SE513055C2 - Flerbandsantennanordning - Google Patents

Description

15 20 25 30 35 513 055 2 bandbredd pga relativt stora frekvensskillnader mellan telefonnäten i olika länder.

Mot denna bakgrund är ändamålet med föreliggande uppfinning att åstadkomma en flerbandsantennanordning, som tack vare små dimensioner och hög verkningsgrad är lämplig att användas för ficktelefoner och som dessutom möjliggör mycket bredbandiga lösningar trots en mycket låg tillverkningskostnad.

Detta ändamål uppnås med en flerbandsantennanordning av inledningsvis nämnd typ, vilken kännetecknas av att antennelementen är åtminstone delvis spetsvinkligt sick- sackformiga, varvid mot varandra vända spetsar i de båda antennelementen inom ett godtyckligt intervall, som inne- fattar åtminstone en sådan spets i vartdera antennele- ment, är förskjutna i förhållande till varandra i huvud- riktningen, varvid antennelementen i nämnda intervall har olika stigning, och varvid antennelementen är så avstäm- da, att det första antennelementet har ett första reso- nansmaximum på en första frekvens fl och att det andra antennelementet har ett första resonansmaximum på en andra frekvens f2, som är minst dubbelt så hög som nämnda första frekvens fl, varvid det första antennelementet har ett andra resonansmaximum på en tredje frekvens f3, som är lägre än nämnda andra frekvens f2.

Det har överraskande visat sig att just spetsvink- ligt sicksackformiga och på det beskrivna sättet inbördes förskjutna antennelement ger minimerad inbördes koppling, vilket väsentligt underlättar konstruktionen av fler- bandsantennanordningar, och att verkningsgraden tack vare en tydlig koncentrering av den utstrålade energin till antennelementens spetsvinklar erfar en markant förbätt- ring jämfört med en lösning med runda övergångar.

Enligt en utföringsform ligger för täckning av ett tredje frekvensband den andra frekvensen f2 åtminstone 30% högre än två gånger nämnda första frekvens fl. En sådan antennanordning skulle då exempelvis kunna användas för att på ett acceptabelt sätt täcka dagens, i GSM- 10 15 20 25 30 35 513 055 3 system förekommande 900 MHz- och 1800 MHz-frekvensband samt även ett framtida 2400 MHz-frekvensband.

Företrädesvis är emellertid för ökning av bandbred- den kring den andra frekvensen f2 den andra frekvensen f2 dubbelt så hög eller maximalt 10% högre än två gånger nämnda första frekvens fl. Att detta är en lämplig lös- ning speciellt inom GSM-området inses mot bakgrund av att frekvensspridningen på 1800 MHz-frekvensbandet kan vara relativt stor mellan olika länder, men även inom vissa länder, i vilka man med ett något bredare frekvensband kring 1800 MHz försöker åstadkomma ökad kapacitet.

För att kunna täcka tre olika frekvensband eller för att på ett högre frekvensband åstadkomma extrem bredban- dighet kan ett tredje antennelement, som är anslutet till den gemensamma matningspunkten och åtminstone delvis är spetsvinkligt sicksackformigt, längs huvudaxeln vara ut- format bredvid det andra antennelementet, varvid mot var- andra vända spetsar i det andra och det tredje antenn- elementet inom ett godtyckligt intervall som innefattar åtminstone en sådan spets i vartdera antennelement är förskjutna i förhållande till varandra i huvudriktningen, varvid antennelementen i nämnda intervall har olika stig- ning, och varvid det tredje antennelementet är så av- stämt, att det har ett resonansmaximum på en fjärde frekvens f4, som är högre än nämnda andra frekvens f2.

Det inses att även en sådan relativt komplicerad fler- bandsantennanordning tack vare den enligt uppfinningen valda kretskortstekniken och den minimerade kopplingen mellan antennelementen ändå är mycket lätt att konstruera för en fackman och att den speciellt kring den andra frekvensen f2 ändå kan uppvisa extrem bredbandighet.

Vid flerbandsantennanordningen enligt uppfinningen kan åtminstone några av de mot varandra vända spetsarna av två intill varandra belägna antennelement från var sin sida tangera eller skära en med huvudriktningen väsent- ligen parallell tänkt linje. Fördelen med en sådan antennanordning är att den gör det möjligt att krympa III 10 15 20 25 30 35 513 055 4 antennanordningens dimensioner till ett absolut minimum, vilket dock tack vare den valda sicksackkonfigurationen ändå inte medför några väsentliga prestandamässiga nack- delar.

