SE513368C2 - Antennanordning för dubbla frekvensband - Google Patents

Description

15 20 25 30 35 513 368 PROBLEMSTÄLLNING Den föreliggande uppfinningen har till ändamål att så utforma den inled- ningsvis antydda antennanordningen att den förrnår arbeta med god verk- ningsgrad inom två frekvensband, exempelvis GSM-bandet och DCS-bandet.

Därutöver avser uppfinningen att så utforma antennanordningen att den åtminstone i paging mode blir ytterst kompakt samt att den icke ställer krav på komplicerade omkopplingsanordningar vid växling mellan frekvensband och vid växling mellan paging mode och talk position. Slutligen gäller kravet om en i tillverkning enkel och billig antennanordning.

PROBLEMLÖSNING Den till grund för uppfinningen liggande målsättningen uppnås om den inledningsvis antydda antennanordningen kännetecknas därav att spröt- arrangemanget har två antennelement, ett för vardera frekvensbandet, och att antennelementet för det lägre frekvensbandet är anordnat närmast spröt- arrangemangets topp.

Ytterligare fördelar uppnås enligt uppfinningen om denna även ges ett eller flera av särdragen enligt patentkraven 2-10.

SAMMANSTÄLLNING ÖVER RITNINGSFIGURER Uppñnningen skall nu beskrivas närmre under hänvisning till bifogade rit- ningar. Pä dessa visar: fi g l en antennanordning enligt uppfinningen i talläge, fig 2 antennanordningen enligt fig 1 i stand-by läge, ñ g 3 ett tvärsnitt genom ett övre parti av antennanordningen i läget enligt fig 2, fig 4 en vy av ett undre ändparti av antennanordningens sprötanordning i en första utföringsforrn, 10 15 20 25 30 35 513 368 3 fig 5 en vy motsvarande fig 4 av en andra utföringsform av sprötanord- ningen, fig 6 ett tvärsnitt genom sprötanordningen ingående i uppfinningsföremå- let, och i i i fig 7 en förstorad snittvy genom ett undre ändparti av sprötanordningen enligt fig 4 och 6.

FÖREDRAGEN UTFÖRINGSFORM Av fi g 1 och 2 sammantaget framgår att antennanordningen innefattar en första antennenhet 1, vilken är utförd som ett sprötarrangemang 3, och en andra antennenhet 2, vilken är utförd som ett helixarrangemang 4. Helix- arrangemanget 4 är fäst i den radiokommunikationsapparat, i dagligt tal mobiltelefon, som antennarrangemanget är avsett att betjäna.

Den första antennenheten l är utförd dubbelbandig för att kunna arbeta inom de båda frekvensband, som mobiltelefonen är anordnad för. På motsvarande sätt är också den andra antennenheten 2 utförd dubbelbandig för samma frekvensband som den första antennenheten. Den första antennenheten är avsedd för mobiltelefonens talläge, talk position, medan den andra antenn- enheten 2 är avsedd för mobilIßlcfOnCnS stand-by läge, paging mode. Om- ställning mellan talläget och stand-by läget åstadkommes genom den första antennenhetens l förskjutning i sin längdriktning genom den andra antenn- enheten 2 mellan de båda tillstånd, som visas i fig 1 och 2. Påpekas skall att i tillståndet för stand-by läge (fig 2) är det endast den andra antennenheten 2 som är synlig på utsidan av mobiltelefonens ytterhölje.

Antennanordningen innefattar medel för elektrisk omkoppling mellan stand- by läge och talläge och omställningen mellan dessa lägen åstadkommes genom den nämnda förskjutningsrörelsen hos den första antennenheten 1.

Medlen för omkoppling mellan talläge och stand-by läge kan innefatta antingen en elektrisk omkopplingsanordning eller en anordning för att bringa endera av antennenhetema till ett resonansläge som befinner sig på betryg- gande avstånd utanför de valdafrekvensbanden när den aktuella antenn- enheten inte skall användas. 10 15 20 25 30 35 513 368 4 Antennanordningen innefattar vidare medel för omkoppling av de båda antennenhetema 1 och 2 mellan de aktuella frekvensbanden. Dessa medel är utförda på ett sådant sätt att däri icke ingår någon mekanisk omkopplings- anordning. Istället åstadkommes omställningen mellan frekvensbanden genom att i antennenhetema ingående strålande antennelement kopplas in respektive ur kapacitivt eller induktivt.

