SE512363C2 - Dubbelbandig antenn - Google Patents

Description

15 20 25 30 35 i: 512 ses 2 som inbördes är galvaniskt seriekopplade och som är anordnade i foljd efter varandra i en längdriktning for antennen och att det längst från matningsleda- ren belägna ögleformade ledarpartiet är galvaniskt förbundet med eller över- går i ett andra antennavsnitt.

Ytterligare fördelar uppnås om uppfinningsforemålet även ges ett eller flera av särdragen enligt patentkraven 2-12.

SAMMANSTÄLLNING ÖVER RITNTNGSFIGURER Uppfinningen skall nu beskrivas nännre under hänvisning till bifogade rit- ningar. På dessa visar: fig l schematiskt ett övre parti av en mobiltelefon och dess antenn- arrangemang, fig 2 en vertikal planvy av en antenn ingående i antennarrangemanget enligt fig l, fig 3 antennen enligt fig 2 sedd från vänster i denna figur, och fig 4 ett elektriskt principschema for antennen enligt fig 2 och 3.

FÖREDRAGEN UTFÖRINGSFORM Såsom framgått inledningsvis avser uppfinningen att åstadkomma en dubbel- bandig antenn, som har minimala fysiska mått. Speciellt fördelaktigt är det om antennen kan ges ett platt utförande så att den kan placeras vid mobiltele- fonens baksida och därigenom komma på så stort avstånd som möjligt från användarens huvud. Nedan kommer uttrycket ”platt” eller ”ungefarligen plan” eller likvärdiga uttryck att användas om antennen och däri ingående komponenter. Dessa uttryck skall inte tolkas bokstavligt, utan skall anses innefatta konstruktioner som har en längd, en bredd och en tjocklek och där tj ockleken är väsentligt mindre än längden, ofta så mycket som en faktor 10 eller mer, medan bredden kan uppgå till bortåt halva längden.

I ñg 1 avser hänvisningsbeteckningen 1 en del av en kåpa till en portabel radiokommunikationsapparat, i dagligt tal en mobiltelefon, vilken innefattar elektriska kretsar for sändning och mottagning av radiovågor inom två olika Ål 10 15 20 25 30 35 4; 512 363 3 frekvensband. De streckade linjerna vid hänvisningsbeteckningen 2 visar ytterkonturen till en kapsling, som åtminstone delvis innesluter antennenhe- ten enligt uppfinningen. Antennenheten innefattar ett första antennelement 3, som är helt inneslutet innanför ytterkonturen 2 och som är avsett att fungera under stand-by-läge, paging mode. Antennenheten innefattar vidare ett andra antennelement 4, vilket är avsett att fungera i talk position och vilket är ut- format för att exciteras eller matas av det första antennelementet 3. I den visade utföringsforrnen är det andra antenne1ementet4 utfört som en spröt- antenn, vilken är skjutbar i sin längdriktning mellan ett utdraget, aktivt läge och ett i kåpan till största delen inskjutet, icke-verksamt läge. Sprötantennen 4 är lång och kan vara avstämd till M2 eller k.

Av fig 2 och 3 sammantaget framgår detaljkonstruktionen hos en utförings- form av det första antennelementet 3. Antennelementet har en matningsledare 5, vilken är galvaniskt ansluten till den koaxialkabel 6, som direkt, utan mellankoppling av ett anpassningsnät, ansluter antennen till mobiltelefonens elektriska kretsar. Koaxialkabeln 6 jordar antennen i mobiltelefonens kåpa 1 eller ett där innanför liggande elektriskt ledande chassi, vilket illustreras av hänvisningsbeteckningen 7.

Antennen innefattar ett första antennavsnitt 8, vilket är avsett att ñmgera i det högre av de båda frekvensband, som antennen skall arbeta i, och ett andra antennavsnitt 9, som tillsammans med det första antennavsnittet 8 arbetar i det lägre av de båda frekvensband, för vilka antennen är konstruerad.

Av figurerna framgår att de båda antennavsnitten 8 och 9 tillsammans bildar en i huvudsak plan eller platt enhet, som i tjockleksriktningen (vinkelrätt mot papperets plan i fig 2 och vänster-höger i fig 3) har avsevärt mindre utsträck- ning än vad som gäller i antennens längdriktning 14 och även i dess bredd- riktning. Företrädesvis är tjockleken någon tiopotens mindre än längden.

