SE512062C2 - Förfarande och anordning för att förbättra effektivitet och bandbredd för en antenn på en bärbar utrustning - Google Patents

Description

512 G62 z jordplan måste därvid dock befinna sig i omedelbar närhet till själva antennen vanligen placerad överst uppe på apparaten och allmänt närbeläget den del användaren placerar mot örat, men man undviker som visat i utläggningsskriften att dra ned jordplanet till den del av apparaten som kommer att omslutas av en använ- dares hand. Handen och örat kommer dock exempelvis att påverka avstämningen av detta jordplanssystem och antennen genom att en del av den utstràlade energin genom fältfördelningen i antennens närområde överförs till apparatchassiet och konstruktören har därför liten kontroll över jordplanets funktion som alltså kommer att vara beroende av hur en användare håller i telefonen.

Ett önskemål är därför att åstadkomma en anordning i samband med en sådan antenn för en ficktelefon som irmäjligaste mån reducerar inverkan av användarens kropp på antennens allmänna funktion.

Samtidigt finns även ett önskemål att dessutom kunna utföra antennen så bredbandig som möjligt, för att få ficktelefonen att arbeta inom ett större frekvensintervall.

Redogörelse för uppfinningen Ett första syfte med den föreliggande uppfinningen är att genom ett förfarande och en anordning som utnyttjar förfarandet åstadkomma en antenn, för exempelvis en ficktelefon, som är betydligt mindre känslig för närheten till en användare.

Ett ytterligare syfte genom förfarandet och anordningen i enlighet med den föreliggande uppfinningen är att åstadkomma en antenn som har en strålningsimpedans vilken blir mindre beroende av den enhet på vilken antennen sitter monterad, varigenom uppnås en generellt bättre medelverkningsgrad för antennen.

Ett ännu ytterligare syfte genom förfarandet och anordningen i enlighet med den föreliggande uppfinningen är att åstadkomma en antenn vilken generellt uppvisar en strålningsimpedans med liten variation inom ett fastställt arbetsfrekvensområde, vilket innebär en förbättrad bandbredd för antennen, så att därmed ett 512 062 3 större arbetsfrekvensomràde kommer att vara tillgängligt för en sändaranordning ansluten till antennen.

Figurbeskrivning Uppfinningen kommer att beskrivas i form av en föredragen belys- ande utföringsform med hjälp av de bifogade ritningarna av vilka: Fig. 1 Fig. 2 Fig. 3 Fig. 4 Fig. 5 Fig. 6 visar en antenn enligt teknikens ståndpunkt monterad på en bärbar utrustning, och med en del av dess omgivande elektriska fält angivet, visar en antenn enligt fig 1 inkluderande ett element i enlighet den föreliggande uppfinningen monterad på en bärbar utrustning, och med en del av dess omgivande elektriska fält angivet, Smith-diagram och kurva över stàendevàgförhállandet för antennen enligt fig. l utan yttre påverkan, Smith-diagram och kurva över ståendevàgförhållandet för antennen enligt fig. 1 med yttre påverkan av en användares hand och huvud, Smith-diagram och kurva över stáendevàgförhàllandet för antennen med ett extra element i enlighet den föreliggande uppfinningen enligt fig. 2 utan yttre påverkan, samt Smith-diagram och kurva över stàendevågförhàllandet för antennen med ett extra element i enlighet med den föreliggande uppfinningen enligt fig. 2 med yttre påverkan av en användares hand och huvud.

Belysande utföringsform Figur 1 visar en antenn 1 för en anordning i form av en hand- 512 062 4 hållen mobiltelefon enligt teknikens ståndpunkt. I anslutning till anordningens hölje 2 på vilket antennen l sitter monterad finns ett inbyggt jordplanssystem (inte visat) som är kopplat ovanför apparatchassiet till antennens koaxiella hylsa 6.

