SE514422C2 - Antennanordning för flera frekvensband - Google Patents

Description

20 25 30 35 40 i i 2 varandra, så att antennens egenskaper fördärvas eller åtminstone avsevärt för- sämras.

I en antenn av denna typ vill man också ha ett strålande element, som till ytan år så stort som möjligt relativt plastfoliens yttennått, detta för att den resulte- rande antennen skall få så stor apertur som möjligt.

Ett strålande element, som är stort relativt plastfoliens yttermått, ökar de ovan beskrivna problemen med interaktion mellan olika partier av det strålande elementet vid hoprullning.

Hittills finns ingen lösning på problemet hur man skall utforma det mönster av elektriska ledare, som bildar det strålande elementet, för att samtidigt kunna anordna ett maximalt stort strålande element på en given area och minimera elektrisk interaktion mellan olika partier av det strålande elementet.

PROBLEMSTÄLLNING Den föreliggande uppfinningen har till ändamål att så utforma den inled- ningsvis antydda antennen att problemen med äldre teknik elimineras och antennen får maximal verkningsgrad samt mycket god bandbredd i de fie- kvensband där den skall användas, detta med en långt driven niiniatyrisering.

Vidare avser uppfinningen att så utforma uppfinningsföremålet att detta kan tillverkas till låga kostnader på ett rationellt sätt.

PROBLEMLÖSNING Den till grund för uppfimiingen liggande målsättningen uppnås om den inled- ningsvis antydda antennanordningen kännetecknas därav att det strålande elementet innefattar ett antal i huvudsak raka ledarpartier, vilka är galvaniskt förenade med varandra via markerat krökta eller vinklade ledarpaitier.

Genom att förse det plana och i grova drag spiralformade, strålande elementet med ett antal i huvudsak raka ledarpartier har det visat sig att den resulterande antennanordningen kommer att få åtminstone två resonansfiekvenser. Vidare har det visat sig att hoprullningen inte nämnvärt påverkar prestanda trots att det strålande elementets motsatta ändar kommer nära varandra efter hoprull- ningen. Slutligen kan antennanordningen enkelt tillverkas genom ett etsnings- förfarande tillämpat på en böjlig plastfolie försedd med ett timt metallskikt på ena eller eventuellt båda sidorna. 10 15 20 25 30 35 40 i i g; i 3 sAMMANsTÄLLNING ÖVER RITNINGSFIGURBR Uppfinningen skall nu beskrivas nännre under hänvisning till bifogade ritningar. På dessa visar: fig 1 en sprängskiss av uppfinningstöremålet sett fiån ena sidan, fig 2 en motsvarande sprängskiss av uppfinningsfóremâlet sett från ungefär diametralt motsatt riktning, fig 3 en i uppfinningsfóremålet ingående bärare med ett strålande element, fig 4 en vy motsvarande ñg 3, dock av en andra utfóringsforrn, fig 5 en vy motsvarande fig 3, dock av en tredje utfóringsforrn, fig 6 en vy motsvarande fig 3, dock av en fjärde utfóringsfonn, fig 7 en vy motsvarande fig 3, dock av en femte utfóringsfonn, och ñg 8 en vy motsvarande fig 3, dock av en sjätte utfóringsform.

FÖREDRAGEN UTFÖRINGSFORM Såsom antytts ovan är uppñrmingstöremålet i första hand avsett for använd- ning på en s k mobiltelefon, vilken skall vara åtminstone av dual band typ så att den täcker in EGSM-bandet på 880-960 MHz och åtminstone ettdera av DCS- och PCS-banden på 1710-1880 MHz respektive 1850-1990 MHz. Helst skall naturligtvis alla tre frekvensbanden kunna täckas in.

I beskrivningen nedan kommer att användas ett uttryck "strålande element".

Självfallet innebär detta att elementet skall kunna stråla ut elektromagnetisk energi inom de ovan nämnda fiekvensbanden. Begreppet "strålande element" skall emellertid även tolkas på så sätt att det kan ta emot elektromagnetisk energi inom de nämnda frekvensbanden.

