SE513984C2 - Antennanordning för att ta emot och sända RF signaler i åtminstone ett första frekvensband - Google Patents

Description

15 20 25 30 513 984 Det skulle därför vara fördelaktigt om en reducering i storlek eller en mer effektiv' användning av det ockuperade utrymmet kunde åstadkommas för en planar inverted F-antenna.

REDOGÖRELSE FÖR UPPFINNINGEN Ändamålet med föreliggande uppfinningen är därför att åstadkomma en mer effektiv användning av det ockuperade utrymmet av en inbyggd antenn.

Ett annat ändamål med föreliggande uppfinning är att åstadkomma ett antennorgan innefattande kretsar vilka är lätta att montera i produktionsprocessen i en radiokommunikationsanordning.

Ett annat ändamål med föreliggande uppfinning, enligt en föredragen utföringsform av uppfinningen, är att åstadkomma ett antennorgan innefattande matchningskretsar för att tillåta nämnda antennorgan att kopplas till en kopplingspunkt som har en specifik, matchad impedans tillexempel 50 Ohm.

Ett annat ändamål med föreliggande uppfinning, enligt en föredragen utföringsform av uppfinningen, är att åstadkomma ett antennorgan innefattande duplex- eller omkopplingsorgan för att kombinera sândna och separera mottagna frekvenser, lågbrusförstärkarorgan för att förstärka mottagna frekvenser och möjligen effektförstärkarorgan för att effektförstärka de sändande frekvenserna såväl som en kopplingsanordning för att enkelt koppla signalledarna till en kopplingspunk som har en specifik impedans, exempelvis 50 Ohm, och vidare att koppla signalerna till RF kretssystem i radiokommunikationsanordningen.

Ett annat ändamål med föreliggande uppfinning, enligt en föredragen utföringsform av uppfinningen, är att åstadkomma ett antennorgan innefattande medel för att säkert hålla ett SIM-kort och koppla nämnda SIM-kort tillkretssystemet i radiokommunikationsanordningen_ lO 15 20 25 30 513 984 3 Problemen som beskrivs ovan, hur man skall åstadkomma ett planar inverted F-antenna-organ vilken använder det ockuperade utrymmet mer effektivt, löses genom att tillhandahålla ett antennorgan som har en ledande del anordnad över ett jordplansorgan och designat för att bilda en kavitet, eller ett väsentligen begränsat område, i grunden en Faradays bur. Nämnda antenn innefattar vidare kopplingsorgan för att koppla kretssystemet som är anordnat pà ett kretskort med kretssystemet som är anordnat inuti nämnda kavitet.

Enligt en föredragen utföringsform innefattar nämnda antenn vidare ett matningsorgan som sträcker sig inuti nämnda kavitet och kopplas till en matningspunkt för att mata RF signaler till nämnda matningspunkt. Ändamàlen med föreliggande uppfinning hur ett antennorgan innefattande kretssystem àstadkoms, uppnås i mer detalj enligt en utföringsform genom att tillhandahålla en stödstruktur som innefattar en kavitet och som har en ledande beläggning. Nämnda stödstruktur har en första del som sträcker sig väsentligen ortogonalt mot ett jordplansorgan och nämnda ledande beläggning är i en första ände av nämnda ortogonala del kopplad till nämnda jordplansorgan. Nämnda stödstruktur har vidare en andra del som sträcker sig väsentligen parallellt med nämnda jordplansorgan pà ett avstånd frän detsamma. Nämnda stödstruktur har i nämnda första ände ett kopplingsorgan anordnat till att koppla första kretssystemet lokaliserat i nämnda kavitet till det andra kretssystemet lokaliserat utanför nämnda kavitet. Nämnda kopplingsorgan är också anordnad för att koppla matningsorgan för att mata RF signaler till en matarpost till RF kretssystem lokaliserat utanför nämnda kavitet, företrädesvis i en radiokommunikationsanordning. 10 15 20 25 30 35 513 984 4 Enligt en föredragen utföringsform av uppfinningen sträcker sig nämnda matarpunkt från nämnda väsentligen parallella del mot nämnda jordplansorgan.