Antennen 1 består i den belysande utföringsformen av ett antennelement utfört som en vertikal spole som företrädesvis utgör en kvartvågsresonator för apparatens arbetsfrekvensomràde och vilket principiellt har en i huvudsak rektangulär strömför- delning mellan bas och topp. Antennelementet ansluts till anordningen genom en koaxiell anslutning 4 vilken tillsammans med en isolerade bricka 3 är insatt i höljet 2. Den koaxiella an- slutningens 4 mittstift 7 kopplas till radiosändarens/mottagarens gemensamma utgång/ingång, medan den andra polen av radiosända- rens/mottagarens gemensamma utgång/ingång kopplas till den koaxiella anslutningens 4 yttre hylsa 6 och därmed kopplas till anordningens inbyggda jordplanssystem, vilket normalt är elektriskt isolerat från apparatens vanligtvis elektriskt ledande hölje. I praktiken är vidare hela antennelementet ingjutet i ett hölje (inte visat) av oledande=material, exempelvis silikongummi, för att skydda antennelementet.

I figur vidare antytt streckade elektriska fältlinjer 5 runt antennelementet vid arbetande anordning. Detta strålningsfält påverkas i stor utsträckning av anordningens hölje 2 och bidrar till energiöverföring till höljet och kommer sålunda att ytterligare bidra till påverkan av en användares närhet, när exempelvis denne håller i apparaten och placerar apparaten vid sitt öra.

Figur 3 visar hur antennens impedans varierar med frekvens dels i form av ett konventionellt Smith-diagram och dels genom ett diagram som visar antennens ståendevågförhållande (SWR) för ett frekvensområde 200 till 2000 MHz inom vilket antennens 1 arbetsområde 825 - 970 MHz ligger. Figur 3 avser antennen i fig. 1 när denna arbetar utan yttre påverkan. Antennsystemet uppvisar härvid en godtagbar frekvensbandbredd och ståendevågförhållandet för tre angivna referensfrekvenser 825, 900 och 960 MHz inom 512 062 5 arbetsfrekvensomrádet är l:l.73, 1:1.35 resp. l:l.79, vilket utgör acceptabla värden.

På samma sätt visar figur 4 motsvarande diagram när apparaten påverkas av en användares hand och huvud. För de tre mätpunkterna 825, 900 och 960 MHz erhålls nu stáendevàgförhàllanden som är 1:1.35, 1:2.l3 resp l:4.09. Pà grund av närheten till användarens hand och huvud har antennens bandbredd minskat så att exempelvis värdet vid 960 MHz inte längre över huvud taget är acceptabelt och apparatens verkningsgrad vid den höga delen av arbetsfrek- vensomràdet har allmänt påtagligt försämrats.

Figur 2 visar i en belysande utföringsform antennen l enligt figur l försedd med ett extra element 10 i enlighet med den föreliggande uppfinningen. Det extra elementet 10 har formen av en uppåt riktad öppen spiral med i den belysande utföringsformen ca fyra varv. Det extra elementets undre ände är omedelbart ovanför en isolerande bricka 3 ansluten till den koaxiella anslutningens 4 yttre hylsa 6, vilken vidare ansluts till anord- ningens inbyggda jordplanssystem. I den belysande utföringsformen är hylsan 6 försedd med. en fläns 12 mot 'vilken det extra elementet 10 är anslutet. Denna fläns 12 vilar i sin tur mot den isolerande brickan 3. Avsikten med det extra elementet 10 är att höja upp det elektriska fältet runt antennelementet vid arbetande anordning så att mindre utstràlad energi överförs till apparat- chassiet, vilket antytts med de streckade elektriska fältlinjerna ll i figur 2.

Figur 5 visar hur impedansen varierar med frekvens för antennen visad i figur 2, i enlighet med den föreliggande uppfinningen.

Analogt med figur 3 och 4 visas detta i form av ett konventio- nellt Smith-diagram och dels genom ett diagram som visar antennens stàendevågförhállande (SWR) för ett frekvensområde 700 till 1100 Mhz inom vilket antennens arbetsområde 825 - 970 MHz ligger. Figur 5 avser antennen i fig. 2 när den arbetar utan yttre påverkan. Antennsystemet uppvisar härvid en utmärkt frekvensbandbredd och stáendevàgförhállandet för de tre 512 062 6 referensfrekvenserna 825, 900 och 960 MHz inom arbetsfrek- vensområdet är ca l:1.4, 1:1.5 resp. l:l.2, vilket innebär en god anpassning till anordningens radiodel.

