SE511131C2 - Portabel elektronisk kommunikationsanordning med flerbandigt antennsystem - Google Patents

Description

990303 P:\l927071S .dOC BA/LJ 511131, 2 N U 20 25 30 35 föreligger följaktligen ett uppenbart och påtagligt behov av kommunikationsanordningar med flerbandiga antenner.

En generell tvábandig eller flerbandig antennutform- ning visas exempelvis i WO96/38882 (Ericsson Inc), där en flerbandig tryckt monopolantenn arbetar i tvá olika frekvensband tack vare ett i närheten av monopolantennen anordnat parasitelement. Monopolantennen är anordnad att placeras på konventionellt vis ovanpå telefonens apparat- hölje. Den tryckta monopolantennen tillverkas av ett ledande mönster med en sådan elektrisk längd, att en första resonans inträffar inom ett första frekvensband. Parasit- elementet, som saknar direkt elektrisk förbindelse med det ledande mönstret, har till uppgift att fininställa det ledande mönstret till en andra resonans inom ett andra frekvensband.

WO94/25999 (Motorola Inc.) visar en antenn, som är anordnad i luckan till en elektronisk anordning, såsom en radiotelefon. En transformator är anordnad vid en gångled- mekanism, som förbinder luckan med anordningens huvud- apparathölje. En transformatorlindning är belägen i appa- rathöljet, medan en andra lindning är belägen i luckan.

Syftet med transformatorn är att koppla elektromagnetisk energi mellan antennen i luckan och annan elektronik, som är belägen i apparathöljet, såväl som att fungera som ett impedansanpassningselement. Antennen enligt WO94/25999 är anordnad att arbeta inom endast ett frekvensband.

US-A-5 337 061 trådlös telefon med en utfällbar lucka vridbart monterad pä (Shaye Communications Ltd) avser en densamma. En första antenn är anordnad i luckan, medan en andra antenn är belägen i huvuddelen av telefonen, dvs apparathöljet. Genom att noggrant utforma de bägge antennerna har behovet eliminerats av ett separat organ för växling mellan de tvâ antennerna. De två antennerna är emellertid anordnade att arbeta inom samma frekvensband, eftersom telefonen enligt US-A-5 337 061 syftar till att W U 20 25 30 990303 P:\l927071S .døC Bit/IJ 511 131 uppnå optimala antennprestanda under pågående samtal (varvid den första antennen är i drift, och luckan är ned- fälld) är i drift, såväl som i beredskapsläge (där den andra antennen och luckan är uppfälld).

Samanfattning av uppfinningen Ett syfte med föreliggande uppfinning år att för en portabel elektronisk kommunikationsanordning - som inne- fattar en huvuddel av ett hölje samt en utfällbar del av ett hölje, vilken år vridbart monterad vid huvuddelen av höljet - tillhandahålla ett flerbandigt antennsystem med förbättrad effektivitet jämfört med tidigare känd teknik.

Uppfinningen är särskilt inriktad på en ny och uppfinnings- mässig antennutformning för sådana kommunikationsanord- ningar, där antennsystemet kan arbeta i åtminstone två olika frekvensband utan något behov av ett impedansanpass- ningsnät eller ett separat organ för växling mellan frekvensbanden.

Ovanstående syften med uppfinningen uppnås genom att förse den utfällbara delen av höljet (exempelvis en lucka) med ett tryckt mönster av elektriskt ledande material, varvid en första del av det tryckta mönstret är anordnad att komma i resonans vid en frekvens inom ett första frekvensband, medan en andra del av det tryckta mönstret är anordnad att komma i resonans vid en frekvens inom ett andra frekvensband. Det tryckta mönstret fungerar som ett flerbandigt antennsystem och är anslutet till organ för inuti huvud- radiokommunikation (exempelvis radiokretsar) delen av höljet (exempelvis ett telefonhölje).