Ifig 1 avser hänvisningsbeteckningen 1 en bärande del av antennanordningen.

Den bärande delen är tillverkad av ett lämpligt plastmaterial med elektriskt isolerande och icke-magnetiska egenskaper. Den bärande delen tjänar till fast- sättning på motbiltelefonens hölje och har för detta ändamål ett styrstift 2 som 10 15 20 25 30 35 40 ». 4 är utformat och placerat för upptagning av ett motsvarande urtag eller hål i mobiltelefonens hölje.

Om fig 3-8 skall nämnas att de är fiamställda ungefärligen i skala 1:1.

Den bärande delen l har en stomdel 3 omkring vilken en folieformad bärare 4 skall vara rullad eller svept. Den folieformade bäraren 4 har ett system av elektriska ledarpartier, som utgör antennanordningens strålande element.

Gsedarpartiema visas inte i fig l och 2.) Stomdelen 3 är rörfonnad och är därför ihålig och har en förhållandevis tunn materialtj ocklek. Tvärsnittsformen för stomdelen 3 vinkelrätt mot antennens höj drikming är i huvudsak oval eller elliptisk men kan variera något utefter stomdelens höjd.

I botten av den hålighet, som är bildad invändigt i stomdelen 3 skall befimia sig en kontaktanordning 5, som i fig 1 och 2 visas upplyft till ett läge ovanför Stomdelen 3 men under bäraren 4. Kontaktanordnjngen innefattar en jordhylsa 6 som är ansluten till mobiltelefonens chassi. Ovanför j ordhylsan 6 firms en fästdel 7, medelst vilken kontaktanordningen 5 fästes i den bärande delen l.

Ovanpå fästdelen finns en isolator 8 och ett lödstift 9 vilket senare tjänar till elektrisk anslutning av det på bäraren 4 anordnade, strålande elementet.

Det strålande elementet placeras såsom nämnts ovan omkring stomdelen 3 och fästes på denna. Det strålande elementet har en i fig l och 2 icke visad matningsdel, vilken iöres in genom en i höjdled förlöpande slits 10 i stom- delens 3 mantelyta där den lödes fast på lödstiftet 9 i det undre området av det hålrum, som är bildat invändigt i Stomdelen 3.

Alternativt kan den hoprullade bäraren 4 vara anordnad invändigt i stom- delens 3 hålrum och ansluten till lödstiftet 9 såsom ovan beskrivits.

I monterat tillstånd befinner sig alltså bäraren 4 svept omkring Stomdelen 3 och ansluter sig tätt till dennas yttre mantelyta. I antennanordningen ingår vidare en skyddshuv ll som är framställd av ett lärnpligt plastmaterial, icke- elektriskt ledande och omagnetiskt, och som är fastsnäppt på den bärande delen 1 med hjälp av en invändigt i skyddshuven ll anordnad, på ritningama icke visad rílla, vilken snäpper in i ettoinkringgåendespår 12 på den bärande delen l. 10 15 '20 25 30 35 40 Av det ovan sagda fiamgår att antennanordnjngen i monterat skick blir en kompakt, på utsidan slät och mjukt välvd anordning, vilken på sin undre sida för anslutning till mobiltelefonen har styrstiftet 2 och anslutningen 6.

I fig 3 och 4 visas två varianter av det i uppfinningsföremålet ingående plana, ungefärligen spiralfonnade, strålande elementet. Detta har en matningsdel 13, vilken är införd genom slitsen 10 i stomdelen 3, och vilken har en i figurema undre ände 14 som är avsedd att elektriskt förbindas med lödstiftet 9 på kontaktanordníngen 5.