På samma sätt som figur 5 visar figur 6 motsvarande diagram när apparaten påverkas av en användares hand och huvud. För de tre mätpunkterna 825, 900 och 960 MHz erhålls nu ståendevågför- hållanden som är ca l:l.2, l:1.9 resp. l:l.9. På grund av närheten till användarens hand och huvud har antennens bandbredd påverkas, men genom det extra elementet 10 i enlighet med den föreliggande uppfinningen blir denna påverkan väsentligt mycket mindre och antennen bibehåller alltså fortfarande en god an- passning. Det kan konstateras enligt kurvan över ståendevågför- hållande att detta förhållande ingenstans inom arbetsfrek- vensområdet överstiger 1:2, vilket skall jämföras med de värden som enligt figur 4 uppmätts för antennen enligt figur 1, när denna befinner sig med en motsvarande omgivning.

Ur Smith-diagrammen. i figurerna. 3, 4, 5 och 6 framgår för fackmannen vidare hur antennens totala impedans fördelar sig mellan en resistiv komponent respektive ett kapacitivt eller induktivt bidrag. Det framgår här även genom att studera Smith- diagrammet i figur 5 att det extra elementet 10 i enlighet med uppfinningen inverkar synnerligen gynnsamt på antennelementets l allmänt eftersträvade impedansvärde över arbetsfrekvensområdet .

I den föredragna utföringsformen avstäms företrädesvis det extra elementet 10 till resonans vid eller i närheten av antennens l övre gränsfrekvens medan det inbyggda jordplanssystemet på motsvarade sätt företrädesvis avstäms vid eller i närheten av en undre gränsfrekvens för antennen 1. I enlighet med uppfinningen kan det extra elementet 10 vidare utföras med en mångfald olika utföringsformer, som exempelvis en rak spole eller spiral eller som en konisk spiral. På motsvarande sätt kan givetvis strålaren motsvarande antennelementet 1 ha en.mångfald olika utföranden som är kända för fackmannen. I den föredragna utföringsformen visas en uppåt svagt konisk spiral med ca fyra varav med en maximal 512 062 7 diameter ungefärligen motsvarande diametern för antennens toppslinga la, medan fackmannen kan tillämpa förfarandet och anordningen i enlighet med den föreliggande uppfinningen med en rak eller konisk spole med fler eller färre varv som en funktion av avsett arbetsfrekvensomràde utan att fràngá andemeningen och omfattningen av uppfinningen såsom den definieras :i de med- följande patentkraven.

Claims (9)

512 062 PATENTKRAV

1. l. Förfarande för att förbättra effektivitet och bandbredd för en antenn (1) pà en bärbar utrustning innefattande en radiosändare/mottagare t.ex. i form av en ficktelefon, k ä n n e t e c k n a t av justering av antennens (1) impedans och elektromagnetiska strálningsfält genom tillförande av ett extra konspiralformat element (10) som omger en undre del av antennen och kopplas till antennens jordplanssystem, varvid genom det extra konspiralformade elementet (10) erhålls en minskad påverkan på antennens funktion och dess stràlningsfält på grund av en användare som häller i. den bärbara utrustningen försedd med antennen.

2. Förfarande enligt krav 1, k ä n n e t e c k n a t av att det extra elementet (10) resonansavstäms pà en frekvens inom radiostationens/ficktelefonens arbetsfrekvensomràde där ele- mentets resonansfrekvens exempelvis förläggs till i närheten av arbetsfrekvensomrádets övre frekvensgräns, medan resten av antennens jordplanssystem resonansavstäms till en lägre frekvens inom det frekvensomráde där den bärbara utrustningen med antennen skall arbeta, varvid erhålles en för antenn- systemet utökad bandbredd för vilken finns ett behov pá grund av att frekvensgränserna för antennsystemets impedans- anpassning kan förskjutas under inverkan av' den närliggande yttre miljön, vilken inverkan medelst det extra elementet (10) kraftigt reduceras och samtidigt skapas utrymme för.

3. Förfarande enligt krav 1, ]< ä n ri e t e c }< n a t. av utformande av det extra elementet (10) som en koaxiell skruvlinjeformad öppen spole eller spiral vid antennens (1) undre ände och vilken är ansluten till skärmen (6) på antennens koaxiella ingàngskontakt (4) varvid det extra elementets induktans i samverkan med befintliga strökapacitanser ger en resonansfrekvens i arbetsområdet motsvarande ett kvartsvàgselement och varigenom det elektromagnetiska fältet koncentreras till området mellan antennelementet och denna närliggande motvikt, det extra 51.; 062 elementet (10) och det till detta kopplade resterande jordplanssystemet, varvid energiöverföringen till övriga delar av den bärbara utrustningen reduceras.