Enligt en annan utföringsform kan åtminstone ett av antennelementen mellan matningspunkten och sin sicksack- formiga del ha ett längs huvudriktningen sig sträckande rakt parti. Vid denna utföringsform är den ovan omtalade utstrålade energin ännu tydligare koncentrerad till detta antennelements spetsvinklar, eftersom dessa i sin tur pga det raka partiet blir koncentrerade till antennens ände, där utstrålningen alltid är som störst. Detta innebär en maximal verkningsgrad på bekostnad av något större dimen- sioner för antennanordningen och om flera antennelement har ett rakt parti något större svårigheter att stämma av antennelementen pga den ökade kopplingen mellan dem.

Företrädesvis har den sicksackformiga delen av åtminstone ett av antennelementen en stigning, som avtar med ökande avstånd från matningspunkten. Det inses att även denna lösning syftar till att maximera antennanord- ningens verkningsgrad genom koncentrering av den utstrå- lade energin.

Företrädesvis är dessutom antennelementen på skiv- elementet utformade på en sida som är vänd från en med en knappsats försedd sida av en ficktelefon, på vilken flerbandsantennanordningen är monterad. Eftersom antenn- elementen enligt uppfinningen är placerade på ett skiv- element och detta skivelement i viss utsträckning bidrar till att ge den uppfinningsenliga flerbandsantennanord- ningen en viss riktningsverkan, inses det att man vid en ficktelefon, där antennanordningen befinner sig i när- heten av användarens huvud, lämpligen utnyttjar denna riktningsverkan för att rikta utstràlad mikrovàgsenergi bort från användaren.

För att ytterligare minimera den från antennanord- ningen mot användaren av en ficktelefon utstrålade energin kan det dessutom vara tänkbart att framställa 10 15 20 25 30 35 513 055 5 skivelementet av ett material med stor dielektricitets- konstant s, företrädesvis ett keramiskt material med s > 8,0 C/Vm.

Olika utföringsformer av flerbandsantennanordningen enligt uppfinningen beskrivs närmare i det följande under hänvisning till ritningarna, på vilka: fig 1-3 åskådliggör tre olika för en flerbands- antennanordning enligt uppfinningen tänkbara krets- mönster; fig 4 visar en del av en ficktelefon framifrån med en på denna monterad flerbandsantennanordning enligt upp- finningen; och fig 5 visar ficktelefonen med den däri ingående flerbandsantennanordningen från sidan.

I fig 1 visas en första utföringsform av den uppfin- ningsenliga antennanordningen l. Den innefattar ett rek- tangulärt, plant skivelement 2, vilket är framställt av glasfiber och på vilket genom etsning ett kretsmönster av kopparfolie har formats. (Fackmannen inser att vare sig det beskrivna materialvalet eller den för utformning av kretsmönstret använda tekniken har någon avgörande be- tydelse och att exempelvis skivelementet istället skulle kunna vara av Teflon, aluminium istället skulle kunna användas i kretsmönstret och att screentryckning skulle kunna användas istället för etsning.) Kretsmönstret består av ett första antennelement 3, ett andra antenn- element 4 och en s k matningspunkt 5, som består av ett rakt stycke kopparfolie utmed det rektangulära skiv- elementets 2 ena kortsida och som på ett nedan i samband till en ficktelefons antennanslutning. Antennelementen 3 och 4 med fig 5 beskrivet sätt är avsedd att kopplas sträcker sig längs en gemensam huvudriktning a, vilken i det àskådliggjorda exemplet är parallell med det rektan- gulära skivelementets 2 långsidor. De är båda spetsvink- ligt sicksackformiga, med vilket i detta sammanhang avses att de så att säga är hopvikta med vassa hörn 3.1, 3.2,..., 4.1, 4.2,... vid vikningspunkterna, som dessutom H .uliullnx M 10 15 20 25 30 35 513 055 6 inbördes mellan de båda antennelementen 3 och 4 aldrig ligger mittför varandra.

Av fig 1 framgår tydligt att de båda antennelementen 3 och 4 mätt utifrån matningspunkten 5 har olika längd.

Detta beror på att antennelementet 3 är avsett för ett lägre frekvensband och större våglängder än det andra, kortare antennelementet 4. Frekvensbanden kan exempelvis vara ett 900 MHz-frekvensband och ett dubbelt så högt 1800 MHz-frekvensband för GSM-telefoni. För dessa GSM- frekvensband gäller speciellt att det högre 1800 MHz- frekvensbandet för att passa olika länders mobiltelefoni- standard måste täckas på ett mycket bredbandigt sätt, dvs så att ett område på t ex 1710 till 1990 MHz täcks på ett med avseende på sändning och mottagning tillfredsställan- de sätt. Antennanordningen l enligt uppfinningen upp- fyller dessa krav genom att det första antennelementet 3 exempelvis är avstämt på en första resonansfrekvens fl på 900 MHz, vilket vid ca 1800 MHz ger en andra eller över- tonsresonansfrekvens f3. Den andra resonansfrekvensen på- verkas emellertid av det närbelägna andra antennelementet 4 och tenderar därför att ligga något under dubbla den första resonansfrekvensen fl alltså i det beskrivna exemplet något under 1800 MHz. Det andra antennelementet 4 avstäms därför så att det även under påverkan från det första antennelementet 3 har en första resonansfrekvens 12 som ligger något och företrädesvis max 10% över det första antennelementets 3 resonansfrekvens f3 vid 1800 MHz, varigenom antennanordningen ger en mycket bredbandig täckning kring frekvensen 1800 MHz.