I den visade utföringsforrnen innefattar det första antennavsnitt 8 tre i rad efter varandra anordnade, öglefonnade ledarpartier 10, vilka såsom framgår av fig 2, kan vara i huvudsak cirkulära och vilka kan beskrivas som skruv- linjeformade bildningar, vilka innefattar ett varv och vilka endast har en mycket obetydlig stigning. Även om de ögleformade ledarpartierna 10 är visade som cirkulära är det inte nödvändigt att ge dem den perfekta cirkelns form utan de kan vara elliptiska, polygonformade eller mellanting mellan dessa former. 10 15 20 25 30 35 4; 512 363 4 De ögleformade ledarpartierna 10 har i den visade utfóringsfonnen samma diameter och är anordnade i linje efter varandra i antennens längdriktning räknat samt har sina centrumpunkter belägna på en rak linje, som är i huvud- sak parallell med antennens längdriktning.

Inom varje öglefonnat ledarparti 10 finns ett överlappningsområde 1 1, där ledaren 12, som räknat från matningsledaren 5 går in till det ögleformade ledarpartiet 10 och ledaren 13, som lämnar detta, överlappar eller eventuellt korsar varandra. Dessa ingående och utgående ledare är galvaniskt skilda från varandra genom att det såsom framgår av fig 3 är anordnat mellanrum 18 mellan de närbelägna ledarna.

Tillverkningsmässigt kan frånvaron av galvanisk kontakt mellan ledama inom överlappningsområdena 11 åstadkommas genom att antennelementet 3 är tillverkat av en metalltråd med ett isolerande skikt. Altemativt kan antenn- elementet 3 vara framställt med en inneboende forspärining, som åstad- kommer att närbelägna ledare inom överlappningsorrirådena 11 fiädrar bort från varandra. Genom ingjutning i ett isolerande plastmaterial fixeras ledarna i korrekt läge.

I det i fig 2 visade, undre överlappningsområdet ll har, såsom framgått ovan, den ingående ledaren fått hänvisningsbeteckningen 12 medan den utgående fått hänvisningsbeteckningen 13.

Räknat i antennens längdriktning, som illustreras av pilen 14, har de ögle- formade ledarpartiema 10 avstånd 15 från varandra. Detta avstånd kan uppgå till halva diametern for ett ögleformat ledarparti men är företrädesvis mindre och kan möjligen närma sig O. Däremot kan det inte vara negativt, vilket skulle innebära att två ögleforrnade ledarpartier 10 överlappar varandra i antennens längdriktning 14. Avstånden 15 är lika utefter hela antennens längd.

Det ögleforinade ledarparti 10, som befinner sig längst bort från matnings- ledaren 5, har sin utgående ledare 13 på något avstånd for det ögleforrnade ledarpartiet bockad tvärs längdriktningen 14 for antennen, så att det däri- genom bildas ett tvärgående ledarparti 16. Detta har sedan en bockning så att det efter bockningen belägna raka ledarpartiet 17 får en längdriktning, som är i huvudsak parallell med längdriktningen 14 for antennen. Vidare är oriente- ringen for det tvärgående ledarpartiet 16 och ledarpartiet 17 sådan att dessa <1l| 10 15 20 25 30 35 à- 512 563 5 båda ledarpartier ligger i huvudsak i samma plan som de tre öglefonnade ledarpartier-na 10. Det andra antennavsnittet 9 utgörs av åtminstone det längsgående, raka ledarpartiet 17, men eventuellt kan däri även räknas in åt- minstone vissa delar av det tvärgâende ledarpartiet 16.

I fig 1 har visats ett första antennelement 3 med två ögleformade ledarpartier 10, medan det i fig 2 och 3 har visats en utforingsfonn med tre ögleformade ledarpartier. Enligt uppñnningen är det möjligt att i antennavsnittet 8 an- vända även fyra eller möjligen fem ögleformade ledarpartier så länge den trådlängd, som går åt för framställning av de ögleforrnade ledarpartiema är ungefär densamma vid samma frekvens. Detta innebär att i utfóringsformen enligt fig 1, som har två ögleformade ledarpartier, får dessa större diameter än vad som är fallet i fig 2, där tre öglefonnade ledarpartier förekommer.

Trådlängden är alltså ungefärligen densamma om avstämningsfrekvensema är desamma. På motsvarande sätt skulle ett antennavsnitt med fyra eller fem ögleformade ledarpartier ha mindre diameter på dessa och samtidigt få en större längd på antennavsnittet räknat i längdrikmingen 14.