En fördel med föreliggande uppfinning är att utrymmet som ockuperas av en PIFA (Planar Inverted F Antenna) änvänds effektivare då kretssystemet är inhyst inuti antennen vilket annars skulle ha placerats i omgivande omräden.

En fördel, enligt en utföringsform av uppfinningen, är att kretssystemet som är väsentligt för den effektiva funktionen hos antennen kan placeras i direkt anslutning till antennens matarpunkt och pà så sätt undvika transmissionsförluster.

Matarpunkten är punkten inuti nämnda kavitet som kopplar nämnda matarorgan till nämnda matarpost.

En annan fördel, enligt en föredragen utföringsform av uppfinningen, är att det är möjligt att åstadkomma en matchad antenn som har kopplingsorgan med en specifik impedans, exempelvis 50 Ohm.

Vidare omfattning av föreliggande uppfinnings användning kommer att visa sig av den detaljerade beskrivningen som ges härefter.

Det skall dock stà klart att den detaljerade beskrivningen och specifika exempel för att indikera föredragna utföringsformer av uppfinningen endast ges i illustrationssyfte, då olika ändringar och modifieringar inom uppfinningens omfång kommer att stà klart för en fackman av denna detaljerade beskrivning.

FIGURBESKRIVNING Föreliggande uppfinning kommer att förstås mer till fullo av den detaljerade beskrivningen som ges här nedan och de åtföljande ritningarna vilka enbart ges i illustrationssyfte och därför inte är begränsande för föreliggande uppfinning där 10 15 20 25 30 35 513 984 5 figur 1 visar en schematisk tvärsnittsvy av en antenn enligt en föredragen utföringsform av uppfinningen; Figur 2 visar en schematisk perspektivvy av en antenn enligt en föredragen utföringsform av uppfinningen; Figur 3-4 visar schematiska topp vyer av antenner enligt föredragna utföringsformer av uppfinningen, där en del av toppen har tagits bort för klarhets skull; Figur 5-8 visar schematiska tvårsnittsvyer av antenner enligt föredragna utföringsformer av uppfinningen; Figur 9 visar en schematisk topp vy av en antenn enligt en föredragen utföringsform; Figur 10 visar en schematisk delvis spökperspektivvy av en GPS antenn enligt en föredragen utföringsform av uppfinningen; Figur 11 visar en schematisk tvärsnittsvy av en föredragen utföringsform av föreliggande uppfinning som begagnar sig av en traditionell signalledarmatning (; Figur 12 visar en schematisk tvärsnittsvy av en föredragen utföringsform av föreliggande uppfinning som har en mjuk krökningslinje.

FÖREDRAGNA uTFöRINGsF-ORMER Figur 1 visar en antenn i en tvärsnittsvy enligt en föredragen utföringsform av uppfinningen där ett kretskort PCB (Printed Circuit Board) betecknas 101. Ett jordplansorgan 102 är lokaliserat pà en sida av kretskortet 101 och pà den andra sidan är en kretslayout 103 lokaliserat. En antennstödstruktur 104 är belagd med ett ledande lager 105. Stödstrukturen 104 är 10 15 20 25 30 35 513 984 6 kopplingsbar till ett kopplingsorgan 106. Kopplingsorganet 106 kan till exempel bestå av metallkrokar 107 med fjäderverkan för att gripa tag i stödet och fast fixera stödstrukturen 104 i position och elektriskt koppla jordplansorganet 102 till den ledande beläggningen 105. Kopplingsorganet 106 innefattar vidare hankontaktorgan 108 anordnade till att samverka med honkontaktsorgan 109 lokaliserade och fixerade i anslutning till nämnda stödstruktur 104. Hankontaktorganet är kopplat till kretslayoutdiagrammet 103 för vidare koppling till kretssystemet anordnat någon annanstans pà kretskortet PCB 101.

Stödstrukturen 104 har en kavitet, eller ett väsentligen begränsat utrymme 114. Då stödstrukturen 104 är väsentligen helt omsluten med en ledande beläggning 105, vilken är kopplad till ett jordplansorgan 102, utrymmet 114 utgör en Faradaybur.

