NO323300B1 - Apparat for tradlos kommunikasjon, omfattende et parasittelement for hoyfrekvensmessig kopling - Google Patents

Description

Denne oppfinnelse gjelder generelt apparater for trådløs kommunikasjon, med innvendig antenne, særlig en substratantenne, og bruken av et parasittelement for skjerming og påvirkning av apparatets energikoplingskarakteristikk, antennevinning og båndbredde.

Antenner utgjør en viktig del av apparater for trådløs kommunikasjon og tilhørende systemer. Selv om antenner er tilgjengelige i et stort antall typer og størrelser arbeider de alle ifølge ett og samme elektromagnetiske grunnprinsipp. En antenne er en innretning som danner en overgang eller et grensesnitt mellom en ledet radiobølge og en radiobølge i det frie rom eller omvendt. Som et generelt prinsipp er en slik ledet bølge som føres langs en transmisjonslinje som har en åpning, slik at bølgen vil stråle ut som en bølge i det frie rom, også kjent som en elektromagnetisk bølge.

I de senere år med økning i bruken av personlige kommunikasjonsapparater for trådløs overføring, så som trådløse telefoner, mobiltelefoner og telefoner for personlig kommunikasjon (privatradio), er det et behov for passende små antenner for slike apparater, og dette behov har øket formidabelt i de senere år. Senere utvikling av integrerte kretser og batteriteknikk har gjort det mulig å redusere både størrelse og vekt av slike apparater drastisk. Et område hvor det fremdeles ønskes en størrelses-reduksjon er antennene. Dette skyldes at størrelsen av en antenne kan spille en viktig rolle ved reduksjon av apparatets størrelse, i og med at antennen utgjør en relativt stor fysisk del av dette. I tillegg har antennestørrelse og -fasong påvirkning på et apparats estetiske vurdering og fremstillingskostnadene.

En viktig faktor man må ta i betraktning ved konstruksjon av antenner for trådløse kommunikasjonsapparater er antenneutstrålingskarakteirstikken (og den tilsvarende innstrålingskarakteristikk). I en typisk anvendelse må apparatet kunne kommunisere med et annet tilsvarende apparat eller en basestasjon, en sentral (hub) eller en satellitt, uansett i hvilken retning i forhold til apparatet. Følgelig er det essensielt at antenner for slike apparater har en om ikke annet så tilnærmet rundstrålekarakteristikk, eller et strålingsdiagram som er oppoverrettet i forhold til en lokal horisont.

En annen viktig faktor som må tas i betraktning ved konstruksjon av antenner for trådløse kommunikasjonsapparater er antennens båndbredde. Trådløse apparater så som telefoner som brukes i privat radio (PCS) arbeider i frekvensområdet 1,89-1,99 GHz og har således en effektiv båndbredde på 7,29 %. En telefon for bruk i et typisk mobiltelefonnett arbeider i frekvensbåndet 824-894 MHz, og den relative båndbredde blir da 8,14%. Følgelig må antenner for disse bånd kunne dekke hele båndbredden, hvis ikke blir signalene betydelig svekket.

En type antenne som er vanlig brukt i slike apparater er piskantennen, og denne kan lett skyves inn i apparatet når den ikke er i bruk. Slike antenner har imidlertid flere ulemper, ofte kan den skades ved at den haker seg fast i objekter, mennesker eller flater når den er trukket ut for bruk, faktisk også når den er innskjøvet. Selv om en slik piskantenne er konstruert for å kunne tas inn i apparatet for å redusere slik skade kan den fremdeles kreve et minimum av apparatinnkapsling i tilbaketrukket tilstand og som er større enn ønsket.

Piskantenner brukes ofte i forbindelse med korte skrue- eller spiral-antenner som aktiveres når antennens rette "piskdel" føres inn i apparatet. Skrueantennen gir samme utstrålingslengde over et mer kompakt volum for å opprettholde de gunstige strålingskarakteristika. Selv om skrueantennen er betydelig kortere rager den ut en viss avstand fra overflaten av apparatet, og dette kan redusere det estetiske noe og gi risiko for å hake seg fast i objekter. For å posisjonere en slik antenne inne i apparatet . trengs et betydelig volum, hvilket er uønsket. I tillegg later slike skrueantenner til å være meget følsomme overfor håndbelastning fra brukerne.

En annen type antenne som kan synes velegnet for bruk i kommunikasjonsapparater av denne type er mikrostrimmelantennen. Slike antenner har imidlertid også betydelige ulemper, blant annet har de tendens til å være mye større enn ønsket, de lider av å ha redusert båndbredde og har heller ikke den ønskelige omnidireksjonale strålingskarakteristikk.

Som det fremgår av benevnelsen mikrostrimmel ("microstrip") har en antenne av slik type et plant opplegg, mønster eller en flatesammenstilling ("patch") med et eller flere mikrostrimmelelementer, og dette flatemønster utgjør en utstråler (når antennen arbeider som senderantenne). Lengden av elementet bestemmes i forhold til bølgelengden A,0 tilhørende en bestemt resonansfrekvens f0, og denne resonansfrekvens velges for tilpasning til det aktuelle frekvensbånd, for eksempel 800 eller 1900 MHz. Vanlig brukte lengder av mikrostrimmelelementer er halv bølgelengde og en kvart bølgelengde. Selv om relativt få typer mikrostrimmelantenner har vært i bruk i den senere tid i slike apparater er det et behov for ytterligere forbedringer i flere henseender. Et slikt hvor en forbedring er ønsket er reduksjonen av total størrelse. Et annet er å øke båndbredden. Aktuelle mønstre for mikrostrimmelantenner har vanskelig for å komme opp i den ønskede relative båndbredde på 7,3-8,14 % eller mer, for bruk i de fleste kom-munikasjonssystemer, sammen med en praktisk størrelse.

Konvensjonelle mønster- og strimmelantenner har ytterligere problemer når de plasseres nær utstrakte jordplan, nemlig plan som finnes i de fleste trådløse apparater. Slike plan kan endre resonansfrekvensen og skape en ikke-repeterbar fabrika-sjonsutforming. Det minimale overflateareal hindrer også montering på en måte som optimaliserer utstrålingskarakteristikken. I tillegg vil håndbelastningen, det vil si hvor en brukers hånd plasseres i nærheten av antennen kunne endre resonansfrekvensen relativt mye og dermed antennens ytelse.

Utstrålingskarakteristikkene er meget viktige, ikke bare for å etablere en kommunikasjonsforbindelse som angitt ovenfor, men også når det gjelder de nasjonale bestemmelser for utstrålingsstandarder for apparater og deres brukere. Strålings-diagrammene må derfor både kontrolleres og innjusteres slik at minst mulig stråling når brukeren. Man har standarder for hvor stor feltstyrke som tillates i så måte. En virkning av disse reguleringer er at innvendige antenner ikke kan plasseres på mange steder i et apparat, nettopp grunnet den teoretisk stråleeksponering mot brukeren. Som angitt ovenfor og når man bruker gjengse antenner i andre lokaliteter vil ofte jordplan og andre konstruksjonselementer forstyrre antennenes effektive bruk.

Med de problemer som er nevnt her for øyet er det utviklet en ny type antenne som benevnes substratantenne og hvis hensikt er en innvendig antenne for tråd-løse apparater, med gunstig båndbreddekarakteristikk sammen med redusert størrelse, tilstrekkelig antennevinning og redusert respons overfor nærheten av brukerens hånd eller tilsvarende problemer som er møtt innenfor faget. Denne type antenne er beskrevet i vår (Qualcomms) US patentsøknad USSN 09/028,510 med tittel "Substratantenne", og innholdet tas her med som referansemateriale.

Selv om denne substratantenne gir et fremrykk for teknikkens stilling når det gjelder innvendige antenner og løser flere av problemene nevnt ovenfor er det enkelte situasjoner hvor den likevel ikke oppnår ønsket vinning eller energifordeling. Dette betyr at antennen kan lede eller kople stråling til uønskede modi eller retninger, hvilket reduserer antennevinningen. I tillegg kan substratantenner og andre typer mindre innvendige antenner også påvirkes uheldig ved plassering nær forskjellige typer støykilder inne i apparatet selv. Når antennen er innvendig i apparatet må den nødven-digvis være relativt nær ledere som brukes for overføring av signaler, i mange tilfeller signaler som fører relativt stor effekt. Antennevinningen og følsomheten av apparatet kan reduseres på denne måte ved at signaler eller støy overføres til antennen fra slike ledere eller andre kilder inne i apparatet.