Vilket antal ögleformade ledarpartier som väljs i det enskilda fallet (vid ungefärligen samma ämneslängd hos den använda tråden och vid samma frekvens) beror på vilka karaktäristika antennen skall ha. Med en fysiskt kort antenn blir bandbredden hos antennen förhållandevis liten, medan den ökar med antennens längd (med antalet ögleformade ledarpartier inom ungefär- ligen samma ämneslängd). Vidare ökar verkningsgraden med antennens längd, så att en antenn med tre eller fyra ögleforrnade ledarpartier kan und- vara det andra, sprötforrnade antennelementet 4.

Såsom nämnts ovan kopplas det första antennelementet 3 direkt till mobil- telefonens kretsar utan användning av ett mellankopplat anpassningsnät.

Detta är möjligt genom att antennelementet 3 i sig själv bildar ett anpass- ningsnät med såväl kapacitiva som induktiva komponenter. I fi g 4 illustreras detta genom att det i överlappningsområdena ll bildas kapacitanser mellan där närbelägna trådpartier. Dessa har i figuren visats vid pilarna C. På mot- svarande sätt bildar de ögleformade ledarpartiema 10 induktanser, som illustreras med pilarna L. Såsom framgår av den undre delen av fig 4 kan varje ögleforrnat ledarparti 10 representeras av en kapacitans C och en induktans L, vilka är parallellkopplade med varandra. Dessa grupper, som representerar ett ögleforrnat ledarparti 10 och som innefattar en kapacitans och en induktans är seriekopplade i följd efter varandra och är i den från 10 15 20 25 30 35 é: 512 363 6 koaxialkabeln 6 och matningsledaren 5 vända änden ansluten till det andra antennavsnittet 9.

Såsom antytts ovan kan antennelementet 3 gjutas in i en kropp av ett elek- triskt isolerande material, exempelvis plastmaterial, så att antennelementet 3 därigenom bildar en diskret enhet. Härigenom fixeras också de olika ledar- partierna relativt varandra, så att någon ändring av antennens elektriska egenskaper, exempelvis pga en ändring av avståndet 18 (fig 3), icke behöver befaras om antennen skulle utsättas för mekanisk påverkan. Genom att det använda plastmaterialet har en dielektricitetskonstant, som är större än dielektricitetskonstanten för luft, fås vidare en minskning av antennelemen- tets fysiska mått.

I ett praktiskt utförande av antennen enligt fig 2 och 3 är den avsedd för GSM- och DCS-banden. Antennen är ingjuten i ett plastmaterial med di- elektricitetskonstanten i området 2-2,5. Den for fiamställning av antennen använda tråden har en diameter på 1 mm. Innerdiametern på de ögleformade ledarpartierna är ca 4 mm och avståndet 15 dem emellan är ca 0,5 mm samt avståndet mellan den tvärgående ledaren 16 och det översta ögleformade ledarpartiet ca 1 mm. Längden på matningsledaren 5 är ca 2 mm räknat upp till undersidan av det undre ögleformade ledarpartiet. Vidare är avståndet mellan det längsgående ledarpartiet 17 och de närbelägna ögleformade ledar- partiema ca l mm. Slutligen är avståndet 18 ca 0,2 mm, medan belagda trådar 12 och 13 kan ligga mot varandra.

ALTERNATIVA UTFÖRINGSFORMER Ovan har antennelementet 3 beskrivits såsom tillverkat av ett enda stycke metalltråd. Emellertid kan antennelementet 3 lika gärna tillverkas med hjälp av ett dubbelsidigt lcretskort, som alltså har en elektriskt ledande beläggning på sina motsatta sidor. Detta skulle i fig 2 innebär att exempelvis matnings- ledaren 5 och den övre hälften av det understa ögleforrnade partiet 10 fram- ställs på den mot betraktaren vända sidan av kretskortet, medan den undre hälften av det undre ögleformade ledarpartiet framställs på baksidan av lcretskortet tillsammans med den övre hälften av det mittersta ögleformade ledarpartiet samt den ledare, som förbinder de båda undre ledarpartiema med varandra. Ledningsförbindelser rakt igenom kretskortet förbinder på motsatta sidor av detta belägna ledande partier. -x 4! 'H 10 15 512 363 7 Ovan har de ögleformade ledarpartierna 10 beskrivits såsom lika stora. I exempelvis sådana situationer då antennens yttre form är begränsad eller bestämd på förhand kan avsteg från denna regel göras. Således kan diametern variera hos de olika öglefonnade ledarpartierna 10, t ex minska från antenn- ens botten mot dess topp. Vidare kan centrumpunktema för dem vara för- lagda längs en krokig linje. Slutligen kan den ingående ledaren 12 till den i fig 2 undre ögleformade ledaren 10 sträcka sig ytterligare ca 'A varv i moturs riktning så att matningsledaren 5 blir belägen ungefär mitt under antennen.