Andra syften, särdrag och förtjänster med föreliggan- de uppfinning framgår av följande detaljerade beskrivning av flera utföringsformer av uppfinningen samt av bifogade underkrav och ritningarna. 990303 P:\1927071s .dot BÄ/IJ 511131 4 10 15 20 25 30 Oversiktlig beskrivning av ritningarna Föreliggande uppfinning kommer nu att beskrivas närmare i form av utföringsexempel, varvid hänvisning görs till medföljande ritningar, på vilka FIG 1 illustrerar en portabel mobiltelefon enligt tidigare känd teknik, FIG 2 är en översiktlig illustration av en portabel elektronisk kommunikationsanordning enligt föreliggande uppfinning, FIG 3 flerbandigt FIG 4 Q-formigt mönster, av ett tryckt antennmönster enligt en schematiskt illustrerar arbetsprincipen för ett antennsystem enligt föreliggande uppfinning, illustrerar en första utformning, i form av ett första utföringsform av föreliggande uppfinning, FIG 5 illustrerar ett alternativ till det i FIG 4 visade tryckta antennmönstret, FIG 6 illustrerar ett utformningsexempel för ett tryckt antennmönster enligt en utföringsform av uppfin- ningen, som är särskilt lämpad att åstadkomma polarisa- tionsdiversitet, FIG 7 illustrerar ett alternativ till det i FIG 6 visade tryckta antennmönstret samt FIG 8 är ett diagram, som illustrerar resultat fràn experiment utförda för den i FIG 4 visade utföringsformen.

Detaljerad beskrivning av uppfinningen I FIG 1 visas en portabel elektronisk kommunikations- anordning 10, eller närmare bestämt en mobiltelefon, med ett flerbandigt antennsystem 16 enligt tidigare känd teknik. Mobiltelefonen 10 är en konventionell telefon av cellulär typ, vilken är anordnad att arbeta i tvà olika såsom GSM-bandet och PCS-bandet. Telefonen 10 innefattar ett apparathölje 12 och en utfällbar lucka 14, frekvensband, som är vridbart monterad vid apparathöljet 12 medelst en gàngledmekanism 26. Luckan 14 kommer normalt att på konven- 10 15 20 25 30 990303 P:\l92707ls .dDC BÄ/IJ 5 511 131 tionellt vis vara uppfälld längs apparathöljet 12, varvid en nedre del av telefonens framsida täcks. När telefonen skall användas för att besvara ett inkommande samtal eller för att initiera ett utgående samtal, fäller användaren ned luckan 14, Telefonen innefattar ett flerbandigt antennsystem 16, så att luckan intar ett läge enligt FIG 1. bestående av tvâ antenner l6a och l6b, där den första antennen l6a exempelvis är en utdragbar sprötantenn, medan den andra antennen 16b är en stubbantenn eller spiral- antenn. Som framgår av FIG 1 är antennsystemet 16 anordnat ovanpå apparathöljet 12. Telefonen innefattar vidare en högtalare 18, en display 20, en knappsats 22 samt en mikro- fon 24. Mikrofonen 24 är belägen vid underdelen av apparat- höljet 12 och är förbunden med en första ände av en ljud- ledande kanal 28, luckan 14. En andra ände av den ljudledande kanalen 28 är förbunden med vilken är bildad inuti öppningar 30 i luckan 14 med uppgift att ta emot akustiska ljudvågor från den talande användarens mun.

FIG 2 illustrerar, på en schematisk nivå, en portabel elektronisk kommunikationsanordning 10 enligt föreliggande uppfinning. Av exemplifierande men ej begränsande skäl är kommunikationsanordningen illustrerad som en mobiltelefon, vilken i likhet med den tidigare kända telefonen enligt FIG 1 innefattar ett apparathölje 12 och en lucka 14, vilken är vridbart monterad vid den förstnämnda medelst en gångled- mekanism 26. Vidare är högtalaren 18, displayen 20, knapp- satsen 22 och mikrofonen 24 alla väsentligen identiska med motsvarande komponenter i FIG 1 och erfordrar därför inte I likhet med FIG 1 kan dessutom det inre av luckan 14 vara försett med en ljud- nágon ytterligare förklaring här. ledande kanal, som sträcker sig fràn ljudöppningar 30 i en nedre del av luckan till mikrofonen 24, vilken är belägen inuti underdelen av apparathöljet 12. Av tydlighetsskäl har den ljudledande kanalen inte illustrerats i FIG 2. 990303 P: \192707lS.d0C BA/IJ 511 151 6 W U 20 25 30 Den huvudsakliga skillnaden mellan den tidigare kända telefonen enligt FIG 1 och den uppfinningsmässiga telefonen enligt FIG 2 är, att det konventionella flerbandiga antenn- arrangemanget 16 i FIG 1, vilket är monterat på den övre ytterytan på apparathöljet 12, har ersatts av en uppfin- ningsmässig tryckt antenn 40, som är anordnad på eller i luckan 14. Den tryckta antennen 40 är ansluten till i sig kända radiokretsar inuti apparathöljet 12 och kan således avge och ta emot högfrekventa elektriska strömmar till respektive från radiokretsarna.