På denne bakgrunn anses det å være et behov for et apparat med en forbedret antenne i sammenstilling med tilleggselementer, slik det oppnås bedre antennevinning, båndbredde og følsomhet, sammen med reduserte støykarakteristika, og hvor man samtidig, på bakgrunn av også andre problemer innenfor teknikken når det gjelder fremstilling av innvendige antenner for trådløse apparater, søker å få redusert den gjensidige kopling mellom en innvendig antenne og ledere i et slikt apparat, hvilket ellers ville ha redusert apparatets ytelse. Endelig er det samtidig et ønske å komme frem til en fysisk liten innvendig antenne som likevel opprettholder ønskede driftsegen-skaper.

I følge denne oppfinnelse oppnås disse og andre formål ved et apparat for trådløs kommunikasjon, omfattende et parasittelement for høyfrekvensmessig kopling og for å tjene som et utvidet jordplan, og en innvendig antenne, og hvor det i et område i apparatet, nær antennen er ført en eller flere ledere for signal/effekt, idet parasittelementet er anordnet i området nær antennen og en eller flere av lederne og omfatter minst ett lag av elektrisk ledende materiale med bestemt bredde i forhold til bredden av lederne og en bestemt lengde i samme retning som lederne, tilstrekkelig stor til å redusere den strålingsenergi som blir koplet mellom antennen og lederne i området av laget, kjennetegnet ved at antennen er i form av en substratantenne med en eller flere elektrisk ledende strimler på et dielektrisk substrat med bestemt tykkelse, og at substratet er anordnet forskjøvet fra og generelt normalt på et jordingsplan i apparatet.

Parasittelementet er generelt utformet ved å anordne minst ett lag av elektrisk ledende materiale nær, over eller under en eller flere av lederne i et område nær antennen. Elementet har en gitt bredde i forhold til lederne og en lengde som strekker seg langs disse og er tilstrekkelig stor til å hindre at en vesentlig del av energien i antennen blir koplet mellom denne og lederne.

En foretrukket innvendig antenne er en substratantenne, og en slik kan ha flere radiatorspor på et dielektrisk substrat med gitt tykkelse. Passende dimensjoner velges for sporlengde og -bredde, basert på de aktuelle bølgelengder for det trådløse apparat og den plass man har til rådighet. I foretrukne utførelser er en elektrisk ledende skjerming anordnet nær og omsluttende en bestemt del av sporet for å gi et nullstrømnivå for nærfeltstrålemønstre. Støttesubstratet er anordnet forskjøvet fra og generelt normalt på et jordplan som er tilkoplet kretser og komponenter inne i apparatet som antennen brukes sammen med. Substratantennen bruker en meget tynn og kompakt struktur som gir en hensiktsmessig båndbredde, og antennekompaktheten og større bruksmuligheter gjør at substratantennen som skal brukes kan brukes meget effektivt som en intern antenne for trådløse apparater.

Et slikt trådløst apparat bruker imidlertid typisk forskjellige signal- eller effektledere som strekker seg mellom forhåndsvalgte signalprosesseringselementer og effektkilder og har et parti nær antennen, idet denne er anordnet på oversiden eller inntil lederne. I foretrukne utførelser tjener posisjonering av parasittelementet nær, over eller under en eller flere av lederne i et område som er lagt inntil antennen, til å hindre at en viss grad av støy blir koplet fra lederne til antennen. Parasittelementet eller mønsteret det danner nær antennen etablerer en ladningsseparasjon over den spalte eller den avstand som blir dannet mellom antennen og jordplanet i apparatet, og på denne måte øker parasittelementet det effektive eller virtuelle areal av antennen slik at dens vinning og båndbredde kan økes fra omkring 0,8 til 1,5 dB. Følsomheten av apparatet økes også ved at antennestøyen reduseres.

Parasitter kopling mellom parasittelementet og jordplanet via lederne øker videre apparatets forsterkning og båndbredde, og i denne utførelse øker forsterkningen med omkring 0,8 til 1,5 dB, mens parasittelementet og den parasittere kopling øker båndbredden med en faktor på minst 1,5.

I foretrukne utførelser utføres parasittelementet som et eller flere lag elektrisk ledende materiale så som kopper, messing, aluminium eller sølv. Det elektrisk ledende materiale kan anordnes på oversiden av ledere som ligger nær antennen og er koplet til et jordingspotensial for apparatet. Parasittelementet dekker fortrinnsvis ledere så fullstendig som praktisk mulig, i avhengighet av hvilken energimengde eller strålingsdel som skal hindres. Størrelsen eller arealet av det elektrisk ledende materiale som brukes for å danne parasittelementet kan også konfigureres eller innstilles for å øke det effektive areal og den tilsvarende båndbredde for antennen, med en gitt verdi.

I foretrukne utførelser fremstilles det elektrisk ledende materiale som et mønster av tynne elektrisk ledende materialelementer som kan legges over ledere anordnet inntil antennen..Mønsteret kan utformes med en i alt vesentlig rektangulær form, en i alt vesentlig sirkulær form, en i alt vesentlig triangulær form eller en kompleks geometrisk form og utformes eller fremstilles fortrinnsvis slik at det minst er dobbelt så bredt som lederne.

I andre utførelser av oppfinnelsen kan flere lag ledende materiale brukes enten direkte på hverandre eller innflettet mellom andre lag av ledermateriale, og i tillegg kan multippelmønstre brukes for å dekke et bestemt område.

Den foreliggende oppfinnelse er her beskrevet med referanse til de tilhørende tegninger, hvor like henvisningstall generelt indikerer identiske og funksjonsmessig like og/eller strukturelt analoge elementer, idet den tegning hvor et element først vises indikeres ved sifferet lengst til venstre i henvisningstallet og hvor: fig. la og lb viser i perspektiv og fra siden et trådløst apparat, her i form av en bærbar telefon med en piskantenne og en utvendig spiralantenne, fig. 2a og 2b viser samme telefon fra siden og fra baksiden og med indre kretser skissert, fig. 3a-3c viser en substratantenne som er funnet brukbar i telefonen på fig. 1, fig. 4a-4e viser forskjellige utførelser av en slik substratantenne, fig. 5a og 5b viser telefonen på fig. lb ved bruk av en substratantenne, fig. 6 viser et lengdesnitt gjennom telefonen på fig. lb med én alternativ utførelse av en substratantenne, fig. 7 viser telefonen på fig. 5 med en rekke ledere som strekker seg ut fra en del og til en annen forbi en dreieforbindelse, fig. 8a viser oversiden av et parasittisk tilkoplingselement ifølge oppfinnelsen, fig. 8b viser telefonen med samme element fra siden, og fig. 9a-9d viser forskjellige alternative ut-førelser av telefonen med tilkoplingselementet fra fig. 8a og 8b.

Selv om en konvensjonell mikrostrimmelantenne så som den inverterte F-antenne har visse karakteristiske egenskaper som gjør den potensielt brukbar i radiokommunikasjon i gigaherzområdet, blant annet for private radioforbindelser, er det fremdeles rom for forbedringer i andre områder, for å gjøre denne type antenne brukbar i kommunikasjonsapparater for trådløs overføring, så som mobiltelefoner tilhørende celleoppbyggede nett og radiotelefoner for PCS-båndet. Et slikt område hvor ytterligere forbedringer er ønsket er båndbredden. Generelt krever kommunikasjonsutstyr av typen nevnt ovenfor en større båndbredde enn den som i første rekke er tilgjengelig med mikrostrimmelantenner, eller en praktisk størrelse, for å kunne arbeide tilfredsstillende.

Et annet område hvor ytterligere forbedringer er ønsket er størrelsen av en mikrostrirnmelantenne. En reduksjon i størrelsen av en slik antenne ville for eksempel gjøre apparatet hvor antennen brukes med kompakt og trolig også estetisk tiltalende. Faktisk kan dette bestemme om en slik antenne kan brukes i et apparat eller ikke. En reduksjon i antennestørrelsen muliggjøres ved å redusere tykkelsen av ethvert dielektrisk substrat som brukes eller ved å øke dielektrisitetskonstanten, slik at den nød-vendige lengde kortes ned. Dette har imidlertid den uønskede virkning at antennebåndbredden reduseres, slik at antennen blir mindre egnet for apparater for bred-båndsbruk.

Endelig har man det faktum at feltmønsteret for utstrålingskarakteristikken for konvensjonelle mikrostrimmelantenner, så som antenner i planet og separate plate-formede elementer for utstrålingskarakteristikken ("patch radiators") typisk er direksjonal. De fleste utstrålingselementer vil nemlig stråle ut hovedsakelig i den øvre hemisfære i forhold til en lokal horisont for antennen. Utstrålingskarakteristikken vill forflytte seg eller dreie sammen med apparatets bevegelse og kan forårsake uønskede nuller i dekningsområdet. Av denne grunn har mikrostrimmelantenner ikke vært særlig ønsket for bruk i mange apparater av denne type for trådløs kommunikasjon.