Detta utrymme 114 är därför skärmat fràn magnetisk och elektrisk strålning och är därför särskilt lämplig för att inhysa kretssystem 110.

Kretssystemet 110 är kopplat genom honkontaktorganet 109 och hankontaktorganet 108 till kretssystem lokaliserade någon annanstans pà kretskortet PCB 101. En matningsledning 111 är också kopplad till honkontaktorganet 109 för vidare kontakt genom hankontaktorganet 108 till RF kretssystemet (ej visat) lokaliserat pà kretskortet PCB 101. Det är därför klart att han- och honkontaktorganen 109, 108 i sin tur kan ha en eller flera individuella kopplingsorgan för att koppla olika signaler. Matningsledningen är vidare kopplad till en matningspunkt 112 vilken är kopplad till en ledande matningspost 113. Den ledande matningsposten 113 sträcker sig ned mot jordplansorganet till att utgöra en kapacitiv koppling med nämnda jordplansorgan 102. Pà så sätt är en planar inverted F-antenna konstruerad som har ett inre skärmat utrymme lämpligt för att montera komponenter i. lO 15 20 25 30 35 513 984 7 Figur 2 visar en schematisk perspektivvy av en föredragen utföringsform av uppfinningen. En stödstruktur 201 visas i ett genomsiktssnitt för att återge arrangemanget inuti antennorganet. Ett kopplingsorgan 202 griper och kopplar fast stödstrukturen 201 till ett kretskort PCB 203 .Ett jordplansorgan 204 på ovansidan av kretskortet är kopplat genom kopplingsorganet 202 till en ledande beläggning 205 på stödstrukturen 201. Första, andra och tredje kopplingsorganet 206, 207 och 208 kopplas till första, andra och tredje kretssystemet 209, 210 och 211 lokaliserade i en kavitet 212 som definieras av nämnda stödstruktur 201 till kretssystem (ej visade) lokaliserade pà utsidan av nämnda kavitet 212.

Kaviteten med dess omgivande ledande beläggning definierar en Faradaybur. En matningspunkt 213 kopplas till nämnda andra och tredje kretssystem 210 och 211, vilka avdelar signalen i mottagande och sändande signaler. Matningspunkten är kopplad till den ledande beläggningen 205 liksom en ledande post 214 som sträcker sig nedåt mot jordplansorganet 204 och väsentligen tvàrsöver den fullständiga bredden av stödstrukturen 201.

Matningspunkten är kopplad till den ledande matningsposten och den ledande matningsposten kan kopplas till jordplansorganet eller kan definiera en kapacitiv koppling med nämnda jordplansorgan.

Figur 3 visar en schematisk toppvy enligt en föredragen utföringsform av uppfinningen där toppdelen har tagits bort. En stödstruktur av ett dielektriskt material 301 har en ledande beläggning 302. Kretssystemet 303 är kopplat genom första och andra kopplingsorgan 304, 305. Kretssystemet 303 är nägot vanligt analogt eller digitalt kretssystem vilket lämpligen positioneras inuti nämnda stödstruktur 301. Det första och andra kopplingsorganet kan vara vilket medel som helst för att elektriskt koppla en eller flera signaler till nämnda första och andra kretssystem 302 och 303, såsom tvinnade kablar, stripline, mikro-stripline, vägledare i samma plan etc. En 10 15 20 25 30 35 513 984 8 matningsledning 306 är kopplad i en ände till kopplingsorgan (ej visade) för vidare anslutning till RF kretssystem och i den andra änden till en matningspunkt 307 vilken är kopplad till en konduktiv post 309, som visas med en prickad cirkel, och som sträcker sig ner mot en jordplansorgan (ej visad) som bildar en kapacitiv anslutning med den samma.