Beträffande den längsgående ledaren 17 är det möjligt att låta den bilda vinkel med längdriktningen 14. Vidare kan den placeras framför (eller bak- om) de ögleformade ledarpartierna 10 i fig 2, ävensom vara placerad till vänster om dessa_. I det senare fallet kan man förvänta sig större bandbredd i det lägre frekvensbandet.

Uppñnningen kan modifieras ytterligare inom ramen för bifogade patentkrav.

Claims (12)

10 15 20 25 30 35 4; 512 565 8 PATENTKRAV

1. Dubbelbandig antenn för en portabel radiokommunikationsapparat, en s k mobiltelefon, innefattande en matningsledare (5), vilken är förbunden med mobiltelefontelefonens kretsar, k ä n n e t e c k n a d därav, att matningsledaren (5) är galvaniskt förbunden med eller övergår i ett första antennavsnitt (8), vilket är ungefarligen plant och vilket innefattar ett antal ögleformade ledaipartier (10), som inbördes är galvaniskt seriekopplade och som är anordnade i följd efter varandra i en längdriktning (14) för antennen och att det längst från matningsledaren belägna ögleformade ledarpartiet är galvaniskt förbundet med eller övergår i ett andra antennavsnitt (9).

2. Antenn enligt kravet 1, k ä n n e t e c k n a d därav, att det andra antennavsnittet (9) innefattar ett i huvudsak rakt ledavsnitt (17), vilket är i huvudsak parallellt med längdriktningen (14) och vilket sträcker sig i riktning mot matningsledaren (5).

3. Antenn enligt något av kravet 1 eller kravet 2, k ä n n e t e c k n a d därav, att det andra antennavsnittet (9) befinner sig i ungefarligen samma plan som det första antennavsnittet (8).

4. Antenn enligt något av kraven l-3, k ä n n e t e c k n a d därav, att de ögleforrnade ledarpartiema (10) är anordnade på något avstånd (15) från varandra räknat i längdriktningen (14).

5. Antenn enligt något av kraven 1-4, k ä n n e t e c k n a d därav, att de ögleformade ledarpartiema (10) har ungefarligen samma form med sina mitt- punkter anordnade längs en ungefarligen rak linje, som är i huvudsak paral- lell med längdriktningen (14).

6. Antenn enligt något av kraven 1-5, k ä n n e t e c k n a d därav, att de ögleformade ledarpartiema (10) har överlappningsområden (1 1), där den till det ögleformade partiet ingående ledaren (12) överlappar, eventuellt korsar, den därifrån utgående ledaren (13), och att den ingående och utgående leda- ren är galvaniskt skilda inom överlappningsområdet.

7. Antenn enligt något av kraven 1-6, k ä n n e t e c k n a d därav, att det första antennavsnittet (8) och det andra antennavsnittet (9) är tillverkade i ett stycke av en tråd av metall eller metallegering. 'lll 10 15 20 4; 512 565

8. Antenn enligt något av kraven 1-6, k ä n n e t e c k n a d därav, att det första antennavsnittet (8) och det andra antennavsnittet (9) är anordnade på ett dubbelsidigt kretskort, där det första antennavsnittet (8) har ledarpartier på båda sidor av kretskortet.

9. Antenn enligt något av kraven l-8, k ä n n e t e c k n a d därav, att det första antennavsnittet (8) är avstämt till det högre av de båda frekvens- band, för vilka antennen är avsedd att vara verksam.

10. Antenn enligt något av kraven 1-9, k ä n n e t e c k n a d därav, att det andra antennavsnittet (9) är avstämt för att bringa antennen i sin helhet att arbeta vid det lägre av de båda frekvensband, för vilka antennen är avsedd att vara verksam.

11. Antenn enligt något av kraven 1-10, k ä n n e t e c k n a d därav, att matningsledaren (5) är ansluten utan anpassningsnät direkt till mobiltelefo- nens kretsar.

12. Antenn enligt något av kraven 1-11, k ä n n e t e c k n a d därav, att den är anordnad i fysisk närhet av en sprötantenn (4) för induktiv/kapacitiv matning av denna.