Fig 3 visar ett snitt genom helixarrangemanget 4 och ett övre parti av det därigenom sig sträckande sprötarrangemanget 3. Av figuren framgår att antennanordningen är uppbyggd kring en av metall framställd bussningsdel 5, vilken är avsedd för antennanordningens fastsättning i ett icke visat hölje till mobiltelefonen. Bussningsdelen 5 har en central, genomgående kanal för upptagning av sprötarrangemanget 3 samt vidare ett övre i huvudsak cylind- riskt parti 6, på vilken en rörformad av elektriskt isolerande material fram- ställd bärdel 7 är anordnad. Bärdelen 7 är fäst på det övre, cylindriska partiet 6 genom att detta är försett med omkringgående hullingar, rillor eller gängor vilka ingriper i bärdelens 7 material vilket lämpligen är ett åtminstone till viss del eftergivligt eller halvhårt plastmaterial. Den cylindriska bussnings- delen 5 har vidare ett undre parti 8 med en gänga 9 vilken tjänar till antenn- anordningens fastsättning i mobiltelefonen.

Bärdelen 7 har en central, huvudsakligen cylindrisk kanal 10, vilken är öppen i den övre änden av bärdelen. Invändigt i bärdelens 7 kanal 10 är det anordnat ett forsta antennelement 11 vilket är utfört som en helix. Det första antenn- elementet är avstämt för det lägre frekvensbandet för antennanordningen och är galvaniskt förbundet med mobiltelefonens elektriska kretsar.

Helixen är framställd av fjädrande material och är löst anordnad i kanalen 10 så att den är hoptryckbar i axiell riktning. Helixens övre ände vilar mot en ansats vid kanalens 10 övre ände, medan dess undre ände vilar på en metall- bricka 26 som i sin tur vilar på och har galvanisk kontakt med bussnings- delens 5 övre cylindriska del 6.

På utsidan av bärdelen 7, eventuellt försänkt i dennas yttre mantelyta men eventuellt också helt och hållet utanför denna mantelyta är det anordnat ett andra antennelement 12, också detta utfört som en helix, samt utfört för det högre frekvensbandet. Det andra antennelementet 12, dvs helixen är galva- niskt skild dels från det första antennelementet ll och dels från mobiltelefo- 10 15 20 25 30 35 513 368 5 nens elektriska kretsar men matas induktivt/kapacitivt från det första antenn- elementet ll.

Lämpligen har de båda helixama 11 och 12 ungefär samma axiella längd varigenom den kapacitiva/induktiva kopplingen dem emellan förbättras.

Oavsett var det andra antennelementet 12 är beläget i radiell riktning, dvs oavsett om det är helt eller delvis försänkt i mantelytan till bärdelen 7 är det omkring bärdelen 7 och det andra antennelementet 12 anordnat en kåpa 13 av elektriskt isolerande, omagnetiskt material. Kåpan 13 har i sin övre ände (vänd bort från bussningsdelen 5) en öppning 14 för att tillåta passage och längdförskjutriing av sprötarrangemanget 3.

Elektriskt fungerar helixarrangemanget 4 på följ ande sätt. Det första antenn- elementet l 1, dvs den invändigt i bärdelen 7 anordnade helixen är galvaniskt ansluten till mobiltelefonens kretsar via brickan 26 och bussningsdelen 5.

När antennelementet 11 matas med eller tar emot elektromagnetisk strålning inom det lägre frekvensbandet kommer denna strålning att passera igenom det andra antennelementet 12 utan att påverkas i någon större grad av detta eftersom det har en resonansfrekvens på betryggande avstånd från resonans- frekvensen för det första antennelementet 11 och vidare därför att det är så "glest" att det inte har någon nämnvärd avskärmande inverkan. Det andra antennelementet, dvs den yttre helixen, är avstämt till det högre frekvens- bandet varför det måste ha ett betydligt mindre antal varv och större stigning än vad som är fallet med det första antennelementet. Av detta skäl kommer det andra antennelementet 12 sett från det första antennelementet 1 1, såsom antytts ovan, att kunna betraktas som transparent. Om sändning sker inom det högre frekvensbandet kommer det andra antennelementet 12, dvs den yttre helixen, att fungera som strålande element vilket är kapacitivt/induktivt kopplat till den inre helixen 1 1. På motsvarande sätt kommer vid mottagning inom det högre frekvensbandet en kapacitiv/induktiv koppling att finnas mellan de båda antennelementen 12 och 11 så att mottagen energi överförs mellan dem.