En substratantenne vil gi en løsning på problemene nevnt ovenfor og andre. En slik antenne gir tilstrekkelig båndbredde og redusert størrelse i forhold til andre antennekonstruksjoner, med bibehold av de karakteristiske egenskaper som er ønskelig for bruk i trådløs kommunikasjon. Substratantennen kan bygges inn nær den øvre overflate i et bærbart telefonapparat eller anordnes nær eller bak andre elementer så som støtteknaster, inn/ut-kretser, tastaturelementer etc. i apparatet. Substratantennen kan også bygges direkte inn i eller på en overflate på apparatet, for eksempel innstøpt i en lomme i en plastplate som danner en del av en kapsling eller et hus.

I motsetning til enten en piskantenne eller en utvendig spiralantenne er en substratantenne på samme måte som andre innvendige antenner ikke utsatt for skade ved fasthaking. Denne type antenne tar heller ikke opp særlig mye innvendig plass, plass som trengs for avanserte funksjoner og kretser, heller ikke trengs større kapslingsdimensjoner for opptak når antennen er innskjøvet. Videre vil substratantennen stråle ut i et tilnærmet rundstrålediagram, hvilket gjør den anvendbar i mange trådløse apparater.

I videste forstand kan oppfinnelsen brukes i ethvert trådløst apparat, så som en trådløs telefon, en mobiltelefon, trådløse modemer, faksimileenheter, bærbare datamaskiner, personsøkere, meldingskringkastingsmottakere etc. En slik omgivelse er en bærbar eller miniatyrisert trådløs telefon eller mobiltelefon, for et mobiltelefonnett, et PCS-nett eller annen tjeneste. Forskjellige slike apparater med tilsvarende forskjellige innkapslinger og hus, form og fasonger er kjent innenfor teknikken.

Fig. 1 viser en typisk trådløs telefon i et kommunikasjonssystem for tråd-løs overføring, så som en mobiltelefon. Telefonen vist på fig. 1 (la og lb) er av typen med oppslagbar front, og denne type telefon er typisk når det gjelder avansert ergonomisk utformet enhet, anvendbar i forskjellige trådløse systemer, så som mobiltelefonnett og liknende. De viste telefoner er typiske utførelser, men det er altså et stort omfang av forskjellige typer hvor oppfinnelsens parasittelement for en substratantenne kan innpasses.

På fig. la og lb er altså vist en telefon 100 med sitt hus 102 omsluttende en piskantenne 104 og en spiralantenne 106 innenfor denne. Piskantennen er vanligvis anordnet koaksialt i forhold til spiralantennen, ved at den er ført ut fra midten av denne når den er trukket ut av telefonen, selv om dette ikke trengs for funksjonsriktig bruk. Disse antennetyper fremstilles med lengder som passer til det aktuelle frekvensområde eller spesialtilpasset den telefon de skal brukes på. Antenneutførelsen er typisk og velkjent innen faget.

Fronten på telefonens hoveddel som danner det omsluttende hus 102 har som vist et vindu 112, et tastefelt 114, en mikrofon eller en mikrofonåpning 116 og en tilkoplingskontakt 118. I det oppsvingbare deksel er vist en høyttaler 110, og på yttersiden av dette er innsatt en batterienhet 120. På fig. lb er piskantennen 104 trukket ut for bruk, mens den på fig. la er skjøvet inn (men ikke vist på grunn av betraktningsvinkelen).

Som forklart ovenfor har piskantennen 104 flere ulemper. En av dem er at den kan ødelegges ved å hake seg fast til gjenstander når den er trukket ut under bruken. Antennen har også uønsket plassbehov i det indre av telefonen, ved at den kan forstyrre komponenter eller oppta viktig plass for slike for avanserte funksjoner. I tillegg kan antennen 104 kreve et minimum av husdimensjoner når den er skjøvet inn i telefonen, dimensjoner som anses å være uaksepterbart store. Spiralantennen 106 har også ulempen med å kunne henge seg fast i gjenstander eller på flater, og den kan ikke skyves inn helt i huset 102. I tillegg er denne antennetype meget utsatt for å endre karakteristikk ved belastning eller å forskyve sin resonansfrekvens ved nærkontakt med brukerens hånd.

Bruken av oppfinnelsen skal nå beskrives ut fra denne typiske telefon, uten at dette i og for seg er begrensende for oppfinnelsen. Etter å ha lest beskrivelsen vil det være mer klart fr en fagkyndig hvordan oppfinnelsen skal kunne brukes i alternative situasjoner. Det vil faktisk da være åpenbart at apparatets parasittelement kan brukes sammen med andre trådløse apparater, for eksempel bærbare faksimilemaskiner og datamaskiner med radiooverføringsmulighet etc. og med antenner som ikke er av sub-strattypen.

En typisk trådløs telefon har forskjellige innvendige komponenter som generelt er holdt på plass på et eller flere kretskort og der skal utøve de ønskede og nød-vendige funksjoner. Fig. 2a og 2b viser generelt hvordan en typisk telefon er bygget opp innvendig. Fig. 2a viser telefonen i lengdesnitt, idet dette er den samme telefon 100 som er vist på fig. lb, men hvor den nå er åpnet slik at man kan se noen av komponentene inni. Fig. 2b viser et utsnitt av samme telefon og sett fra baksiden, nemlig fra motsatt side av tastefeltet og vinduet, for å se hvordan komponentene og kretsene er anordnet inne i huset 102.

På fig. 2a og 2b er et kretskort 202 vist inne i huset 102, for å bære og sammenkople flere komponenter så som integrerte kretser eller brikker 204, diskrete komponenter 206 så som motstander og kondensatorer, og forskjellige typer kontakter 208. Vinduet 112 og tastefeltet 114 er typisk montert på baksiden av kretskortet 202, med ledninger og kontakter (ikke vist) for tilkopling av høyttaler, mikrofon og andre tilsvarende elementer. Antennene 104 og 106 er anordnet på den ene side av kretskortet og er koplet til dette ved hjelp av spesielle trådkontakter, klemmer eller holderinger 214 og ledere eller ledninger 216 bestemt for dette formål.

I en typisk telefon 100 er det brukt en holdering 214 av metall i bunnen av spiralantennen 106 for å holde denne på plass i huset 102. Piskantennen 104 er montert for å kunne skyves ut og inn inne i spiralantennen, idet den har en utvidelse i toppen og en fortykket del 218 aller nederst for å begrense den til bare å kunne beveges inne i spiralantennen 106. Den fortykkede del 218 nederst på piskantennen 104 er også av elektrisk ledende materiale og slik at når antennen trekkes ut danner denne del 218 elektrisk kontakt med holderingen 214. Signalene kan derved overføres via ledningen 216 til holderingen og delen 218 for å gå ut via antennen 106 (i en sendersituasjon).

Typisk brukes et visst antall støttebrikker, avstandsstykker eller stendere 210 i huset 102 for montering av kretskort og andre komponenter. En eller flere støttekanter 211 kan også brukes for å støtte kretskort. Stenderne kan være utformet som en del av selve huset, for eksempel fremstilt under sprøytestøping eller på annen måte holdt på plass, så som ved lim eller med andre velkjente mekanismer. I tillegg har man typisk en eller flere ytterligere utvidede godsdeler 212 for feste av skruer, bolter eller tilsvarende festeelementer 213 for å holde deler av huset 112 sammenføyd. Dette betyr at huset 102 kan fremstilles av flere deler eller av en hoveddel og i alle fall dekke elektronikk-kretsene. De godsdeler 212 som brukes for sammenføyning brukes da til å oppta festeelementene 213 slik at husets enkelte deler kan holdes på plass i forhold til hverandre. Den foreliggende oppfinnelse tar lett hensyn til eller regner med en rekke forskjellige typer stendere 210 og godsdeler 212, hele tiden med tanke på en meget effektiv utforming av en innvendig antenne.

Slik det fremgår av utsnittet i større målestokk på fig. 2b fremstilles kretskortet 202 vanligvis som et flerlags kort med flere avvekslende lag av ledende materiale og dielektrisk substratmateriale, sammenføyd som en pakke for å danne en relativt kompleks kretsforbindelse. Slike flerlags kretskort er velkjent innenfor teknikken og er i utstrakt bruk. Som en del av den totale konstruksjon har kretskortet 202 minst ett og enkelte ganger flere jordingssjikt eller -plan enten på en nederste flate eller lagt inn i kretskortet i en midtposisjon.