4. Förfarande enligt krav 1, k ä n n e t e c k n a t av utförande av det extra elementet (10) som en koaxiell konisk spiral vid antennens undre ände och att denna spiral är ansluten till skärmen (6) på antennens koaxiella ingångs- kontakt (4) varvid det extra elementets induktans i samverkan med befintliga strökapacitanser ger en resonansfrekvens i arbetsområdet motsvarande ett kvartsvágselement och varigenom det elektromagnetiska fältet koncentreras till omrâdet mellan antennelementet och denna närliggande motvikt, det extra ele- mentet (l0) och det ^till detta kopplade resterande jordplanssystemet, varvid energiöverföringen till övriga delar av den bärbara utrustningen reduceras.

5. Anordning vid ett antennelement (1) på en apparat i form av en bärbar utrustning innefattande en radiosändare/mottagare t.ex. i form av en ficktelefon, varvid antennelementet med en koaxiell ingàngskontakt (4) med en hylsa (6) och ett centralt stift (7) bildar ett stràlningselement för arbetsfrekvens- området, och varvid vidare finns ett med strålaren samverkande jordplan, k ä n n e t e c k n a d av att på den del av den koaxiella ingångskontaktens (4) hylsa (6) som befinner sig utanför apparatens hölje (2) är anordnat ett extra element (10) utformat som en koaxiell öppen skruvlinje eller spole med. en cylindrisk alternativt konisk form, att det extra elementet (10) vidare utgör en del av antennens verksamma jordplan, att det extra elementet (10) arbetar som en resonanskrets, vilket innebär att elementet avstäms till en lämplig frekvens i anslutning till antennens (1) arbetsfrekvensomráde.

6. Anordning enligt krav 5, k å n n e t e c k n a d av att antennen (1) är en kompakt halvvågsantenn, vilken genom en toppspole (la) erhåller en rektangulär strömfördelning, 512 062 m att det extra elementet (10) är en koaxiell utåt öppen spole med en maximidiameter ungefär motsvarande toppspolens diameter, varvid hela anordningen är inbakad i ett icke elektriskt ledande material för att bilda ett antennelement med utseendet av en stympad kon.

7. Anordning enligt krav 5 eller 6, k ä n n e t e c k n a d av att det extra elementet (10) är avstämt sä att vara resonant ungefärligen i närheten av den övre frekvensgränsen av ett avsett arbetsfrekvensomràde, varvid resten av antennens verksamma jordplan ungefärligen. är avstämt till en frekvens vid. den undre gränsfrekvensen j. det avsedda frekvensområdet' där den bärbara ficktelefonen skall arbeta, för att härmed vidare erhålla en ökad bandbredd och en reducerad inverkan av närområdesmiljön för den bärbara utrustningens antenn.

8. Anordning enligt krav 5 eller 6, k ä n n e t e c k n a d av att det extra elementet (10) är avstämt så att det fungerar som en elektriskt kvartsvàgsradiator inom området intill den övre gränsen av ett avsett arbetsfrekvensområde, medan resten av antennens verksamma jordplan företrädesvis är avstämt till en frekvens i eller i omrâdet intill den undre gränsen för det avsedda arbetsfrekvensområdet där den bärbara ficktelefonen skall arbeta, för att härmed vidare erhålla en ökad bandbredd och reducerad inverkan av närområdesmiljön för den bärbara utrustningens antenn.

9. Antennanordning på en bärbar utrustning innefattande en radiosändare/mottagare t.ex. i form av en ficktelefon, varvid antennelementet (1) är i form av en inbakad strålare vilken har en i huvudsak rektangulär strömfördelning mellan bas och topp, samt vidare har jordplan samverkande med antennele- mentet, k ä n n e t e c k n a d av att antennanordningen är avsedd att arbeta åtminstone inom området 825 - 970 MHz, varvid denna nertill i strålaren vidare är försedd med ett extra element (10) kopplat till det samverkande jordplanet, varvid det extra elementet (10) är i ll 512 062 form av en öppen spole omfattande fyra varv och med en maximal diameter av 8 mm och en höjd av 7 mm, varjämte den totala inbakade antennanordningen bildar en stympad kon med en höjd av storleksordningen 31 mm.