Sättet att så avstämma och utnyttja två antennele- ment är i och för sig tidigare känt, men den uppfinnings- enliga utformningen av antennelementen har visat sig, tack vare att parallella ledare mellan de båda antenn- elementen undviks, medföra tydliga fördelar, eftersom denna utformning ger mindre koppling mellan antennelemen- ten. Detta underlättar avsevärt flerbandsantennanord- ningars konstruktion, speciellt när till storleken mycket lO 15 20 25 30 35 513 055 7 små antennelement ska åstadkommas. Dessutom visar det sig att den uppfinningsenliga antennanordningen har ovanligt hög verkningsgrad, vilket av uppfinnaren bedöms bero på att koncentrering av den utstrålade energin. Fackmannen inser spetsvinklarna i det valda mönstret bidrar till viss att detta är till stor fördel i ficktelefoner, i vilka den begränsade batterikapaciteten utgör en faktor som tillverkarna ägnar stor uppmärksamhet.

I fig 2 visas en andra utföringsform av en uppfin- ningsenlig antennanordning l. Även den innefattar ett rektangulärt skivelement 2, på vilket genom etsning ett kretsmönster av kopparfolie har formats. Kretsmönstret består av ett första antennelement 3, ett andra antenn- element 4, ett tredje antennelement 8 och en gemensam matningspunkt 5. Antennelementen 3, 4 och 8 sträcker sig längs en gemensam huvudriktning a, varvid det mellersta antennelementet 4 med några av sina spetsvinklar 4.1, 4.2,... parallella linjer l. Antennelementen 3, 4 respektive 8 i tangerar respektive skär med huvudriktningen a fig 2 skulle för övrigt kunna ha varsin första resonans- 1800 MHz respektive 2400 MHz med mycket bredbandig täckning kring 1800 MHz och således frekvens på ca 900 MHz, kunna användas för en ficktelefon som är användbar på ett mycket flexibelt sätt.

I fig 3 visas en tredje utföringsform av den uppfin- ningsenliga antennanordningen l. Den innefattar ett rektangulärt skivelement 2, på vilket genom etsning ett kretsmönster av kopparfolie har formats. Kretsmönstret består av ett första antennelement 3, ett andra antenn- element 4 och en matningspunkt 5. Antennelementen 3 och 4 sträcker sig längs en gemensam huvudriktning a, som är parallell med det rektangulära skivelementets 2 lång- sidor. Antennelementen 3 och 4 har en spetsvinkligt sick- sackformig del, som uppvisar de uppfinningsenliga egen- skaperna, och mellan denna del och matningspunkten 5 var- sitt längs huvudriktningen a sig sträckande rakt parti 3' och 4'. Det raka partiet bidrar till att i hög grad kon- 10 l5 20 25 30 513 055 8 centrera den utstrålade energin till antennelementens sicksackformiga del, vilket ytterligare förstärks genom att antennelementen 3 och 4 i den sicksackformiga delen har en stigning som avtar med ökande avstånd från mat- ningspunkten 5. Eftersom kopplingen mellan de båda raka och med varandra parallella partierna 3' och 4' är tyd- ligare märkbar, är det fördel om de på det visade sättet placeras så långt från varandra som möjligt.

I fig 4 och 5 visas en del av en ficktelefon 7, i vilken en uppfinningsenlig antennanordning l ingår. Fick- telefonen 7 har på sin framsida en knappsats 9, som vid För att i viss utsträckning avskärma användaren från den vid sänd- normal användning är vänd mot en användare. ning från ficktelefonen 7 utstrålade mikrovågsenergin är, såsom framgår av sidovyn i fig 5, antennelementen 3 och 4 och deras gemensamma matningspunkt 5 belägna på den från knappsatsen 9 vända sidan av antennanordningens skivele- ment 2. I fig 5 åskådliggöres för övrigt också ficktele- fonens antennanslutning 6 i form av ett lödställe som har förbindelse med matningspunkten 5.