Det er anerkjent kunnskap at man - ut fra den måte en antenne i et trådløst apparat setter opp strømmer i et jordplan på - kan erstatte større og mindre anvendelige antenner med mindre og mer kompakte antenner eller antenneelementer, under den forutsetning at disse er anordnet på riktig sted i forhold til jordplanet i apparatet. Dette faktum har ført til utviklingen av substratantenner slik det er forklart i patentskriftet nevnt innledningsvis.

Et eksempel på en substratantenne 300 er vist på fig. 3a-3c. Den inne-holder en elektrisk ledende strimmel 302 med langstrakt form, et dielektrisk bæresubstrat 304 og et signalmateområde 306. Strimmelen 302 kan fremstilles som mer enn én strimmel som da forbindes elektrisk med hverandre i rekke for å danne den ønskede antennestrålestruktur. Strimmelen er elektrisk tilkoplet en ledende brikke 308 i området 306 i eller nær den ene ende av substratet 304.

Substratet fremstilles av et dielektrisk materiale eller substrat, så som et kretskort eller et fleksibelt materiale egnet for slik bruk. Man kan for eksempel bruke et mindre kretskort basert på glassfiber. Fagfolk kjenner godt de forskjellige tilgjengelige produkter for passende antennesubstrater, basert på de ønskede dielektriske egenskaper eller båndbreddekarakteristikken.

Strimmelen 302 er av et godt ledende materiale så som kopper, messing, aluminium, sølv eller gull, eventuelt andre ledende materialer eller sammensetninger som er kjent å være anvendelige ved fremstilling av antenneelementer. Dette kunne innbefatte ledende • materiale som er lagt i plast eller ledende harpiks, idet slike materialer også kan brukes som substrat. Strimmelmaterialet kan være pålagt ved kjente teknikker så som, men ikke begrenset til standardisert fotoetsing av et ledende materiale på et dielektrisk substrat, anodisering eller på annen måte avsetting av et ledende materiale på et substrat, eller pålegging av en tynn plate av ledende materiale på et sub-stratunderlag ved hjelp av lim eller liknende. I tillegg kan kjente påleggingsteknikker brukes for avsetning av metall eller ledende materiale på et plastsubstrat, hvilket kan formes etter ønske.

Lengden av strimmelen 302 bestemmer hovedsakelig antennens 300 resonansfrekvens og dimensjoneres på hensiktsmessig måte for en bestemt driftsfrek-vens. Et elektrisk ledende element, en strimmel eller flere strimler, som har en lengde på tilnærmet en fjerdedel av den effektive bølgelengde ( X) for den aktuelle frekvens brukes vanligvis. De som er bevandret i denne teknikk vil lett anerkjenne fordelene ved å lage lengden noe større eller mindre enn X/4 for å bedre impedanstilpasningen i sender- eller mottakerkretser. I tillegg kan tilkoplingselementer så som blottlagte kabler, ledninger eller klemforbindelser bidra til at den totale lengde av antennen må innregnes sammen med disse elementer når lengden av strimmelen eller strimlene skal beregnes.

Der en trådløs innretning kan kommunisere ved mer enn én frekvens baseres lengden av strimmelen 302 på forholdet mellom disse frekvenser. Dette betyr at flere frekvenser kan takles så lenge de er relatert ved brøkdeler av en bølgelengde. En kvartbølgelengde for en bestemt frekvens tilsvarer for eksempel 3X14 eller X/ 2 for en annen frekvens som også passer til lengden av strimmelen, og slike forhold for å bruke enkle utstrålere for flere frekvenser er velkjent innenfor teknikken.

Tykkelsen av en strimmel eller flere strimler 302 vil vanligvis være i størrelsesorden en liten brøkdel av en bølgelengde, for å redusere eller hindre tverrgående strømmer eller svingemodi og for å opprettholde en minste antennestørrelse (tykkelse). Den valgte verdi bygger på båndbredden som antennen skal arbeide ved, og dette er også velkjent innenfor antennekonstruksjon. Bredden av strimmelen 302 er også holdt mindre enn en bølgelengde i det dielektriske substratmateriale, slik at høyere ordens svingemodi ikke vil eksiteres.

Den totale lengde av strimmelen 302 er gjerne tilnærmet X/ 4, men det skal bemerkes at lengden kan foldes, bøyes eller skifte retning på annen måte, faktisk bøyes tilbake langs seg selv, slik at den totale antennestruktur vil ha langt mindre lengde enn X/ 4. Lederen, støttesubstratet og den totale lengde sammen vil gi en betydelig reduksjon i den totale antennestørrelse, sammenliknet med konvensjonelle strimmel- eller ele-mentantenner, slik at den nye antenne er mer ettertraktet for bruk innenfor radiokommunikasjon. Sammenliknes med en konvensjonell mikrostrimmelantenne har man et jordplan som minst har utstrekningen X/ 4 for å arbeide riktig.

Som vist på fig. 3a og 3c er en elektrisk ledende utvidelse som kan kalles et hode 308 anordnet i området 306 og er koplet elektrisk til eller forbundet direkte med strimmelen 302. Generelt dannes hodet 308 og strimmelen 302 av ett og samme materiale, gjerne i en enkelt struktur og ved å bruke samme fremstillingsteknikk, selv om dette ikke er påkrevet. Hodet 306 må imidlertid ha god elektrisk kontakt med strimmelen 302 for å overføre signalere uten å forstyrre antennens impedans og egenskaper for øvrig.

I enkelte konfigurasjoner kan strimmelen vende ut fra et kretskort eller signalkilder eller -mottakere, og substratet er brakt på plass mellom strimmelen og kretskortet. Hodet 308 får da en posisjon som ikke er så lett tilgjengelig fra kretskortet, uten at man må ta i bruk en ledning eller en annen leder for å føre en slik rundt substratet. Dette blir mer komplisert enn ønskelig, og derfor har man slik det er vist på fig. 3 c anordnet et andre kontakthode 310 som kan brukes på motsatt side av substratet og som dessuten er elektrisk ledende og egnet for å overføre signaler gjennom substratet.

En signaloverføringsdel er koplet til substratantennen 300 via hodet 308 (og 310) for hensiktsmessig elektrisk forbindelse og signaloverføring via kontakter eller klemmer av fjærende type, og også slike elementer er kjent innen teknikken. Dette letter konstruksjonen og fremstillingen av det trådløse apparat ved å eliminere manuell installasjon av spesialkontakter eller kontaktstrukturer. Dette betyr også at antennen på hensiktsmessig måte kan erstattes når det er behov for dette, så som for reparasjon, oppgradering eller endring. Som gjennomgått ovenfor bidrar kontaktstrukturen til den totale antennestråleelementlengde, og dette må tas hensyn til ved valg av strim-meldimensjoner.

Signalinnmatingen i en sendersituasjon kopler et signal fra en signalpro-sesseringsenhet eller -krets (ikke særskilt vist) på kretskortet 202 og til substratantennen 300. Merk at en slik krets eller enhet brukes generelt for en krets som arbeider ved hjelp av kjente signalprosesseringselementer, innbefattet mottakere, sendere, forsterkere, filtre, sender/mottakere og liknende.

Fig. 4a-4e viser forskjellige alternative utførelser for de strimler som brukes for å bygge opp en antenne 300 i samsvar med oppfinnelsen. På fig. 4a er en strimmel 302' vist som en enkelt tynn ledende del som strekker seg langs lengden av substratets 304 (vist i ytterkant) og som er koplet til eller dannet sammen med et avrundet kontakthode 308 i den ene ende og med en utvidet eller avrundet del 402 i ikke-kontaktenden. Strimmelen får derved utseende som et "hundekjøttben".

På fig. 4b er vist en strimmel 302" som er utformet som en lengre tynn ledende del koplet til eller dannet sammen med et mer kvadratisk fonnet kontakthode 308 i enden av strimmelen. I dette tilfelle strekker strimmelen seg langs substratets 304 lengde (som tidligere), mens fig. 4c viser en strimmel 302'" utformet for også å strekke seg langs lengden av substratet 304 og er deretter foldet eller bøyd nær en ytre ende 404 uten kontakt, slik at strimmelen blir ført tilbake mot kontakthodet. Dette muliggjør å la antennen få kortere total lengde enn om den hadde dannet et direkte langstrakt kvartbølgeelement. Som angitt ovenfor er det klart at forskjellige typer mønstre eller fasonger kan brukes når man skal omdirigere strimmelretningen, for eksempel kan man ha rettvinklede hjørner, sirkulære bånd eller andre fasonger for denne funksjon, uten derved å gå ut over oppfinnelsens ramme. Strimmelen er også bredere i den tilbakefoldede del enn i den øvrige del, og denne økede bredde, slik det er vist på fig. 4b og 4c gir en såkalt "toppbelastning" eller bedret båndbredde for antennen, idet dette er anvendelig for bestemte anvendelser. Imidlertid vil denne ekstra bredde ikke være nød-vendig i oppfinnelsen.

