FI81927C

FI81927C - ANTENN FOER RADIO TELEPHONE.

Info

Publication number: FI81927C
Application number: FI884945A
Authority: FI
Inventors: Timo Saarnimo
Original assignee: Nokia Mobira Oy
Priority date: 1988-10-26
Filing date: 1988-10-26
Publication date: 1990-12-10
Also published as: EP0366393A3; EP0366393A2; FI884945A; FI884945A0; FI81927B

Description

1 819271 81927

Radiopuhelimen antenniRadio telephone antenna

Esillä oleva keksintö kohdistuu pienikokoiseen radiopuhelin-antenniin, joka käsittää kaksi välimatkan päässä toisistaan olevaa, yhdensuuntaista levyä, joiden välissä on eriste.The present invention relates to a compact radiotelephone antenna comprising two spaced, parallel plates with an insulator therebetween.

Keksinnön tehtävänä on saada aikaan pienikokoinen radiopuhelimen antenni , jonka sovitus ant ennin syöt tojohtoon on useam-piasteinen ja laajakaistainen ja joka sovitus on mahdollisimman kompak t i.The object of the invention is to provide a small-sized radiotelephone antenna, the arrangement of which in the antennas is multi-stage and wideband and which arrangement is as compact as possible.

Radiopuhelimien yhteydessä on tunnettu ns. PIFA-antenni (Planar Inverted F-Antenna), josta eräät käyttävät nimitystä re-eonaattoriantenni. PIFA-antenni koostuu kahdesta yhdensuuntaisesta johtavasta levystä, jotka on yhdistetty toisiinsa sopivan levyisellä johtimella niin, että levyjen välinen kapasitanssi on resonanssissa tämän johtimen induktanssin kanssa. Antennin syöttöjohto tuodaan sopivalta etäisyydeltä mainitusta johtimesta toisen levyn läpi vastakkaiseen levyyn. Antenni sovitetaan syöttöjohtimeen valitsemalla sopiva syöt-töjohtimen ja levyjä yhdistävän johtimen välinen välimatka. Tämä välimatka määrää eyöttöimpedanssin.In connection with radiotelephones, the so-called A PIFA (Planar Inverted F-Antenna) antenna, some of which are referred to as a reonator antenna. A PIFA antenna consists of two parallel conductive plates connected to each other by a conductor of suitable width so that the capacitance between the plates is in resonance with the inductance of this conductor. The antenna supply line is brought at a suitable distance from said conductor through the second plate to the opposite plate. The antenna is fitted to the supply conductor by selecting an appropriate distance between the supply conductor and the conductor connecting the plates. This distance determines the input impedance.

. Edellä esitetyn tunnetun PIFA-antennin käytännön toteutuksen vaikeus on edellä esitetyn mukaisesti se, että antennielement-ti on saatava halutulla taajuudella sisäisesti resonanssiin, jonka määräävät siis levyjen kapasitanssi ja niitä yhdistävän johtimen induktanssi. Mikäli antennielementin koko on rajoitettu radiopuhelimen muista mitoista johtuen, voi pyrkimys saavuttaa resonanssi tietyllä taajuudellla johtaa siihen, että levyjä yhdistävän johtimen pituus tai leveys voi tulla epä-käytännölliseksi.. The difficulty of the practical implementation of the known PIFA antenna described above is, as described above, that the antenna element must be resonated internally at the desired frequency, which is thus determined by the capacitance of the plates and the inductance of the conductor connecting them. If the size of the antenna element is limited due to other dimensions of the radiotelephone, the tendency to achieve resonance at a certain frequency may result in the length or width of the conductor connecting the plates becoming impractical.

2 819272,81927

Toinen PIFA-antennin haitta on ee, että levyjen ja niitä yhdistävän johtimen muodostaman antennielementin resonanesipiiri on yksiasteinen ja tämän takia se on luonteeltaan kapeakaistainen .Another disadvantage of a PIFA antenna is that the resonant circuit of the antenna element formed by the plates and the conductor connecting them is single-stage and therefore narrow-band in nature.