Av fig 3 fiamgår att matningsdelen 13 i sin övre ände är ansluten till en yttre, rak ochi huvudsak vertikal ledare 17, vilken är galvaniskt förbunden med ett i huvudsak rakt, horisontellt ledarparti 16 via ett markerat krökt eller vinklat ledarparti 18. Det horisontella ledarpartiet 16 är via ett andra vinklat ledarparti 18' förbundet med ett andra ungefärligen vertikalt ledarparti 17', vilket i sin tur, i sin undre ände via ytterligare ett vinklat ledarparti 18" är förbundet med ett ungefárligen horisontellt ledarparti l6'. Ett yttre "varv" är därmed beskrivet av en kantig, plan och ungefärli gen kvadratisk spiral. Spiralen fort- sätter inåt pâ ett sätt som är helt analogt med vad som beskrivits ovan och har i utföringsformen enligt fig 3 något mer än tre "varv". Spiralens inre ände slutar blint. De krökta eller vinklade ledarpartierna 18, 18', 18" etc har en t krökningsvinkel i storleksordningen 70°-l l0° som beror av formen på bäraren 4. Krökningsvinkeln kan vara olika för olika vinklade partier i ett och samma strålande element.

Utföringsforrnen enligt fi g 4 följer samma principer men är framställd i högervarv i motsatts till vad som gälleri fig 3. Ytterligare en skillnad är den att utföringsforrnen enligt fig 4 är något lägre och långsträckt i horisontell riktning och fyller därför ut en betydligt större del av bärarens 4 yta. Det kan förväntas att denna större ytutsuäclcriing ger den färdiga antennen en större apertur och därmed en bättre strålningstörrnåga.

De ovan beskrivna kantigt spiralforrnade strålande elementen 15 är båda matade utifrån vid periferin.

Det har visat sig att strålande element enligt fig 3 och 4 har åtminstone två resonansfiekvenser. Den högre resonansfrekvensen bestäms i princip av Spiralens höjd, dvs i ñg 3 av längden för de vertikala ledarpartiema 17 och l7'. Ju kortare dessa är desto högre resonansfrekvens och vice versa. Den lägre resonansfiekvensen bestäms av den totala längden av samtliga ledar- partíer 16, 17, l6', 17' etc, dvs "den totalai spiralen ingående trådlängden". I 10 15 20 25 30 35 40 fi gflf fly; 1 1% _ íÜë 14» . 6 praktiken innebär detta att med given höjd bestämmer bredden på spiralen dvs längden för de horisontella ledarpartiema 16 den undre resonansfiekvensen. I analogi med det ovan sagda gäller att ju kortare dessa är desto högre blir reso- nansfiekvensen och vice versa. I uttöríngsfonnen enligt fig 3 blir resonans- fiekvensema i storleksordningen 900 MHz och 1800 MHz medan den i ut- föringsformen enligt fig 4 blir ungefárligen 800 MHz och 1900 MHz (figu- rema i skala 1:1). Det högre värdet på den högre resonansfrekvensen beror på att spiralens höjd i fig 4 är något mindre än vad som gäller i fig 3. Vidare kommer naturligtvis resonansfrekvenserna att påverkas av plastmaterialet i bäraren 4 men naturligtvis också av materialet i stomdelen 3 och skyddshuven 1 1. Inverkan fiån dessa plastmaterial innebär att resonansfiekvensema sjunker något.

Genom att det strålande elementet i utföringsformen enligt fig 4 har större yta än vad som gäller i utföringsforrnen enligt fig 3 kan man förvänta sig större verkningsgrad för utföringsforrnen enligt ñg 4.

I fig 5 visas en modifierad utföringsfonn av det strålande elementet enligt fig 3. Det som skiljer de båda utföringsformema åt är att det enligt fig 5 till- kommit en kortslutning 19; dvs ett ledarparti, som förbinder två i det strålande elementet ingående, närbelägna ledarpartier med varandra.