På fig. 4d er det inntegnet en strimmel 302"" med en noe mer kompleks form, idet den følger kanten av substratet, idet dette er fremstilt med en sideutvidelse langs den ene kant og den tilsvarende utsparing på motsatt side. Slike særegenheter og andre vinkler og innbuktninger langs lengden av substratet tjener til å danne grensesnitt mot sidene eller de enkelte detaljer i huset rundt det trådløse apparat og dettes forskjellige støtteelementer. Dette betyr at kantene av substratet 304 kan være innformet til å anta forskjellig fasong for å passe inn i et hus. Kantene kan være formet for å passe til eller anordnes rundt tilsvarende variasjoner i veggene i huset og omkranse forskjellige utbuktninger, utvidelser, uregelmessigheter eller kjente fremspring fra flatene på husets innside eller faktisk å la det være igjen åpninger for ledninger, ledere og kabler som må legges inn i apparatet. Sidene eller kantene av substratet kan bruke et større antall avrundede, kvadratiske eller andre fasongbestemte elementer for dette formål. Merk at et mellomrom 406 er anordnet mellom enden av strimmelen der den er foldet tilbake og kanten av substratet, idet mellomrommet tjener til å holde strimmelen i en avstand fra antennekanten.

Videre kan fasongen av strimmelen 302 (302', 302", 302'", 302"") eller substratantennen 300 også variere tredimensjonalt, og dette betyr at selv om strimlene generelt er utformet som plane flater kan substratet eller substratoverflaten være krummet eller bøyd for å passes til forskjellige monteringskonfigurasjoner. Dette betyr videre at substratet kan fremstilles som en krum eller bøyd struktur, med varierbar overflate eller rett og slett være egnet for å deformeres under installasjonen ved at substratet generelt er tynt, men likevel sterkt. Det vil være åpenbart for de som har den minste kjennskap til denne teknikk at forskjellige kurver eller bend kan brukes i slike situasjoner hvor man utvider til tredimensjonalitet. Substratoverflaten kan for eksempel danne et meanderformet mønster av en eller annen type.

I en foretrukket utførelse av substratantennen for bruk i telefonen vist på fig. 1 og hvor det hele var konstruert sammen og utprøvd, er vist forfra på fig. 4e. Substratet 304 har i denne utførelse 52 mm total lengde og med en strimmelbredde på omkring 1 mm. Det var i dette tilfelle ikke ønsket å bøye tilbake en del av strimmelen, og strimmelbredden ble også holdt konstant uten utvidelser, med unntak av hodene 308 og 310 (på motsatt flate) som begge hadde et areal på omkring 4,5 x 6 mm og med en rekke hensiktsmessige gjennomføringer av ledende materiale tvers gjennom substratet for forbindelse mellom de to. Et fiberglassubstrat ble brukt, med tykkelse 1 mm, og alle strimler og hoder hadde omkring 10 um (0,01 mm) tykkelse.

På fig. 5a og 5b har antennene 104 og 106 gitt plassen til substratantennen 300. Kretskortet 202 vist på fig. 5a har flere lag av ledende og dielektrisk materiale, så som kopper og fiberglass, slik det allerede er omtalt. Dette er illustrert med det dielektriske materiallag 502 lagt opp mot et metallederlag 504 og et nytt overliggende dielektrisk lag 506 med et metallag 508 oppå det igjen. Ledende gjennomføringer (ikke vist) er brukt for å forbinde de enkelte ledere i de forskjellige lag med komponenter på ytterflatene. Etsede mønstre på lagene fastlegger sammenkoplingsstrukturen for hvert lag, og i denne konfigurasjon kan begge metallagene 504 og 508 danne et jordplan på tilsvarende måte som for kretskortet 202, hvilket er velkjent.

Antennen 300 er montert ganske nær kretskortet 202, men i en viss avstand fra jordplanet og slik at substratet 304 står tilnærmet normalt på dette. En slik anordning gir en meget tynn profil for antennen 300, slik at den kan smettes inn i trange rom og nær telefonens omsluttende hus 102, for eksempel mellom feste- eller monteringsposter og siden (toppen) av huset 102, noe som ikke er mulig ved bruk av konvensjonelle mikrostrimmelantenner.

Som en valgmulighet kan slike poster nå brukes for automatisk posisjonering og feste av antennen 300 uten å kreve ytterligere støttemekanismer eller festeelementer. Dette gir en meget enkel monteringsmekanisme eller midler for å holde substratet på plass, slik at man reduserer arbeidskostnader ved installasjonen av antennen og eventuelt i automatiserte sammenstillingsrutiner. I alternativet kan substratet 304 festes på plass ved hjelp av mindre braketter, eller avstandselementer, fremstikkende deler, rygger, spor, spalter, kanaler eller liknende i materialet som brukes for å fremstille husets 102 vegger. Slike festeelementer kan være støpt eller på annen måte utformet i veggen under fremstillingen, særlig brukes injeksjonsstøping. Elementene kan holde substratet 304 i posisjon når det er innført mot, mellom eller innenfor dem, eller ved å bruke festeelementer som er festet til dem under sammenstillingen av telefonen. Andre midler for montering er bruk av klebemidler eller teip for å holde substratet mot sideveggen eller en annen del i telefonen.

Fig. 5b viser hvordan substratet 304 kan være bøyd eller formet på annen måte for å passe bedre til de indre flater i huset eller for å smyge seg inntil andre elementer i telefonen. Substratet kan fremstilles i denne fasong eller deformeres under installasjonen, og ved særlig å bruke et tynt substrat kan dette muliggjøres, slik at man får et press mot tilstøtende flater. Dette press vil generelt gjøre at substratet holdes på riktig plass uten behov for ytterligere festeelementer. En viss grad av sikring oppnås derved ved installering av det tilstøtende kretskort og et deksel eller en del av huset når slike elementer festes. Det er imidlertid ikke noe behov for å deformere eller bøye substratet under fremstillingen eller installasjonen for å få antennen eller parasittelementet for en substratantenne til å virke i henhold til ønskene.

Det elektrisk ledende hode 308 er anordnet nært inntil og elektrisk koplet til kretskortet 202 ved å bruke en fjærkontakt eller klemme 516. Klemmen er montert på kretskortet 202 ved hjelp av velkjent teknikk så som lodding eller ledende lim. Den er elektrisk forbundet i sin ene ende til tilhørende ledere eller gjennomføringer for å kunne overføre signaler til og fra en eller flere ønskede sender- eller mottakerkretser i telefonen, koplet til antennen 300. Den andre ende av klemmen 516 er generelt fritt-flytende og strekker seg fra kretskortet 202 mot der antennen 300 skal legges inn. Nærmere bestemt posisjoneres klemmen 516 nær enden av strimmelen 302 hvor kontakthodene 308 eller 310 ligger. Som vist på tegningene bøyes klemmen 516 i sirkulær eller buet fasong, hvilket gir en mer fleksibel utførelse som lettere kan innpasses. Andre klemmetyper kan også være anvendelige. Klemmen fremstilles typisk av metallmateriale så som kopper eller messing, men ethvert deformerbart elektrisk ledende materiale kjent for denne type anvendelse kan brukes for signaldempning eller andre kontaktkarakteristika, slik det er velkjent innen faget.

Siden antennen 300 ikke er posisjonert over eller anordnet parallelt med å ligge inntil et jordplan, så som laget 504 har eller opprettholder antennen en tilstrekkelig stor strålingsmotstand. Dette betyr at det er mulig å fremskaffe god nok impedanstilpasning for antennen 300 uten dermed å innføre vesentlige signaltap, det vil si at antennen får en effektiv tilpasning. Dette kan opprettholdes selv om den beveges til forskjellige posisjoner, til siden for kretskortet 202, det vil si at den beveges sideveis, men uten å føres nærmere kretskortet.

Ved å anordne antennen nær og ovenfor eller utenfor kanten av det jordplan som dannes i forhold til huset kan den få en meget god rundstrålekarakteristikk, faktisk bedre enn en konvensjonell piskantenne. En slik posisjonering av antennen 300 betyr også at det resulterende strålingskarakteristikk blir i alt vesentlig vertikalpolarisert, hvilket er ønskelig for de fleste kommunikasjonsapparater for trådløs overføring.