Esillä olevan keksinnön tarkoituksena on aikaansaada antenni, joka poistaa PIFA-antennin yhteydessä esiintyvät haitat ja että samalla säilyy antennin pieni koko. Tämä saavutetaan pääasiassa siten, että ensimmäinen levy on sähköä johtava levy ja toinen levy on eristelevy, jonka toisella, ensimmäiseen levyyn nähden vastakkaisella pinnalla on oleellisesti yhtenäinen meta 11ikerros, joka toimii maatasona ja toiselle, ensimmäiseen levyyn päin olevalle pinnalle on sijoitettu sovi-tuspiiri siten, että se sovittaa antenni-impedanssin radiopuhelimen antennin syöttöjohdon impedanssiin.The object of the present invention is to provide an antenna which eliminates the disadvantages associated with a PIFA antenna while maintaining the small size of the antenna. This is achieved mainly by the fact that the first plate is an electrically conductive plate and the second plate is an insulating plate with a substantially uniform metal layer on the second surface opposite to the first plate, which acts as a ground plane, and a fitting circuit is arranged on the second surface facing the first plate. that it matches the antenna impedance to the impedance of the antenna supply line of the radiotelephone.

Keksinnön mukaisesti poistetaan siten PIFA-antennin levyjä yhdistävä johdin, jolloin antennielementin ei tarvitse olla resonanssissa ja korvataan toinen antennilevyistä piirilevyllä, johon voidaan sijoittaa useampiasteinen ja siten laajakaistainen sovituspiiri.According to the invention, the conductor connecting the plates of the PIFA antenna is thus removed, whereby the antenna element does not have to be in resonance, and one of the antenna plates is replaced by a circuit board in which a multistage and thus broadband matching circuit can be placed.

Keksintöä selitetään tarkemmin viittaamalla oheisiin kuvioihin, joissa kuvio 1 esittää tunnetun PIFA-antennin rakennekuvaa kuvio 2 esittää keksinnön mukaisen antennin rakennekuvaa kuvio 3 esittää erästä sovituspiirin kaaviokuvaaThe invention will be explained in more detail with reference to the accompanying figures, in which Figure 1 shows a structural view of a known PIFA antenna. Figure 2 shows a structural view of an antenna according to the invention. Figure 3 shows a schematic diagram of a matching circuit.

Kuviossa 1 on esitetty tunnetun tekniikan mukainen PIFA-antennin rakenne. Antenni käsittää kaksi johtavaa levyä 1 ja 2, joiden välissä on eristekerros 3. Eristekerroksen paksuus on 1Θ. Johtavat levyt 1 ja 2 on yhdistetty toisiinsa johtimella 4, jonka leveys on lj. Antennille syötetään signaali pitkin syöttöjohtona toimivaa koaksiaalikaapelia 5, joka kulkee toisen levyn 2 ja eristekerroksen 3 lävitse ja on kytketty johtavaan levyyn 1. Syöttöjohdon 5 ja levyjä yhdistävän li 3 81927 johdon välimatka on 1. Tätä välimatkaa muuttamalla voidaan valita haluttu eyöttöimpedaneei.Figure 1 shows the structure of a prior art PIFA antenna. The antenna comprises two conductive plates 1 and 2 with an insulating layer 3 between them. The thickness of the insulating layer is 1Θ. The conductive plates 1 and 2 are connected to each other by a conductor 4 having a width lj. A signal is supplied to the antenna along a coaxial cable 5 acting as a supply line, which passes through the second plate 2 and the insulating layer 3 and is connected to the conductive plate 1. The distance between the supply line 5 and the line 3 81927 connecting the plates is 1.