Om placeringen av de båda antennelementen 11 och 12 vore den omvända mot vad som visas på ritningen så att antennelementet för det lägre frekvens- bandet placerades ytterst skulle anordningen icke fungera eftersom den yttre och för det lägre frekvensbandet avpassade helixen i detta fall skulle fungera 10 15 20 25 30 35 513 368 6 som en effektiv skärm för den innanför liggande helixen som är avstämd för det högre frekvensbandet.

Av det ovan sagda framgår att antennanordningen enligt uppfinningen i mobiltelefonens stand-by läge, paging mode, fungerar utan användning av några mekaniska omkopplingsarrangemang mellan de båda antennelementen ll och 12. Vidare kan antennelementet för det lägre frekvensbandet vara permanent och galvaniskt anslutet till mobiltelefonens lcretsar.

Antennanordningen enligt uppfinningen innefattar utöver helixarrange- manget 4 också ett sprötarrangemang 3. Detta visas i tvärsnitt i fig 6 varvid det förutsättes att den övre änden av den högre delfiguren är förenad med den undre änden av den vänstra delfiguren såsom antyds med streckade linjer.

Vidare framgår sprötarrangemanget av ñg 1 och 2.

I fig 1 antyds att sprötarrangemanget 3 har ett övre parti 17 vilket är fram- ställt av elektriskt isolerande och omagnetiskt material. Längdutsträckningen för detta övre parti 17 är sådan att när antennanordningen befinner sig i läget enligt ñg 2, så skall det övre partiet 17 i längdled fylla ut åtminstone helix- arrangemanget 4 och dess undre monterings- och anslutningsdetalj er. Anled- ningen härtill är den att i stand-by läget, fig 2, där helixarrangemanget 4 be- finner sig i drift, kan det inte finnas något elektriskt ledande eller magnetiskt material invändigt i helixarrangemanget 4 utan att kraftigt störa dess funk- tion.

Sprötarrangemanget 3 har vidare ett tredje antennelement 15 avsett för det lägre frekvensbandet och ett fjärde antennelement 16 avsett för det högre frekvensbandet.

Det fjärde antennelementet 16, dvs sprötarrangemangets 3 antennelement för det höga frekvensbandet innefattar en långsträckt, metallisk ledare 18 vilken har funktionen av en sprötantenn, som är avstämd till det högre frekvens- bandet. Omkring sprötantennen 18 har sprötarrangemanget ett isolerande rör 19, utanpå detta en distansanordning 20 utförd såsom ett isolerande rör, vilket är omgivet av en ytbeläggning 21 av isolerande material. Den raka sprötantennen 18 är i sin undre ände galvaniskt förbunden med en metall- hylsa 22 via vilken sprötarrangemanget 3 matas. 10 15 20 25 30 35 513 368 7 Det tredje antennelementet 15, vilket är utfört för användning i det låga frekvensbandet i antennanordningens talläge är utfört som en helixantenn 23 som är anordnad på utsidan av sprötarrangemangets isolerande rör 19. Inom längdutsträclmingen for helixen 23 saknas distansanordningen 20 eftersom helixen 23 upptar dess plats. Eventuellt kan dock delar av distansanordningen 20 finnas mellan lindningsvarven i helixen 23. Helixen 23 är avstämd för användning vid det lägre frekvensbandet och är i matningshänseende kapaci- tivt kopplad till den metalliska ledaren 18, vilken vid drift i det lägre frek- vensbandet fungerar som förlängning av matningsledningen till spröt- arrangemanget 3. Den kapacitiva kopplingen åstadkommes genom att helixen 23 i längdled överlappar den metalliska ledaren 18 inom ett område som i fig 6 markeras vid 24. Det framgår att helixen 23 med sin undre ände slutar vid den undre änden av området 24 och att den metalliska ledaren 18 med sin övre ände slutar vid den övre änden av området 24. Inom överlapp- ningsområdet finns naturligtvis det isolerande röret 19 mellan helixen 23 och ledaren 18. Även om det icke framgår av fig 6 så har sprötarrangemanget 3 över helixen 23 det övre partiet 17 som är elektriskt isolerande. Inom detta omrâde inne- fattar sprötanordningen det isolerande röret 19, distansanordningen 20 och ytbeläggningen 21.