En fordel med substratantennen 300 er at den ikke behøver noen bevegelig del for jordplanet eller kretskortet, enten for montering eller posisjonering på plass. Større gruppeantenner eller elementer tilhørende sammensatte antenner krever såvidt stor plass at de må utgjøre en del av kretskortet eller krever at en del av dette er fjernet, eventuelt at kretser tas bort for å gi plass til monteringen. Imidlertid er det underforstått at oppfinnelsen også kan innebære forbedringer når det gjelder bruken av slike andre foreslåtte innvendige antenner ved å redusere støyopptak og bedre den relative båndbredde.

Det er tre hovedområder for energitap som påvirker driften av antennen 300 i et trådløst apparat: For det første har man impedansmistilpasningstap som skyldes den dielektriske belastning brukerens hånd utgjør, for det andre energitap ved absorbsjon i brukerens hode og for det tredje absorpsjon i brukerens hånd. Slik energiabsorpsjon eller tilpasningstap kan degradere antenneytelsen, for eksempel kan absorpsjonen bety vesentlig dempning av signalene, slik at rekkevidden reduseres.

Den del av antennen 300 som må betraktes å være mest følsom for slike virkninger er den åpne, ikke signalmatede ende og de tilhørende bøyde deler av strimmelen 302 som utgjør selve antennelederen. Denne del av antennen kan lokaliseres eller posisjoneres inne i telefonhuset slik at brukerens hånd får minst mulig kontakt eller opprettholder en vesentlig avstand. Antennekonstruksjonen tillater fleksibilitet ved plasseringen i apparatet for å redusere håndabsorpsjonen, og enda viktigere er at til-pasningstapene reduseres, nemlig de tap som innføres ved at hånden eller andre gjenstander er for nær antennen (unntatt når en slik nærhet er ønsket).

For å redusere virkningene av håndbelastningen, som man kan kalle det, bedre energifordelingen og gi andre fordeler kan antennen ha en elektrisk ledende skjerm anordnet nærmest antenneelementene og -strimlene. I enkelte anvendelser er det ønskelig å legge et slikt skjermmateriale nær inntil eller rundt en del av substratantennen, og dette gir en skjermet antenne som kan ha bedret strålingskarakteristikk ved at det etableres et nærfelt med null strøm og slik at energien dirigeres mot antennens fjernfeltmønster. Skjermingen etableres typisk ved hjelp av lag av ledende materiale som legges i parallelle plan på oversiden eller undersiden av antenne-strimlene, og dette kan gjerne utføres ved at ytterligere dielektriske substrater eller dielektrisk materiale legges over strimlene hvoretter ledende materiale legges på dielektrikumet. De enkelte skjermlag kan også være dielektrisk koplet sammen for ytterligere å øke skjermvirkningen langs antennens sider, ved hjelp av gjennomføringer, heftbånd eller liknende. Forskjellige slike ledende materialer, fasonger, typer og størrelser kan brukes for å danne skjermlag eller -strukturer for antennen, og en slik antenne er allerede beskrevet i vår US patentsøknad USSN 09/059,605 med tittel "Skjermet substratantenne", idet innholdet her tas med som referansemateriale.

For ytterligere å hjelpe til med å redusere antennestørrelsen eller tillate fleksibel innordning i huset 102 kan antennen også utformes ved posisjonering eller avsetning av ledende materiale på selve huset eller på en annen flate inne i apparatet. Dette betyr at der man har en relativ klar eller uhindret vei langs en sidevegg i huset kan strimmelen i antennen legges eller formes direkte på veggen, og dette er vist i det snitt som fig. 6 illustrerer, hvor strimmelen 302 er lagt direkte på huset, idet dette da tjener som et bæresubstrat.

Der den del av husveggen som skal brukes er metallbelagt eller av metall eller et annet elektrisk ledende materiale kan et mellomlag av isolasjonsmateriale brukes mellom huset og strimlene 302.1 denne konfigurasjon vil et metallag som har den ønskede mønsterfasong kunne utformes på et tynt materialsjikt med en klebende bakside som gjør sjiktet lett å plassere i telefonen ved rett og slett å trykke sjiktet mot siden av huset. En slik løsning kan faktisk også automatiseres ut fra produksjons-maskiner av typen "hent og plasser".

Det er imidlertid klart at den relative posisjonering av antennen eller et ledende materiale i forhold til jordplanet må være den samme som forklart ovenfor.

Når substratantennen i enkelte situasjoner og brukt i bestemte typer tråd-løse apparater så som telefonen vist på fig. la-lb kan det oppstå tilfeller hvor antennen får mindre vinning enn ønsket, hvorved apparatet blir det man gjerne kaller "følsom-hetsredusert" av støy og gir et uønsket energifordelingsmønster.

Substratet og andre innvendige antenneelementer er oftest anordnet nær forskjellige typer signalkilder og ledere som kan innføre støy eller overføre uønskede signaler via antennen. Dette krever at apparatet må gjøres ufølsomt for å redusere innvendig støyopptak (redusert forsterkning) hvilket fører til dårligere følsomhet for de ønskede kommunikasjonssignaler. En innvendig antenne tillater også at energi eller utstråling blir rettet eller koplet til uønskede modi eller retninger inne i apparatet eller kretsen, hvorved den tilgjengelige antennevinning reduseres. Samtidig kan energi-koplingen forårsake at noe av energien på uønsket måte stråler ut fra elementer utenom antennen, langs retninger mot for eksempel apparatbrukeren.

Når i tillegg en substratantenne fremviser øket båndbredde har man en fortsatt interesse i å konstruere trådløse apparater med slik øket båndbredde, og dette er særlig anvendelig for apparater som brukes i eller over multippelkommunikasjons-systemer, i flere land eller stater eller ved forskjellig driftsmodus der flere frekvenser brukes.

Resultatet er at selv om substratantennen er en innvendig antenne som kan posisjoneres for å redusere virkningen av håndbelastning og er mindre følsom enn tidligere antenner er det ønsket med ytterligere arbeid for å redusere tilpasningstap og støy, samtidig med at den totale båndbredde og forsterkning eller vinning bedres. For å løse disse og andre problemer for bestemte trådløse apparater er det foreslått et parasittelement som arbeider sammen med substratantennen, og utformingen og virkemåten for et slikt element er illustrert nedenfor.

Som vist på fig. 7 har et trådløst apparat som kan brettes ut slik man åpner et skjell, særlig i form av en trådløs telefon eller mobiltelefon 700, slik det er vist på fig. la og lb, en øvre husdel 702 og en nedre husdel 704 festet til den øvre i et dreieledd 706.1 et slikt arrangement brukes generelt den øvre husdel 702 til feste av høyttaleren 110 eller varslingselementer, mens kretskortet 202 er lagt inn i den nedre husdel 704. Forskjellige utførelser av kabling kan naturligvis legges inn i telefonen 700 for å over-føre signaler til og fra disse elementer, uten at dette går ut over oppfinnelsens ramme. Signalene har generelt liten effekt og lav frekvens og vil vanligvis ikke innebære noe problem for telefondriften eller for brukeren. Signalene kan enten være i analog eller digital form, i avhengighet av anvendelsen og hvilken signaltype det gjelder.

Et sett slike ledninger i en flat og fleksibel båndkabel 712 er vist på fig. 7 fra et tilkoplingssted like under kretskortet 202, forbi dreieleddet 706 og til batterikontakter 710 og et sett høyttalerkontakter 714. Uheldigvis er ledningene i båndkabelen 712 ført temmelig nær den ene ende av strimmelen 302 i antennen 300, og i den viste utførelse går ledningene også nær signalinnmatingsdelen i antennen 300 og nær klemmen 516, idet denne effektivt utgjør en del av antennen 300. Dette er i kontrast til de enkelte ledere og kontakter i piskantennen vist på fig. 2, idet denne er skjermet og holdt lenger unna slike ledere. Det at ledningene er ført såvidt nært de aktive antenneelementer kan føre til betydelige problemer for telefonen 700.

Posisjoneringen av ledningene gjør nemlig at elektromagnetiske felter som frembringes ved dem vil påvirke antennen, idet denne opptar noe av energien fra disse felter. I tillegg kan signaler fra andre kilder oppfanges av de uskjermede ledningene i båndkabelen og overføres til andre områder nær antennen, og resultatet er at i det minste deler av signalene som overføres langs eller tas opp av ledningene i båndkabelen blir overført til antennen. Signaler som er koplet fra slike ledninger til antennen kan overføres til mottakerkretsene i telefonen hvor de i så fall blir forsterket, og dette er meget uheldig, siden slike signaler ikke er nyttbare kommunikasjonssignaler, men representerer støy. Dette betyr at de utgående lydsignaler som er beregnet for en høyttaler 110, for kommandoer eller signaler for å aktivere en varslingsinnretning, faktisk også signaler fra batteriledningene, kan videreføres til antennen 300, og i tillegg vil enkelte andre signaler også kunne fanges opp av disse ledninger i båndkabelen, idet disse ledninger er uskjermede, innbefattet utgangssignaler fra antennen eller sender-kretsene.