Kortslutningens 19 läge i det strålande elementet 15 påverkar inte nämnvärt den högre resonansfiekvensen men kan användas for att ñntrimma resonans- frekvensen i det lägre ficekvensbandet. Ju längre ut i spiralen kortslutningen är placerad, dvs i elektriskt hänseende ju nännre mamingsdelen 13 den är be- lägen desto högre blir resonansfrekvensen i det lägre frekvensbandet järnfórt med om kortslutningen 19 icke existerade. Omvänt blir resonansfiekvensen lägre i det undre fi-ekvensbandet ju längre in mot det strålande elementets 15 centrum som kortslutningen 19 placeras. I extremfallet med kortslutningen 19 maximalt törskjuten inåt blir skillnaden i resonansfrekvens nära noll jämfört med ett identiskt strålande element utan kortslutning. Om således ett strålande element enligt fig 3 dimensioneras till de nominella fiekvensbanden så kommer sannolikt elementet i resonans vid för låga frekvenser sedan mon- tering på stomdelen 3 skett och skyddshuven ll anbringats. Det är då möjligt att placera en kortslutning 19 på ett sådant läge utefter spiralen att den nämnda sänkningen av resonansfiekvensen kompenseras.

Ett annat argument for att använda en kortslutning 19 ligger att antennens yttennått bestämmer dess apertur. Detta innebär att med stort ytterrnått, dvs stor total "trådlängd" i den kantiga spiralen, tenderar dess lägre resonans- 10 15 20 25 30 35 40 u. ,, frekvens att bli för låg. Genom användning av kortslutningen 19 kan den lägre resonansfrekvensen flyttas upp till korrekt värde med bibehållna yttermått och därmed med bibehållen apertur.

I en utföringsform med en kortslutning 19 i spiralen, kan det innanför kort- slutningen belägna partiet av spiralen betraktas som en topplast åt det utanför kortslutningen belägna partiet av spiralen. i Utföringsformen enligt fig 5 skiljer sig också från utföringsformen enligt fig 3 genom förekomsten av ett blint slutande ledarparti 20. Detta ledarparti 20 är placerat i den fiån matningsdelen 13 vända änden av det yttersta vertikala ledarpartiet 17 i det strålande elementet 15 och är ungefär vinkelrätt mot det forsta vertikala ledarpartiet 17 och kan därmed ses som en förlängning av det första horisontella ledarpartiet 18. Effekten av det blint slutande och ut- skjutande ledarpartiet 20 är den att en optimering sker av resonansen i det högre frekvensbandet, så att denna resonans förstärks samtidigt som band- bredden ökas, to m så långt att såväl DCS- som PCS-banden kan täckas in.

Förekomsten av det blint slutande ledarpartiet 20 påverkar inte i nämnvärd omfattning resonansen i det lägre frekvensbandet.

Möjligen kan man betrakta det yttersta, vertikala ledarpartiet 17 mellan mat- ningsdelen 13 och det blint slutande ledarpartiet 20 som ett separat strålande element i det högre fiekvensbandet. I detta fall utgör det blint slutande ledar- partiet 20, eventuellt tillsammans med sj älva spiralen en topplast till det strå- lande elementet i det höga frekvensbandet.

Möjligen kan man alternativt betrakta det första vertikala ledarpartiet 17 och det utskjutande ledarpartiet 20 såsom en kantig, plan spiral med mindre än ett varv, i fig 5 ca ett halvt varv.

Utföríngsformen enligt fig 6 skiljer sig från utföringsformen enligt fig 4 främst genom att spiralen är något mera högsmal än vad som gäller i fig 4.

Vidare finns i motsvarighet till vad som gäller enligt fig 5 en kortslutning 19.

Ett i det strålande elementet 15 ingående yttre ledarparti 16 är anslutet såväl till matningsdelen 13 som till ett blint slutande ledarparti 21. I denna ut- föringsfonn har det blint slutande ledarpartiet 21 givits formen av en " fyr- kantig, plan spiral" med något mindre än ett varv. Teoretiskt kan detta mot- svara en "spira1antenn" som är avstämd till det högre frekvensbandet. Even- tuellt kan man också tänka sig att det blint slutande ledarpartiet 21 är analogt med det ovan beskrivna, blint slutande ledarpartiet 20. 10 15 20 25 30 35 40 Utföringsformen enligt fig 7 skiljer sig fiån utföringsformen enligt fig 4 genom förekomsten av såväl en kortslutning 19 som ett blint slutande ledar- parti 20. Kortslutningen förenar dock i denna figur tre ledarpartier med varandra.