Figur 4 visar en schematisk toppvy enligt en föredragen utföringsform av uppfinningen, där toppdelen har tagits bort. I denna föredragna utföringsform är en matningspunkt 402 kopplad till en duplexer 401. Matningspunkten 402 är lokaliserad ovanför och kopplad till en làngstràckt konduktiv post 403, markerad med prickade linjer, vilken sträcker sig ner mot ett jordplansorgan (ej visad). Duplexern 401 separerar transmitterade och mottagna signaler och kopplar den kottagna signalen till ett filter 404, en làgbrusförstärkare 405 och vidare genom kopplingsorgan (ej visade) till mottagandedelen av RF kretssystemet (ej visad) som är lokaliserad i en bärbar radiokommunikationsanordning (ej visad). På liknande sätt mottages den transmitterade signalen fràn den transmitterande delen av RF kretssystemet (ej visad) som är kopplad till ett filter 406, till en kopplare 401 och matad genom matningspunkten 402. Eventuellt kan också matchningsorgan vara inkluderade i arrangemanget. Följaktligen àstadkoms en planar inverted F-antenna vilken tillhandahåller en anslutning med separerade transmitterade och mottagna signaler som innefattar förstärkning för den mottagna signalen vid det närmast möjliga stället i förhållande till antennens mottagningspunkt vilken är matchad till en 50 Ohms impedans I figur 5 visas en schematisk tvärsnittsvy av en föredragen utföringsform av uppfinningen. Ett stöd 501 är monterat pà ett PCB 502 som har ett jordplansorgan 503 pà ytan som är vänd mot stödet 501 och en kretslayout 504 på den motsatta ytan. Nämnda stöd har en ledande beläggning 505 på en första sida, 10 15 20 25 30 35 513 984 9 ortogonalt mot nämnda jordplansorgan 503, och på en andra sida som väsentligen är vänd mot nämnda jordplansorgan. Nämnda beläggning 505 är i elektrisk kontakt på alla sidor med en styv ledande metallisk plåt 506 som bildar ett utrymme 507 som har en öppen sida 508 tillsammans med nämnda ledande beläggning.

Inuti nämnda utrymme finns en krets 509. En matningsledning 510 matar RF signaler till en matningspunkt 511. Nämnda matningspunkt 511 är i elektrisk kontakt med en konduktiv post 512 som sträcker sig ner mot nämnda jordplansorgan 503 för att åstadkomma en kapacitiv koppling.

Figur 6 visar en schematisk tvärsnittssidovy av en föredragen utföringsform enligt uppfinningen. Utföringsformen i figur 6 år ganska lik utföringsformen i figur 5. Den huvudsakliga skillnaden är att en styv ledande metallisk plåt 601 har en utskjutande del 602 som sträcker sig väsentligen parallellt med ett jordplansorgan 602 på ett första avstånd 604 från jordplansorganet. Nämnda första avstånd är skilt från ett andra avstånd 605 från en ledande beläggning 606 till jordplansorganet 603. Genom att forma den planar inverted F- antenna till att ha ytor som är väsentligen parallell med jordplansorganet 603 men med olika avstånd, kan antennen justeras mer noggrant till olika resonansfrekvenser för multibandfunktion. En post 607 sträcker sig från den ledande belàggningen 606 till jordplansorganet 603.

Figur 7 visar en schematisk tvärsnittssidovy av en antenn enligt uppfinningen. I denna utföringsform finns bildat ett utrymme 702 i den del av PIFA (Planar Inverted F-Antenna) vilken sträcker sig ortogonalt mot ett jordplansorgan 702 för att montera kretssystem 702 och 703. En styv ledande metallisk plåt 705 förseglar utrymmet 702 och sträcker sig väsentligen parallellt med jordplansorganet 702. En isolerad matningsledning 706 sträcker sig på plåten 705 för att mata RF energi till matningspunkten 707. 10 15 20 25 30 35 513 984 10 Figur 8 visar en schematisk tvärsnittssidovy av en föredragen utföringsform enligt uppfinningen. En första och andra matningspunkt 801 och 802 matas med RF signaler från en första respektive andra matningsledning 803 och 804. Den första och andra matningsledningen 803 och 804 kan matas med transmitterande respektive mottagna signaler eller kan matas med signaler från tvà olika system, sàsom GSM respektive PCN.

Figur 9 visar en schematisk tvärsnittstoppvy av den föredragna utföringsformen som beskrivs närmare i samband med figur 8.

Samma referensnummer används i figur 9 som i figur 8.