I ethvert tilfelle må denne støy kunne ignoreres eller undertrykkes i det trådløse apparat som telefonen utgjør, og dette krever eller fører til reduksjon av følsomheten av apparatets mottakerkretser for å ta hensyn til støyen. Dette betyr at slike kretser må være mindre følsomme overfor lavnivåsignaler (støy) for ikke å forsterke eller kople tilbake slik støy til resten av signalbehandlingskretsene. Uheldigvis fører dette også til reduksjon av eller degradering av muligheten for å kunne registrere eller bruke de ønskede kommunikasjonssignaler ved lavere nivåer. En annen mer fjerntliggende sidevirkning er at kommunikasjonssystemet for telefonens samband kan måtte bruke mer sendereffekt på gjennomsnittlig basis for å ha et dekningsområde som når bestemte trådløse apparater som etablerer større interferens for andre system-brukere, og denne økede sendereffekt vil likeledes gi risiko for større interferens for slike brukere og dessuten redusere totalsystemets overføringskapasitet.

Samtidig må lederne kunne resonere med de felter som frembringes av antennen, til en viss utstrekning, og en mindre del av antenneutstrålingen blir omdirigert til lederne. Selv om denne virkning kan være meget liten sammenliknet med den energi som overføres via klemmen 516 kan den fremdeles innebære en betydelig tapsfaktor og påvirke driftsforholdene for telefonen på flere måter. For det første representerer energi som omdirigeres fra antennen til andre deler av telefonen tapt effekt for kommunika-sjonen. Dette innebærer at mer energi må tas ut fra begrensede ressurser så som batterier, for å opprettholde et bestemt utgangsnivå eller budsjett, slik det ofte benevnes innen faget Dette gir en mulig påvirkning av både sambandskvaliteten og den driftstid telefonen har.

Av denne grunn endres ifølge oppfinnelsen den måte lederne konfigureres på i områdene rundt eller nær inntil antennen, for å redusere den energi som stråles ut eller overføres til antennen fra slike ledere. Ved samarbeidet med en substratantenne vil denne teknikk øke antennevinningen, følsomheten ved mottaking og antennebåndbredden, og dessuten bedres impedanstilpasningen, mens uønsket utstråling reduseres.

En første utførelse av apparatets parasittelement er vist i grunnrisset på fig. 8a, og sett fra siden i en gjennomskåret telefon på fig. 8b. På disse tegninger og de som følger er bare kretskortet 202 vist med omrisset for å gjøre tegningene enklere. En tynn og tilnærmet flat båndkabel 712 med flere ledninger er ført fra en eller flere kontakter på undersiden av kretskortet 202 eller fra en overside på dette, i avhengighet av den aktuelle konstruksjon. Dette er velkjent innenfor teknikken.

Båndkabelen 712 er ført nær enden av antennen 300 og langs en ytterflate på den øvre husdel 702. Nærmest den øverste ende av kabelen er de enkelte ledninger i den ført ut i forskjellig retning eller langs forskjellige veier for å forbinde en eller flere batterikontakter 710, høyttalerkontakter 714 eller andre kontakter som brukes for over-føring av andre typer velkjente signaler eller spenninger. I denne konfigurasjon og med båndkabelen 712 ført like inntil antennen 700 vil imidlertid uønsket støy samles opp eller koples til antennen, og dette betyr at følsomheten av mottakerkretsene eller pro-sesseringselementene som er koplet til antennen må reduseres for å redusere virkningen av støyen. Dette betyr igjen at man får en tilsvarende reduksjon i den totale følsomhet for apparatet overfor nyttesignaler. Størrelsen av denne reduksjon er blitt fastslått å være i området 3-4 dB, hvilket er ganske betydelig.

I den hensikt å redusere eller hindre energikopling mellom kabelen 712 og antennen 300 eller inn i rommet rundt telefonen er det derved anordnet et parasittelement 800 som kan tjene som en skjerm eller endre resonans- eller energikoplings-karakteristika for kabelen eller dennes ledninger. Samtidig tjener elementet 800 til å skille ladninger over avstanden mellom antennen 300 og jordplanet i kretskortet 202, og dette øker det effektive eller virtuelle areal av antennen for den aktuelle frekvens. Følgelig får man både økning av antennevinningen og båndbredde på tilsvarende måte, og den totale forsterkning av det trådløse apparat, her i form av telefonen, øker derved med omkring 0,8-1,5 dB.

Ved parasitter kopling av elementet 800 til jordplanet på kretskortet 202 via båndkabelen 712 øker imidlertid både forsterkning og båndbredde noe, i samme størrelsesorden som nevnt ovenfor, nemlig 0,8-1,5 dB. Parasittelementet 800 og den parasittere kopling øker båndbredden med en faktor på minst 1,5, og alternativt kan dette element være koplet til jordplanet ved hjelp av en ledning 908, idet dette skal forklares ytterligere nedenfor.

Elementet 800 fremstilles av et elektrisk ledende, så som kopper, messing, aluminium, sølv, gull eller et annet rent eller sammensatt materiale, gjerne et som brukes for antenneelementer generelt. Det ledende materiale kan være innlagt i et isolerende materiale så som plast, harpiks eller annet, og dessuten i ledende epoksy-materiale.

Materialet for å lage parasittelementet 800 kan brukes på en eller flere av kjente teknikker så som, men ikke begrenset til avsetning av metallisk eller generelt ledende materiale på et plastbæreelement eller et substrat som deretter monteres på plass, eller en tynn folie med ledende materiale kan brukes, idet denne festes på plass ved klebing, limband eller annet. Materialet selv kan være utformet som en tynn metallteip for selvpåklebing og dimensjonert på passende måte for å anordnes på plass over kabelen 712. Tynnere og mer fleksible elementer holdes på plass på forskjellige måter, ved lim eller klebebånd, mens tykkere materialer kan bruke klemmer, skruer, påsmettmekanismer og liknende, særlig dersom elementet også monteres på et substrat for lett transport og fjerning av kabelen 712. Det er også mulig å bruke standardanodisering eller annen avsetningsteknikk for å legge på et sjikt med ledende materiale på kabelen og overflaten av huset rundt telefonen. Dette innbefatter bruk av ledende materiale i flytende form, tilsvarende det som er gjennomgått for konstruksjonen av substratantennen.

I tillegg kan det være slik at andre utførelser også kan brukes ifølge oppfinnelsen, selv om elementet er vist som et enkeltlag av ledende materiale. Flere materiallag kan anordnes for å dekke bestemte områder eller for å oppnå en ønsket total tykkelse for parasittelementet, basert på hvilken frekvens eller hvilken energi som skal hindres. Flere lag kan også brukes for å lage en bestemt komplisert form eller for å forenkle fremstillingen. Flere lag av materiale kan også avsettes på eller flettes inn i blant andre materialer så som et støtte- og bæresubstrat, og alternativt kan flere lag brukes der et element eller et ledende lag skal anordnes på motsatte sider av eller felles inn i ledere, i motsetning til at det eller de bare er anordnet på en enkelt side.

Parasittelementet er montert for å dekke i det minste en vesentlig del av kabelføringen eller båndkabelen. Det er nok ingen nøyaktig andel som må dekkes på en slik kabel, men det er heller basert på hvilken energimengde som skal hindres i å koples eller stråle ut igjen i en gitt situasjon. Det foretrekkes at hele lengden av kabelen dekkes, særlig i området under eller nær inntil den innvendige antenne, og bredden av elementet bør være minst den dobbelte av kabelen eller lederen som skal dekkes for å hindre feltkopling effektivt.

Den støy som skal undertrykkes for en bestemt telefon vil gjerne være gitt, eller man har gitt en viss følsomhet som skal oppnås for telefonen. Faktoren som skal øke det effektive antenneareal og den tilsvarende forsterkning og båndbredde for bestemte anvendelser vil derved også være gitt, for å komme frem til bestemte dimensjoner for parasittelementet.

På fig. 8a og 8b er dette element 800 vist dekkende hele området mellom dreieleddet 706 og batterikontaktene 710. Denne utførelse kan være å foretrekke, men elementet behøver ikke være så stort som dette for å arbeide tilfredsstillende eller i alle fall bedre telefonens ytelse.