Det inses att antennanordningen 1 inom ramen för uppfinningen kan utformas på många olika sätt och att den inte som i fig 4 och 5, där den åskådliggöres med streckade linjer, vare sig behöver innefatta ett helt plant skivelement 2 eller vara inbakad i ett från en ficktelefon utskjutande hölje.

Claims (9)

10 15 20 25 30 35 513 055 9 PATENTKRAV

1. Flerbandsantennanordning för täckning av åtmins- tone två frekvensband, vilken anordning innefattar ett skivelement (2), vilket är framställt av ett dielektriskt material och på vilket är utformade ett första för sänd- (3) och ett andra för sändning och mottagning avsett antennelement ning och mottagning avsett antennelement (4), vilka antennelement (3, 4) längs en huvudriktning (a) ligger bredvid varandra men har en gemensam matnings- punkt (5), som är anslutbar till en antennanslutning (6) (7), av att antennelementen (3, 4) på en bärbar radiokommunikationsenhet k ä n n e - t e c k n a d är åtmins- tone delvis spetsvinkligt sicksackformiga, varvid mot 3.2,..., 4.1, 4.2,...) båda antennelementen (3, 4) inom ett godtyckligt inter- varandra vända spetsar (3.l, i de vall, som innefattar åtminstone en sådan spets (3.l, 3.2,..., 4.1, 4.2,...) är förskjutna i förhållande till varandra i huvudrikt- (a), vall har olika stigning, och varvid antennelementen (3, att det första elementet (3) har ett första resonansmaximum på en första frekvens fl och att i vartdera antennelement (3, 4), ningen varvid antennelementen (3, 4) i nämnda inter- 4) är så avstämda, det andra antennelementet (4) har ett första resonans- maximum på en andra frekvens f2, som är minst dubbelt så hög som nämnda första frekvens fl, varvid det första antennelementet (3) har ett andra resonansmaximum på en tredje frekvens f3, som är lägre än nämnda andra frekvens f2.

2. Flerbandsantennanordning enligt krav 1, vid vil- ken för täckning av ett tredje frekvensband den andra frekvensen f2 ligger åtminstone 30% högre än två gånger nämnda första frekvens fl.

3. Flerbandsantennanordning enligt krav 1, vid vil- ken för ökning av bandbredden kring den andra frekvensen f2 den andra frekvensen f2 är dubbelt så hög som eller 10 15 20 25 30 35 513 055 10 maximalt 10% högre än två gånger nämnda första frekvens fl.

4. Flerbandsantennanordning enligt krav 3, vid vil- ken ett tredje antennelement (8), som är anslutet till den gemensamma matningspunkten (5) och åtminstone delvis är spetsvinkligt sicksackformigt, längs huvudaxeln (a) är utformat bredvid det andra antennelementet (4), varvid mot varandra vända spetsar (4.l, 4.2,..., 8.1, 8.2,...) i det andra och det tredje antennelementet (4, 8) inom ett godtyckligt intervall som innefattar åtminstone en sådan spets (4.l, 4.2,..., 8.1, 8.2,...) i vartdera antennele- ment (4, 8) är förskjutna i förhållande till varandra i huvudriktningen (a), varvid antennelementen (4, 8) i nämnda intervall har olika stigning, och varvid det tredje antennelementet (8) är så avstämt, att det har ett resonansmaximum på en fjärde frekvens f4, som är högre än nämnda andra frekvens f2.

5. Flerbandsantennanordning enligt något av kraven 1-4, vid vilken åtminstone några av de mot varandra vända spetsarna (3.l, 3.2,...,4.l, 4.2,..., 8.1, 8.2,...) av två intill varandra belägna antennelement (3, 4, 8) från var sin sida tangerar eller skär en med huvudriktningen (a) väsentligen parallell tänkt linje (l).

6. Flerbandsantennanordning enligt något av kraven 1-5, vid vilken åtminstone ett av antennelementen (3, 4) mellan matningspunkten (5) och sin sicksackformiga del har ett längs huvudriktningen (a) sig sträckande rakt parti (3', 4').

7. Flerbandsantennanordning enligt något av kraven 1-6, vid vilken den sicksackformiga delen av åtminstone ett av antennelementen (3, 4) har en stigning, som avtar med ökande avstånd från matningspunkten (5).

8. Flerbandsantennanordning enligt något av kraven 1-6, vid vilken antennelementen (3, 4, 8) på skivelementet (2) är utformade på en sida som är vänd från en med en knappsats (9) försedd sida av en fick- W) » 513 055 ll telefon (7), på vilken flerbandsantennanordningen (1) är monterad.

9. Flerbandsantennanordning enligt krav 8, vid vil- ken skivelementet (2) är framställt av ett material med stor dielektricitetskonstant 5, företrädesvis ett keramiskt material med e större än 8,0 C/Vm.