Keksinnön mukaisessa antennissa on kuvan 1 mukaisesta anten-nirakenteesta poistettu levyjä yhdistävä johdin 4. Toinen johtavista antenni1evyistä on korvattu ohuella lasikuitupii-rilevyllä 22, jonka levyjen 21 ja 22 välisestä eristeestä poispäin oleva pinta on päällystetty metallilla. Tämä pinta, joka on alaspäin kuviossa 2, toimii maatasona. On huomattava, että tämä pinta voi olla myös ylöspäin, eli levyn 21 suuntaan. Levyn 22 siihen pintaan, joka on levyjen 21 ja 22 väliseen eristeeseen 23 eli sähköä johtavaan levyyn 21 päin, on sijoitettu sovituspiiri S palakomponentteineen (chip) ja mikrojoh-toliuskoineen. Sovituspiiri S on edullisesti kaksiasteinen, mutta voidaan käyttää myös useampiasteisia sovituspiirejä, Sovituspiiristä S viedään signaali antennilevylle 21 liuska-johtimen 24 kautta. Antenni levyjen välisen eristeen 23 on tarkoitus tukea levyjä 21 ja 22 ja pitää ne sopivan välimatkan päässä toisistaan. Eristeenä on käytetty ns. hunajakennopape-ria, joka on fenolihartai1la kyllästettyä aramidikuitupaperia puristettuna hunajakennon muotoon. Myös muita sopivia eristeitä voidaan käyttää. Piirilevyllä 22 on myös liitin L, josta antenni kytketään radiopuhelimen radio-osiin.The antenna according to the invention has a conductor 4 connecting the plates removed from the antenna structure according to Fig. 1. This surface, which is downwards in Figure 2, acts as the ground plane. It should be noted that this surface can also be upwards, i.e. in the direction of the plate 21. On the surface of the plate 22 facing the insulator 23 between the plates 21 and 22, i.e. towards the electrically conductive plate 21, a matching circuit S with its chip components and microconductor strips is placed. The matching circuit S is preferably two-stage, but multi-stage matching circuits can also be used. A signal is applied from the matching circuit S to the antenna plate 21 via the strip conductor 24. The antenna 23 between the antenna plates is intended to support the plates 21 and 22 and to keep them at a suitable distance from each other. The so-called insulation has been used. honeycomb paper which is a phenolic resin impregnated aramid fiber paper pressed into the shape of a honeycomb. Other suitable insulators can also be used. The circuit board 22 also has a connector L from which the antenna is connected to the radio parts of the radiotelephone.

Levyllä 22 oleva sovituspiiri voidaan tehdä esim. kuvion 3 mukaisesti. Siinä antennin eyöttöimpedaneei on sovitettu 50 ohmiin kaksiasteisella kaistanpäästötyyppieellä sovituepii-rillä, joka muodostuu kahdesta kapasitanssista Cl ja C2 sekä reaktansseista W^L^ , ^1 Ja ^2 ova*· vastaavien mikro- liuskojen leveyksiä, eivätkä viittaa taajuuksiin. Antennilevyn sähköinen vast inkytkentä käsittää rinnankytketyt vastuksen R ja kapasitanssin C ja niiden kanssa sarjassa induktanssin L. Vapaassa tilassa mitattiin rakennetun koekappaleen kaistanleveydeksi puhelimen runkoon kytkettynä Θ60 - 990 MHz seisovan aallon suhteella SAS < 2.The matching circuit on the plate 22 can be made e.g. according to Fig. 3. In it, the input impedance of the antenna is matched to 50 ohms by a two-stage bandpass type matching circuit consisting of two capacitances C1 and C2 and reactances W ^ L ^, ^ 1 and ^ 2 ova * · the widths of the respective microstrips, and do not refer to frequencies. The electrical response of the antenna plate comprises the resistors R and the capacitance C connected in parallel and the inductance L in series with them.

4 819274,81927

Antennin etäisyys radiopuhelimen johtavaan runkoon vaikuttaa antennin sovitukseen, jolloin rungon muuttuessa olennaisesti on myös sovituspiiri suunniteltava uudelleen. Kuvan 3 mukainen sovituspiiri on lähinnä esimerkin luonteinen. Sovituspiiri ja antennin muovikotelo sekä radiopuhelimen kotelon muovi-materiaalit aiheuttavat jonkin verran signaalin vaimennusta.The distance of the antenna to the conductive body of the radiotelephone affects the fitting of the antenna, in which case when the body changes substantially, the fitting circuit must also be redesigned. The matching circuit according to Figure 3 is mainly of an exemplary nature. The matching circuit and the plastic housing of the antenna, as well as the plastic materials of the radio housing, cause some signal attenuation.