Parasittelementet vist på fig. 8a og 8b har rektangulær eller kvadratisk fasong, men så lenge en passende del av båndkabelen 712 blir dekket behøver ikke fasongen være begrenset til dette. Fig. 9a-9d viser alternative former, for eksempel viser fig. 9a et parasittelement 900 som er sirkulært eller elliptisk, fig. 9b viser et element 902 som er triangulært, fig. 9c viser et element 904 som er mer langstrakt og har sirkulære kanter, og fig. 9d viser et element 906 som består av en mer kompleks rekke rettlinjede og vinkelstående kanter eller sider.

Alle disse utførelser er vist koplet til elektrisk jord i telefonen, og dette bin-da jordplanet i kretskortet 202, selv om dette ikke alltid trenger være slik. På fig. 9a er koplingen vist parasittisk, idet signalene er koplet til jord via en av ledningene som går sammen med og utgjør en del av båndkabelen 712. På fig 9b-9d er denne kopling vist ved hjelp av en ledning, kabel eller en tilsvarende leder 908, og på fig. 9b er denne leder 908 koplet til jordplanet på kretskortet 202 via en kontakt 910. På fig. 9c er den koplet til en jordingsledning for batteriterminalene 710, mens den på fig. 9d er koplet til jordplanet på kretskortet 202 via en av ledningene i båndkabelen 712. Forbindelsen mellom parasittelementet og jordingslederen 908 eller båndkabelen 712 eller kretskortet 202 kan utføres på forskjellige velkjente koplingsmåter eller via kjente innretninger så som, uten at dette er begrenset til dette, lodding, ledende lim eller kittsammensetninger, trådklyper, klemmer, påkrympingselementer eller kjente elektriske kontakter. I enkelte anvendelser kan lederen ha en kontaktflate i en ene ende, som på enkel måte er presset mot parasittelementet ved hjelp av andre festeelementer, poster, avstandsstykker eller liknende inne i telefonen. Arealet eller dimensjonene av parasittelementet 800 kan også reguleres og innstilles etter hvilke frekvenser man venter signaler ved, for reduksjon eller fjerning ved hjelp av elementet.

På fig. 8a, 8b og 9a-9d er parasittelementet vist anordnet over båndkabelen 712 i forhold til forsiden og baksiden av telefonen, og dette innebærer at denne kabel først er montert under sammenstillingen, hvoretter elementet bringes på plass på oversiden i et senere trinn. Elementet kan imidlertid også installeres først og båndkabelen etterpå. Dette gir fordelen med at båndkabelen kommer i en mer betjeningstilgjengelig posisjon uten at man behøver å fjerne parasittelementet Dette gir også en potensielt lettere automatiseringsplassering av elementmaterialet under fremstillingen av telefonen.

I tillegg er oppfinnelsen ikke begrenset til denne konfigurasjon, selv om bare et enkelt parasittelement er illustrert på flg. 8a, 8b og 9a-9d, for eksempel kan multippelelementer brukes for å dekke bestemte områder hvor strålingskoplingen er verst eller lettere å ha kontroll over. Multippelelementer kan også brukes for å oppnå en bestemt kompleks fasong eller for å forenkle installasjonen, og alternativ kan multippelelementer også brukes der et ledende lag skal anordnes på motsatt side av bestemte ledere, i motsetning til anordning på bare én side.

En bestemt utførelse for parasittelementet slik det er beskrevet ovenfor ble fremstilt i form av et tynt metallisk påstikkelement med tilnærmede mål 51x41 mm og bie lagt over en fleksibel båndkabel i en trådløs telefon. En innvendig antenne i form av en skjermet substratantenne med de dimensjoner som er angitt ovenfor ved gjennomgåelsen av fig. 4d ble brukt inne i telefonen, og resultatet ved å anvende apparatets parasittelement ble en tilnærmet forsterkningsøkning for telefonen på omkring 2-3 dB og en økning av antennebåndbredden med en faktor på omkring 1,8, hvilket betyr en økning på omkring 80 %. I tillegg ble impedanstilpasningen mot andre elementer for tilkopling til antennen bedret, hvilket fører til reduserte tilpasningstap. Disse resultater indikerer at parasittelementet reduserer muligheten for innfall av støy, øker båndbredden og gir andre trekk og virkninger som gjør oppfinnelsen meget anvendelig for kommunikasjonsapparater av trådløs type.

De fysiske fordeler og resultatene man får ved å bruke en innvendig antenne i henhold til en av utførelsene som er gjennomgått her og i tillegg fjerne både piskantennen 104 og spiralantennen 106 vil fremgå av siderisset på fig. 5c hvor en telefon 100' er vist identisk med den vist på fig. lb, men ved å bruke et parasittelement i stedet for disse antenner 104, 106.1 den viste konfigurasjon er det omsluttende hus 102' fremstilt uten de åpninger som normalt brukes for utvendige antenner, slik at det hele får et bedre utseende.

Beskrivelsen som er satt opp her skulle være så grei at en fagkyndig kan lage eller bruke oppfinnelsen, og de enkelte modifikasjoner vil naturlig fremgå, så som typen trådløst apparat. Hovedprinsippene kan imidlertid også gjelde for andre ut-førelser, og oppfinnelsen er således ikke begrenset til de viste og beskrevne, men er gitt av rammen om de patentkrav som er satt opp nedenfor.

Claims (13)

1. Apparat (100) for trådløs kommunikasjon, omfattende et parasittelement (800, 900) for høyfrekvensmessig kopling og for å tjene som et utvidet jordplan, og en innvendig antenne (300), og hvor det i et område i apparatet, nær antennen er ført en eller flere ledere (712) for signal/effekt, idet: parasittelementet (800, 900) er anordnet i området nær antennen og en eller flere av lederne (712) og omfatter minst ett lag av elektrisk ledende materiale med bestemt bredde i forhold til bredden av lederne (712) og en bestemt lengde i samme retning som lederne, tilstrekkelig stor til å redusere den strålingsenergi som blir koplet mellom antennen og lederne i området av laget, karakterisert ved at antennen er i form av en substratantenne (300) med en eller flere elektrisk ledende strimler (302) på et dielektrisk substrat (304) med bestemt tykkelse, og at substratet (304) er anordnet forskjøvet fra og generelt normalt på et jordingsplan (504, 508) i apparatet (100).

2. Apparat ifølge krav 1, karakterisert ved at et av parasittelementets (800, 900) lag av ledende materiale er anordnet enten over eller under en eller flere av lederne (712).

3. Apparat ifølge krav 1, karakterisert ved at en eller flere av lederne (712) strekker seg mellom bestemte signalprosesseirngselementer og kraftkilder og over et parti er ført tett inn mot antennen.

4. Apparat ifølge krav 1, karakterisert ved at antallet lag av ledende materiale i parasittelementet (800,900) er minst to.

5. Apparat ifølge krav 1, karakterisert ved at parasittelementets bredde er minst to ganger bredden av lederne.

6. Apparat ifølge krav 1, karakterisert ved at minst ett av parasittelementets lag av ledende materiale er i form av en tynn folie for anordning rett over minst noen av lederne, nær antennen.

7. Apparat ifølge krav 6, karakterisert ved at det minst ene av parasittelementets (800, 900) folietynne lag er elektrisk tilkoplet et jordingsplan (504, 508) i apparatet.

8. Apparat ifølge krav 6, karakterisert ved at det minst ene av parasittelementets (800,900) folietynne lag har i alt vesentlig rektangulær form.

9. Apparat ifølge krav 6, karakterisert ved at det minst ene av parasittelementets (800,900) folietynne lag har i alt vesentlig sirkulær form.

10. Apparat ifølge krav 6, karakterisert ved at det minst ene av parasittelementets (800,900) folietynne lag har i alt vesentlig triangulær form.

11. Apparat ifølge krav 6, karakterisert ved at det minst ene av parasittelementets (800,900) folietynne lag har kompleks geometrisk form.

12. Apparat ifølge krav 1-11, karakterisert ved at parasittelementets (800, 900) lag av ledende materiale er dimensjonert og anordnet i forhold til lederne (504, 508) for å endre deres resonanskarakteristikk og/eller deres karakteristikk for kopling til substratantennen (300), for å redusere en vesentlig del av den energi som ellers ville koples fra denne.

13. Apparat ifølge krav 1, karakterisert ved at parasittelementets (800, 900) lag av ledende materiale er dimensjonert og anordnet i forhold til substratantennen (300) for å øke dennes effektive areal og dermed dens antennevinning og båndbredde.