogopinnejä.

Edellä on kuvattu keksinnön mukaista menetelmää ja radiolaitetta. Kuten esimer- 5 116333 keistä ilmenee, antennikomponentin kiinnityspaikka radiolaitteessa voi vaihdella. Antennikomponentin muoto on luonnollisesti valittavissa melko vapaasti, ja myös menetelmä voi vaihdella yksityiskohdissaan. Keksinnöllistä ajatusta voidaan soveltaa eri tavoin itsenäisten patenttivaatimusten asettamissa rajoissa.

5

Claims

116333

1. Menetelmä kalvomaisen säteilijän asentamiseksi radiolaitteeseen, jossa menetelmässä säteilijä yhdessä sitä tukevan dielektrisen materiaalin kanssa kiinnitetään radiolaitteeseen, tunnettu siitä, että mainittu dielektrinen materiaali on termoplas- 5 tista muovimateriaalia ja menetelmässä - asetetaan (401; 501) säteilijän ja mainitun termoplastisen materiaalin muodostama antennikomponentti radiolaitteen jonkin muoviosan pinnalle - painetaan (402; 502) antennikomponenttia työkalulla mainittua pintaa vasten ja lähetetään samalla antennikomponenttia kohti energiaa säteilijän kiinnittämiseksi, ja 10. jatketaan (403; 503) mainitun energian lähettämistä kunnes antennikomponentin termoplastinen materiaali ja mainitun muoviosan materiaali ovat sekoittuneet osittain toisiinsa.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että mainittu energia on lämpöenergiaa, ja menetelmässä lisäksi mainittujen muovimateriaalien jo 15 sekoituttua osittain toisiinsa jälkipuristetaan (404) määrätyn ajan verran antenni-komponenttia ja mainittua muoviosaa vastakkain.

3. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että mainittu energia on ultraäänivärähtelyn energiaa. :Y;

4. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että mainittu ;': *. 20 energia on laser-säteilyn energiaa.

• 5. Radiolaite (RD), jonka antennin säteilevä elementti on kalvomainen ja on ' ’ kiinnitetty radiolaitteen johonkin muoviosaan, tunnettu siitä, että säteilevä element- ti (311) muodostaa yhdessä sitä tukevan termoplastisen muovimateriaalin (312) kanssa antennikomponentin (310; 810), jonka termoplastinen materiaali on osaksi 25 sekoittunut radiolaitteen mainitun muoviosan materiaaliin säteilijän kiinnittämisek- 7 si·

: · ’ 6. Patenttivaatimuksen 5 mukainen radiolaite, tunnettu siitä, että mainittu muo- 7. viosa on radiolaitteen kuori. ' I

7. Patenttivaatimuksen 6 mukainen radiolaite, tunnettu siitä, että antennikompo- :. ’ : 30 nentti (310) on mainitun kuoren (320) sisäpinnalla. » I

8. Patenttivaatimuksen 6 mukainen radiolaite, tunnettu siitä, että antennikomponentti (610) on mainitun kuoren (620) ulkopinnalla. 116333

9. Patenttivaatimuksen 5 mukainen radiolaite, tunnettu siitä, että mainittu muoviosa sijaitsee radiolaitteen kuoren (720) sisäpuolella.

10. Patenttivaatimuksen 9 mukainen radiolaite, joka on myös piirilevy (701), tunnettu siitä, että mainittu kuoren sisäpuolinen osa (725) on piirilevyyn kiinnitetty di- 5 elektrinen antennirunko.