Vid drift av sprötarrangemanget 3 fungerar detta på följande sätt.

Vid drift i det högre frekvensbandet fungerar ledaren 18 som kvartsvågs sprötantenn medan helixen 23 utgör en kapacitivt kopplad topplast till spröt- antennen. Förekomsten av denna topplast innebär att sprötantennen kan göras fysiskt kortare än sin elektriska längd.

Vid drift i det lägre frekvensbandet fungerar den metalliska ledaren 18 endast som en kopplingsledning mellan antennanordningens anslutning till mobil- telefonens kretsar och det kapacitiva kopplingsområdet 24 mellan ledaren 18 och helixen 23.

Ovan har såväl sprötarrangemanget 3 som helixarrangemanget 4 beskrivits både elektriskt och mekaniskt var för sig. Under hänvisning till fig 3 kommer att anges hur samverkan dem .emellang sker. 10 15 20 25 30 35 513 368 8 Bussningsdelen 5 har såsom ovan nämnts en genomgående kanal genom vilken sprötarrangemanget 3 är skjutbart i sin längdriktning. För att hindra glapp och ge önskad elektrisk kontakt är det invändigt i bussningsdelen 5 anordnat metalliska tjäderelement vilka glider längs sprötarrangemangets 3 ytbeläggning 21 när sprötarrangemanget förskjuts. I utdraget läge för spröt- arrangemanget, i talläget, som visas i fig 1, åstadkommer bussningsdelen 5 med sina fiäderelement 25 elektrisk kontakt med sprötarrangemangets undre kontakthylsa 22, varigenom sprötarrangemanget blir direkt galvaniskt kopp- lat till mobiltelefonens kretsar.

I sprötarrangemangets läge enligt fig 2, dvs i stand-by läget, vilar den inre helixens ll undre ände på en elektriskt ledande bricka 26, vilken i sin tur vilar på ovansidan av bussningsdelens 5 cylindriska övre parti 6. Härigenom råder en elektrisk galvanisk förbindelse mellan bussningsdelen och den undre änden av den inre helixen 1 1.

Vid utdragning av sprötarrangemanget från det i fig 2 till det i fig l visade läget kommer sprötarrangemanget att glida igenom helixarrangemanget 4 till dess ett utskjutande kantområde 27 (fig 4 och 7) på metallhylsans 22 övre ände kommer till anliggning mot brickans 26 undre sida. Vid fortsatt lyftning kommer brickan 26 att följa med i sprötarrangemangets 3 uppåtriktade rörel- se varigenom den inre helixen ll tryckes samman i axiell riktning. Helixen 11 är visserligen fortfarande galvaniskt kopplad till mobiltelefonens elekt- riska kretsar men kommer genom denna axiella hoptryckning först att få en missanpassning beträffande frekvensen och därefter helt att upphöra att exis- tera som strålande antennelement. Härigenom är naturligtvis också den yttre helixen 12 elektriskt bortkopplad.

I ett alternativt utförande kan man på ovanänden av metallhylsan 22 på sprötanordningens 3 undre ände placera en ring 28 av isolerande material.

Vid utdragning av sprötanordningen 3 kommer ringen 28 till anliggning mot brickan 26 och lyfter denna från elektrisk kontakt med bussningsdelen 5.

Härigenom kommer den inre helixen ll elektriskt att kopplas bort från mobiltelefonens kretsar så snart brickan 26 lyfts från elektrisk kontakt med bussningsdelen 5.