Den tryckta antennen 40 beskrivs på grundläggande nivå i FIG 3. Antennsystemet 40 innefattar en första del l och en andra del 2, vilka båda är förenade i en gemensam nod 3. Antenndelarna 1 och 2 matas via noden 3 av en jordad signalgenerator 4. I en verklig tillämpning representerar signalgeneratorn exempelvis radiokretsarna i den i FIG 2 visade mobiltelefonen 10. Den första delen 1 kommer i resonans vid en första frekvens fl, medan den andra delen 2 kommer i resonans vid en andra frekvens fr Genom att noggrant utforma det trycka antennmönstret erhålls enligt föreliggande uppfinning ett flerbandigt antennsystem med två eller flera resonansfrekvenser, vilket kommer att beskrivas mera detaljerat nedan med hänvisning till uppfinningens olika utföringsformer. Olika delar av det tryckta antennmönstret kommer i resonans i olika frekvensband, och således kan antennen fungera som en flerbandig antenn utan något impedansanpassningsnät eller organ för växling mellan frekvensbanden. Exempelvis kan en trippelresonansantenn (GSM, DCS eller PCS, samt trådlöst lokalt nätverk) erhållas genom att på lämpligt vis utforma det tryckta mönstret. Genom att variera det tryckta mönstret kan antennen ges olika polarisation och därför användas som en diversitetantenn tillsammans med en kon- ventionell toppmonterad antenn, som inte visas här. 10 U 20 25 30 35 990303 P:\l927071S. 71 511 131 I det schematiska exemplet enligt FIG 2 kommer en första del 42 av ett tryckt antennmönster 40 i resonans vid en första frekvens inom exempelvis GSM-bandet. En andra del 44 av mönstret 40 år ej resonant och således inaktivt vid frekvenser inom detta första frekvensband.

Den andra delen 44 kan däremot komma i resonans i ett annat frekvensband, såsom DCS eller PCS-bandet vid omkring 1800 MHz, således är inaktiv för frekvenser utanför det första (GSM) vid omkring 900 MHz.

När luckan intar sitt öppna läge enligt FIG 2, medan den första delen 42 ej är resonant och frekvensbandet kan således antennen 40 med hjälp av delarna 42 respektive 44 arbeta i olika frekvensband beroende på frekvensen hos den ström, som tillförs från radiokretsarna inuti apparathöljet 12. När luckan är stängd, dvs uppfälld längs apparathöljet 12, varvid knappsatsen 22 täcks, kan antennen fortfarande arbeta i åtminstone det högre av frekvensbanden. Ett fler- bandigt antennmönster anordnat i luckan enligt föreliggande uppfinning har en viktig fördel jämfört med tidigare känd teknik, nämligen att växelverkan mellan användarens kropp och antennen kommer att vara väsentligt reducerad, eftersom avståndet mellan antennen och användarens kropp är större än motsvarande avstånd för en tidigare känd telefon enligt exempelvis FIG 1. Således förbättras antennens effektivi- tet. En ytterligare fördel är att den radiofrekventa inter- ferensen med de akustiska kretsarna inuti apparathöljet också reduceras. Vidare förenklar den enligt uppfinningen föreslagna antennutformningen förbindelsen mellan den yttre antennen och radiokretsarna inuti apparathöljet 12. En annan viktig fördel är att utformningen av det tryckta antennmönstret enkelt kan modifieras eller anpassas för olika tillämpningar, såsom olika frekvensband, olika polarisation osv. Några exempel på sådana modifieringar kommer att beskrivas nedan med hänvisning till återstående figurer. 10 15 20 25 30 35 990303 P:\192707lS .dOC BÅ/LJ 511 131 48' I FIG 4 visas en första utföringsform av det tryckta antennmönstret enligt föreliggande uppfinning. Som tidigare beskrivits, utgörs antennmönstret 40 av ett tryckt mönster av en elektrisk ledare, som är anordnad pà eller inuti luckan 14. Mönstret kan beskrivas såsom uppvisande formen av ett Q-tecken, innefattande en stor rektangulär ramdel 42 och en mindre linjär del 44. Delarna 42 och 44 är elektriskt förbundna med varandra samt med apparathöljet 12 via en yttre antennanslutning 46 i närheten av gångledmeka- nismen (visas inte i denna figur). Den stora rektangulära (omkring 900 MHz), och den korta linjära remsan 44 kommer i resonans inom DCS- och/eller PCS-bandet (omkring 1800 - 1900 MHz). I denna utföringsform har antennen 40 samma polarisation som delen 42 kommer i resonans inom GSM-bandet en konventionell stubbantenn.