Figur 10 visar en schematisk vy av en annan föredragen utföringsform enligt uppfinningen. I denna utföringsform bildas en GPS antenn genom att använda en rektangulär, nära nog kvadratisk, ledande del 1001 vilken matas med ett offset från centrum, markerat med X, 1002, för att producera en cirkulärpolariserad RF signal. En kavitet 1003 bildas i stödstrukturen för att montera kretsarna 1004. En kantlast 1005 finns för att justera antennen till föredragen karakteristik.

Lasten 1005 utgör en impedanskoppling mellan den konduktiva delen 1001 och jordplansorganet (ej visad).

Figur 11 visar en schematisk tvärsnittsvy av en föredragen utföringsform enligt uppfinningen där en signalledning 1101 bildar den konduktiva posten och är anordnad för att mata RF signaler till antennen enligt traditionella metoder. En kavitet 1102 bildas inuti stödstrukturen 1103 och är anordnad för att rymma kretsarna 1104 pà liknande sätt som beskrivits tidigare.

Figur 12 visar en schematisk tvärsnittsvy av en föredragen utföringsform enligt uppfinningen, där antennen har en mjuk krökning för att följa konturen av en portabel telefon. En ledande del 1201 är anordnad pà ett stöd och omsluter en lO 15 20 25 513 984 ll kavitet 1202. Första kretssystemet (ej visad) på ett kretskort 1203, som har ett jordplansorgan 1204 anordnat därpå, är kopplat till andra kretssystemet 1205 anordnat inuti nämnda kavitet genom kopplingsorgan 1206 som beskrivits tidigare.

I tillverkningssyfte, eller andra syften, kan det vara fördelaktigt att forma kaviteten som en låda med ett lock eller en huv eller mer allmänt en låda som har en öppen sida vilken kan täckas vid ett lämpligt tillfälle.

Den ledande delen eller beläggning som definierar nämnda kavitet behöver nödvändigtvis inte vara tät utan kan istället vara formad som ett nät eller kan innefatta att antal häl, så länge som hålen är väsentligt mindre än Ä/4, det vill säga, en fjärdedel av aktuell våglängd. Detta kommer att försluta kretsarna inuti kaviteten fràn strålning som sänd ut från antennorganet. En annan variant skulle vara att fylla kaviteten med ett dielektrikum.

Uppfinningen är således beskriven och det är uppenbart att densamma kan varieras på många sätt. Sådana variationer är inte att betraktas som en avvikelse från uppfinningens andemening och omfång, och alla sådana modifikationer som är uppenbara för en fackman inom omrâdet är avsedda att vara inkluderade inom skyddsomfànget av följande krav.

Claims (19)

10 15 20 25 30 35 513 984 12 PATENTKRAV

1. Antennanordning för att ta emot och sända RF signaler i åtminstone ett första frekvensband innefattande: ~ en stödstruktur (104), - ett jordplansorgan (102) - åtminstone en första konduktiv del (105) som sträcker sig ovanför nämnda jordplansorgan på ett första avstånd från nämnda jordplansorgan och elektriskt kopplad till nämnda jordplansorgan, - en konduktiv matningspost (113) som sträcker sig mellan nämnda första konduktiv del (105) och nämnda jordplansorgan, - kännetecknad av att - nämnda första konduktiva del (105) bildar åtminstone en första kavitet (114) som innefattar åtminstone en öppning, - kopplingsorganet (106) är anordnat för att ansluta en första krets till åtminstone en andra krets (110) anordnad inuti nämnda kavitet genom nämnda första öppning.

2. Antennanordning enligt krav 1, där nämnda första konduktiva del (105) är anordnad på åtminstone delvis på nämnda stöd (104).

3. Antennanordning enligt krav 1 eller 2, där - åtminstone ett första matningsorgan (111) sträcker sig genom nämnda öppning och är kopplad till nämnda konduktiva matningspost vid en matningspunkt (112) ovanför nämnda jordplansorgan (102), - nämnda matningsorgan är anordnat till att kopplas till RF kretssystem för att mata RF signaler till nämnda matningspunkt.