I ett praktiskt utförande är den yttre helixen 12 avstämd till DCS-bandet. I detta band har den yttre helixen ca 2 varv med en diameter på 8,5 mm och en stigning på ca 7 mm. På motsvarande sätt är den inre helixen 11 avstämd för 513 368 9 GSM-bandet och har en diameter på ca 7 mm, en stigning på ca 4 mm och ungefarligen 5,5 varv.

När det gäller sprötanordningen har helixen 23 en längd på ca 40 mm inne- hållande 40-42 varv med en stigning på 0,8 mm. Överlappningslängden 24 uppgår till ca 9 mm. Totallängden for hela sprötarrangemanget är ca 116 mm.

Uppfinningen kan modifieras inom ramen för bifogade patentkrav.

Claims (10)

10 15 20 25 30 35 513 368 10 PATENTKRAV

1. Antennanordning för en radiokommunikationsapparat arbetande i dubbla frekvensband, varvid antennanordningen är omställbar mellan ett tillstånd för apparatens stand-by läge och ett tillstånd för dess talläge och innefattar två för stand-by läget avsedda, helixforrnade antennelement (11, 12), ett för var- dera frekvensbandet, och ett för talläget avsett sprötarrangemang (3), vilket är skjutbart i sin längdriktning genom de helixforrnade antennelementen (1 1, 12), k ä n n e t e c k n a d därav, att sprötarrangemanget har två antenn- element (15, 16), ett för vardera frekvensbandet, och att antennelementet (15) för det lägre frekvensbandet är anordnat närmast sprötarrangemangets topp.

2. Antennanordning enligt lqavet 1, k ä n n e t e c k n a d därav, att de båda antennelementen (15, 16) för talläget är anordnade axiellt efter varandra i sprötarrangemanget (3).

3. Antennanordning enligt kravet eller 2, k ä n n e t e c k n a d därav, att de båda antennelementen (15, 16) för talläget är galvaniskt skilda från varandra.

4. Antennanordning enligt något av kraven 1-3, k ä n n e t e c k n a d därav, att av de båda antennelementen (15, 16) för talläget är antennelementet (15) för det lägre frekvensbandet kapacitivt kopplat till radiokommunika- tionsapparatens kretsar via antennelementet (16) för det högre frekvens- bandet, vilket antennelement (16) i sprötanordningens utdragna använd- ningsläge är galvaniskt anslutet till kretsarna.

5. Antennanordning enligt något av kraven 1-4, k ä n n e t e c k n a d därav, att av antennelementen (15, 16) för talläget är antennelementet (16) för det högre frekvensbandet ett metallspröt (18), medan antennelementet (15) för det lägre frekvensbandet är en helix (23), varvid helixen vid drift i det högre frekvensbandet är en kapacitivt kopplad topplast till antennelementet för det högre frekvensbandet.

6. Antennanordning enligt något av kraven 1-5 , k ä n n e t e c k n a d därav, att helixantennema (11, 12) är galvaniskt skilda från varandra.

7. Antennanordning enligt något av kraven 1-6, k ä n n e t e c k n a d därav, att sprötarrangemanget (3) i ett inskjutet läge är elektriskt skilt från radiokommunikationsapparatens kretsar, medan helixen (1 1) för stand-by 10 15 513 368 ll lägets lägre frekvensområde är galvaniskt ansluten till radiokommunikations- apparatens kretsar.

8. Antennanordning enligt något av kraven 1-7, k ä n n e t e c k n a d därav, att den helixantenn (l 1), for stand-by läget, som är anordnad for det lägre frekvensbandet, är anordnat invändigt i den helixantenn (12) for stand- by läge, som är anordnad for det högre frekvensbandet.

9. Antennanordning enligt kravet 8, k ä n n e t e c k n a d därav, att i sprötarrangemangets (3) utdragna läge, dvs i talläget, är den radiellt innersta helixen (1 l) av antennelementen for stand-by läget elektriskt skild från radiokommunikationsapparatens kretsar.

10. Antennanordning enligt kravet 8 eller 9, k ä n n e t e c k n a d därav, att i sprötarrangemangets (3) utdragna läge, dvs i talläget, är den radiellt innersta helixen (1 l) av antennelementen for stand-by läget axiellt hoptryckt, varigenom den har en resonansfiekvens utanför de båda frekvensbanden.