FIG 5 illustrerar en alternativ version av den i FIG 4 visade utföringsformen, nämligen ett modifierat mönster av Q-typ. Det tryckta antennmönstret 50 är anordnat i eller på luckan 14, vilken enligt ovan är svängbart monterad vid apparathöljet 12. En första, stor del 52 av det tryckta mönstret har givits en meanderform, som omger en huvuddel av en andra, mindre del 54 av det tryckta mönstret 50, varvid den andra delen 54 har en linjär utsträckning och är ansluten till apparathöljet 12 via den yttre antennanslut- ningen 56, i enlighet med FIG 3. Den i FIG 5 visade alter- nativa utföringsformen är särskilt lämpad för små telefoner med en lucka av begränsad storlek. Den första, stora delen 52 kommer i resonans inom GSM-bandet, medan den andra, mindre delen 54 kommer i resonans inom DCS- och/eller PCS- bandet.

FIG 6 illustrerar en annan utföringsform av före- liggande uppfinning, där antennen realiseras som en obalan- serad dipolantenn 60, som har vinkelrätt polarisation jämfört med en stubbantenn. Den obalanserade dipolantennen 60 innefattar en första, större gren 62 samt en andra, 10 15 20 25 30 35 990303 P : \1927071s .dec BA/IJ 9 i 511 131 mindre gren 64, vilka båda sträcker sig vinkelrätt mot en linjär basdel 66 hos det tryckta antennmönstret 60. Bas- delen 66 är anordnad parallellt med en jordad remsa 68, som är elektriskt ansluten till apparathöljet 12. Basdelen 66 är via en yttre antennanslutning 67 förbunden med radio- kretsarna inuti apparathöljet 12. Antennen 60 är således av en F-typ. Den större grenen 62 arbetar (kommer i resonans) i GSM-bandet, och den mindre grenen 64 arbetar i DCS- och/eller PCS-bandet.

FIG 7 illustrerar ett alternativ till den i FIG 6 visade utföringsformen. Här har såväl den större grendelen 72 som den mindre grendelen 74 av det tryckta antennmönst- ret 70 givits en meanderform.

Den större grendelen 72 är liksom motsvarande grendel 62 i FIG 6 anordnad att komma i resonans vid en frekvens inom GSM-bandet, medan den mindre grendelen 74 är anordnad att komma i resonans vid en frekvens inom det högre DCS- och/eller PCS-bandet. Liksom i FIG 6 är den linjära basdelen 76 förbunden med den yttre antennanslutningen 77 samt anordnad parallellt med en jordad remsa 78, vilken är ansluten till apparathöljet 12.

I FIG 8 visas ett diagram, som illustrerar resultat erhållna vid experiment med den första utföringsformen, vilken beskrivits med hänvisning till FIG 2 och 4. Dessa experiment har bekräftat, att en sådan tryckt luckantenn kan inställas till flera resonanser. Avståndet mellan två resonansfrekvenser beror liksom bandbredden hos respektive frekvens på utformningen av det tryckta antennmönstret. Den lägsta resonansfrekvensen (indikeras av en pil 1) beror huvudsakligen pà storleken av den större delen av det tryckta mönstret, medan en högre resonansfrekvens (indike- ras med en pil 2) beror av den mindre delen av antennen.

Den större ramdelen kommer i resonans som en kvartsvágan- tenn vid GSM-bandet (900 MHz), kommer i resonans som en kvartsvágantenn vid DCS- och/eller och den mindre linjära delen 990303 P=\1927071S.dOC BÅ/LJ 511 131 1° W U 20 25 PCS-bandet (1800 - 1900 MMZ). ningen (indikeras med en pil 3) En resonans av högre ord- inträffar för den större ramdelen, då denna fungerar som en trekvartsvàgantenn, vid omkring 2,4 GHz, vilket omfattar bandet för trådlöst nät- verk. Diagrammet i FIG 8 illustrerar s k "return-loss (vswR) , FIG 2 och 4 visade luckantennen av Q-typ har en mycket stor performance" och av diagrammet framgår, att den i bandbredd. Tester avseende strálningsmönster i talläge, dvs då luckan är utfälld, har vidare utförts. Dessa experiment har bekräftat, att ett luckantennsystem enligt föreliggande uppfinning uppvisar ett mera likformigt strålningsmönster jämfört med ett vanligt stubbantennsystem enligt tidigare känd teknik.