Keksinnön mukaisella antennin sovituksella saadaan useampias-teinen ja siten laajakaistaisempi sovitus kuin PIFA-anten-nilla, kun antennin ulkomitat ovat samat. Lisäksi sovitus on kompakti, sillä sovituspiiri sijaitsee antennin sisällä. Esimerkkinä voidaan mainita, että antenni soveltuu kaistanleveytensä puolesta samanaikaisesti 900 MHz NMT-verkkoon ja E-TACS-verkkoon, kun antennin koko on 52 x 30 x 7,5 mm.The antenna arrangement according to the invention provides a multi-stage and thus more broadband arrangement than the PIFA antenna when the external dimensions of the antenna are the same. In addition, the matching is compact because the matching circuit is located inside the antenna. As an example, the antenna is suitable for the 900 MHz NMT network and the E-TACS network at the same time due to its bandwidth, when the antenna size is 52 x 30 x 7.5 mm.

Keksinnön mukaisella antennilla on myös se lisäetu, että pidettäessä puhelinta kädessä sovitus paranee ja käyttökelpoinen taajuusalue kasvaa, joten antenni ei ole kovin herkkä ympäristön vaikutukselle.The antenna according to the invention also has the additional advantage that when the telephone is held in the hand, the fit is improved and the usable frequency range increases, so that the antenna is not very sensitive to the effect of the environment.

Keksinnön kohteena oleva antenni voidaan toteuttaa myös siten, että integroidaan antenni radiopuhelimen kotelon sisään radio-osien yhteyteen niin, ettei tarvita erillistä antenni 1iitintä. Tällöin sovituspiiri voidaan sijoittaa radio-osien piirilevylle. Tällainen integrointi on edullinen, koska se on yksinkertainen ja antennielementin ja radiopuhelimen rungon välissä ei ole häviöllistä muovimateriaalia. Lisäksi radiopuhelimen muotoilu helpottuu ulkopuolisten osien vähentyessä.The antenna object of the invention can also be implemented by integrating the antenna into the housing of the radiotelephone in connection with the radio parts, so that a separate antenna connector is not required. In this case, the matching circuit can be placed on the circuit board of the radio parts. Such integration is advantageous because it is simple and there is no lossy plastic material between the antenna element and the body of the radiotelephone. In addition, the design of the radiotelephone becomes easier as the external parts are reduced.

lili

Claims

An antenna for a radio telephone 6 comprising modular, parallel-mounted, parallel discs (21, 22), the minor ones having advantageously provided a layer of insulating material (23), the provided disc (21) being an electrical conductor. ekiva and the second disk (22) are an insulating akiva, being second, to the first akivan opposite surface having a continuous metal layer, which acts on a ground level, characterized in that on the second akivana (22) surface, which lies opposed to the front axle (21), there is provided an adaptation acre (S) so that it adjusts the antenna impedance to the antenna conductor.

Radio telephone antenna according to claim 1, characterized in that the adaptation aperture (S) has analogue to the front, conductive shaft (21) via a band line (24).

Radio telephone antenna according to Claim 1, characterized in that the adaptation aperture (5) has been designed with separate components.

Radio telephone antenna according to claim 1, characterized in that the adaptation aperture (S) is two- or multi-degree.

Radio telephone antenna according to claim 1, characterized in that on the second shaft (22) there is provided an antenna antenna inclination connector for the antenna conduit.

Radio telephone antenna according to Claim 1, characterized in that the second sheave (22) is a circuitry of clefts. l 7 81927

7. An antenna for radio telephone according to claim 1, characterized in that the antenna has been integrated into the radio of the radio telephone. Θ An antenna for radio telephone according to claim 7, characterized in that the adaptation terminal (S) is mounted on a circuit board for the radio part of the radio note telephone.