4. Antennanordning enligt krav 1 eller 2, där - nämnda konduktiva post är en signalledning (1101) för att mata RF signaler från RF kretssystemet till en matningspunkt på nämnda konduktiva del ovanför nämnda jordplansorgan (102). 10 15 20 25 30 513 984 13

5. Antennanordning enligt något av kraven 1-4, där - nämnda första konduktiva del (105) sträcker sig åtminstone delvis väsentligen parallellt över nämnda jordplansorgan (102).

6. Antennanordning enligt krav 3 eller 5, där - nämnda konduktiva post sträcker sig mot nämnda jordplansorgan (102) från nämnda första konduktiva del (105).

7. Antennanordning enligt något av kraven 1-6, där - nämnda jordplansorgan (102) har en andra öppning anpassad att passa i nämnda åtminstone första öppning, - nämnda koppling mellan nämnda första konduktiva del (105) och nämnda jordplansorgan (102) åstadkommes genom att koppla väsentligen hela kanten på nämnda åtminstone första öppning till väsentligen hela kanten på nämnda andra öppning i nämnda jordplansorgan (102).

8. Antennanordning enligt något av kraven 1-7, där - nämnda koppling mellan nämnda första konduktiva del (105) och nämnda jordplansorgan (102) àstadkommes genom metalliska krokar kopplade till nämnda jordplansorgan (102) och utövar en kontaktkraft på nämnda första konduktiva del (105), - nämnda krokar är vidare anordnade för att stelt hålla nämnda stödstruktur (104).

9. Antennanordning enligt något av kraven 1-8, där - nämnda kopplingsorgan innefattar åtminstone ett första kopplingselement på nämnda stöd (104) och åtminstone ett andra kopplingselement anordnat på nämnda kretskort, - nämnda första kopplingselement har organ för att koppla nämnda konduktiva del (105) till nämnda jordplansorgan (102).

10. Antennanordning enligt något av kraven 1-9, där 10 15 20 25 30 35 513 984 14 - nämnda första konduktiva del (105) har en första del väsentligen parallell med nämnda jordplansorgan (102) anordnat på ett första avstånd (604) från nämnda jordplansorgan (102) och en andra del väsentligen parallell med nämnda jordplansorgan (l02)och anordnat på ett andra avstånd (605) från nämnda jordplansorgan (102).

11. Antennanordning enligt något av kraven 1-10, där - nämnda åtminstone andra krets väljs från en grupp av kretsar som inkluderar följande kretsar: làgbrusförstärkare, effektförstärkare, decoupler, coupler, multiplexer, diplexer, SIM-kort, logiska kretsar, balunkretsar, diod, sensoranordning och faskretsar.

12. Antennanordning enligt något av kraven 1-11, där - nämnda åtminstone andra krets innefattar skärmningsorgan för att väsentligen reducera den emitterade strålningen.

13. Antennanordning enligt något av kraven 1-12, där - Ett andra matningsorgan är anordnat för att mata RF signaler till en andra matningspunkt, - nämnda andra matningspunkt är i elektrisk kontakt nämnda åtminstone delvis parallella del, - en andra konduktiv post, elektriskt kopplad till nämnda åtminstone delvis parallella del, sträcker sig mot nämnda jordplansorgan och anordnad i närheten av nämnda andra matningspunkt.

14. Antennanordning enligt något av kraven 1-13, där - nämnda konduktiva post har ett cirkulärt tvärsnitt.

15. Antennanordning enligt något av kraven 1-13, där -nämnda konduktiva post har ett långsträckt tvärsnitt som sträcker sig från en sida av nämnda åtminstone delvis parallella del till den motsatta sidan. 10 15 20 513 984 15

16. Antennanordning enligt något av kraven 1-15, där - nämnda konduktiva post har ett mekaniskt gränssnitt till nämnda jordplansorgan för att bilda en elektriskt galvanisk koppling.

17. Antennanordning enligt något av kraven 1-15, där - nämnda konduktiva post är kapacitivt kopplad till nämnda jodplansorgan (102).

18. Antennanordning enligt något av kraven 1-17, där - nämnda antenn är aktiv i åtminstone ett första frekvensband som motsvarar åtminstone ett av GSM, PCN och eller GPS kommunikationsbanden.

19. Antennanordning enligt något av föregående krav, där - nämnda kavitet (114) är fylld med ett dielektrikum.