Uppfinningen har beskrivits ovan med hänvisning till en uppsättning utföringsformer, vilka har valts av ute- slutande exemplifierande skäl. Uppfinningen skall således inte på något vis anses begränsad till dessa utförings- former. Tvärtom skall uppfinningen endast begränsas av omfånget hos bifogade självständiga patentkrav. Det skall särskilt noteras, att de exempel på frekvensband, som hän- visas till i ovanstàende beskrivning, dvs banden för GSM, DCS/PCS samt trådlöst lokalt nätverk, endast skall betrak- tas som exempel. Utformningen av det tryckta antennmönstret kan vidare varieras på andra sätt än de som beskrivits ovan, så länge de av de självständiga patentkraven definie- rade funktionskraven uppfylls. Vidare kan luckan vara belägen ovanpå apparathöljet 12, längs en làngsida av det- Samma OSV .

Claims (11)

10 H 20 25 30 35 99030: 1==\1921o11s.doc nA/LJ f »- 511 131 PATENTKRAV

1. Portabel elektronisk kommunikationsanordning (10), innefattande en första del (12) (14) av ett hölje, vilken är rörlig relativt den första (l6; 40) elektromagnetisk kommunikation inom åtminstone två olika av ett hölje, en andra del delen av höljet, samt ett antennsystem för frekvensband, kânnetecknad av ett tryckt mönster (40; 50; 60; ledande material, som är anordnat på eller i den andra delen (14) av höljet och är förbundet med organ för radio- kommunikation belägna inuti den första delen (12) av (42; 52; 62; 72) av det är anordnad att komma i resonans vid 70) av ett elektriskt höljet, varvid en första del tryckta mönstret (40) en frekvens inom ett första frekvensband, och varvid en andra del (44; 54; 64; 74) av det tryckta mönstret är an- ordnad att komma i resonans vid en frekvens inom ett andra frekvenband.

2. Anordning enligt krav 1, kännetecknad av att den första delen (42; 52) av det tryckta mönstret (40; 50) är bildad längs en ändlös bana, medan den andra delen (44; 54) av det tryckta mönstret är bildad längs en begränsad bana, så att den första delen (42, 52) av det tryckta mönstret omsluter åtminstone en större del av den andra delen (44; 54) av det tryckta mönstret.

3. Anordning enligt krav 1 eller 2, kånnetecknad av att den första delen (52) av det tryckta mönstret är bildad längs en ändlös meanderformad bana.

4. Anordning enligt krav 1, kännetecknad av att nämnda första och andra delar (62, 64; 72, 74) av det (60; 70) är bildade som grenar, vilka (66; 76) av det tryckta 70), varvid den linjära basdelen (66; tryckta mönstret utgår fràn en linjär basdel (607 76) är mönstret N U 20 25 30 35 990303 P:\1927l771i .dOC BÅ/LJ 511 131 12 anordnad i närheten av en jordad remsa (68; 78), som är ansluten till den första delen (12) av höljet.

5. Anordning enligt krav 4, kännetecknad av att åtminstone en av grenarna (72, 74) (70) av det tryckta mönstret är bildade längs en meanderformad bana.

6. Anordning enligt något av föregående krav, kânnetecknad av att anordningen (10) är en radiotelefon.

7. Anordning enligt något av föregående krav, kânnetecknad av att anordningen (10) är en digital mobiltelefon.

8. Anordning enligt krav 7, kännetecknad av att den första delen (12) medan den andra delen (14) av höljet utgör telefonens huvudkropp, av höljet är en lucka, som är svängbart monterad vid telefonens huvudkropp medelst ett gàngledarrangemang (26).

9. Anordning enligt något av föregående krav, kânnetecknad av att den första delen (42; 52; 62; 72) av det tryckta mönstret är anordnad att komma i resonans vid (44; 54; 64; 74) av det tryckta mönstret är anordnad att komma i en frekvens inom GSM-bandet, medan den andra delen resonans vid en frekvens inom DCS- eller PCS-frekvens- bandet.

10. Ett flerbandigt antennsystem för en portabel elektronisk kommunikationsanordning, företrädesvis en radiotelefon eller mobiltelefon (10), (12) och en lucka (14), (12) medelst en gångled- (40; 50; som är anordnat innefattande ett huvudapparathölje som är svängbart monterad vid huvudapparathöljet mekanism (26), kânnetecknat av ett tryckt mönster 60; 70) av ett elektriskt ledande material, W 990303 P:\192707lS .dOC BA/IJ 511 131 (42; 52; 62; 72) av är anordnad att komma på luckan (14), varvid en första del (40; 50; 60; 70) i resonans vid en frekvens inom ett första frekvensband samt varvid en andra del (44; 54; 64; 74) det tryckta mönstret av det tryckta mönstret är anordnad att komma i resonans vid en frekvens inom ett andra frekvensband.

11. Antennsystem enligt krav 10, kånnetecknat av att det första frekvensbandet är GSM-bandet, medan det andra frekvensbandet är DCS- eller PCS-bandet.