I utföringsformen enligt fig 8 är det blint slutande ledpartiet 21 anslutet till den kantiga spiralen ett halvt varv in på denna, dvs efter det andra raka ledar- partiet 16, som i detta fall är det första horisontella ledarpartiet. Det blint slutande ledarpaitiet 21 är L-format och ansluter sig till periferin av spiralen, så att det sträcker sig längs det första horisontella ledarpartiet 16, nmt hömet 18 mellan detta och det första vertikala ledarpartiet 17 och åtminstone delvis längs detta. Även i denna utföringsforrn finns en kortslutning 19, vilken är placerad maximalt långt in mot spiralens centrum.

ALTERNATIVA UTFÖRINGSFORMER Ovan har förutsatts att kortslutningen 19 är placerad på samma sida av bära- ren 4 som samtliga övriga ledarpartier och att den består av samma metall- skikt som ledarpartiema. Emellertid är det möjligt att istället för en galvanisk kortslutning använda en kapacitiv kortslutning som i så fall är placerad på bärarens 4 motsatta sida.

En kapacitiv kortslutning 19 kan också befinna sig på samma sida av bäraren 4 som de raka ledarpartierna 16, l6', 16" och 17, l7', 17" etc och vara åstadkommen genom att närbelägna ledarpartier i området för den kapacitiva kortslutningen 19 har litet inbördes avstånd.

I altemativen i kortslutningen 19 kan de partier av det strålande elementet 15, som befirmer sig innanför kortslutningen ges från spiralfonnen avvikande ut- formning. Det irmanför kortslutningen 19 belägna partier av det strålande elementet fungerar i detta sammanhang som en topplast åt det strålande elementet i det undre fiekvensbandet.

Den innanför kortslutningen 19 belägna delen av den kantiga spiralen kan eventuellt undvaras.

Ovan har beskrivits hur bäraren 4 är rullad eller svept utvändigt omkring en stomdel 3. Som ett altemativ kan bäraren 4 i mer eller mindre hoprullat till- i 9 stånd vara anordnad invändigt i ett hålrum eller urtag i stomdelen. Hålrummet kan vara cylindriskt, koniskt etc och kan ha cirkulårt, ovalt, elliptiskt eller på annat sätt utformat tvärsnitt.

I ytterligare en utfóringsfonn av uppfinningen är bäraren 4 plan såsom den visas på ritningarna. I detta altemativ kan den vara fast på en plan stomdel eller t o m vara fäst på insidan av den kåpa, som mobiltelefonen är försedd med.

Claims (13)

10 15 20 25 30 35 40 a 1 0 PATENTKRAV

1. Antennanordning fór flera fiekvensband innefattande ett i grova drag så- som en plan spiral utformat, i åtminstone två skilda frekvensband strålande element (15), vilket är anordnat på en bärare (4) av isolerande material, varvid det strålande elementet (15) innefattar ett antal i huvudsak raka ledarpartier (16, l6', 16" 17, 17', 17" __.) vilka är galvaniskt förenade med varandra via markerat krökta eller vinkelfonnade ledarpartier (18, 18', 18") varigenom de tillsammans bildar en kantig spiral, k ä n n e t e c k n a d därav, att två närbelägna ledarpartier är förbundna (19) med varandra.

2. Antennanordning enligt kravet 1, k ä n n e t e c k n a d därav, att for- bindelsen (19) mellan de närbelägna ledarpartiema är galvanisk och belägen pâ samma sida av bäraren (4) som ledarpartiema.

3. Antennanordning enligt kravet 1, k ä n n e t e c k n a d därav, att fór- bindelsen (19) mellan ledarpartiema är i huvudsak kapacitiv och belägen på bärarens (4) från ledarpartierna vända sida.

4. Antennanordning enligt kravet l, k ä n n e t e c k n a d därav, att for- bindelsen (19) mellan ledarpartierna är i huvudsak kapacitiv och åstad- kommen genom att avståndet mellan ledarpartierna är litet.

5. Antennanordning enligt något av kraven 1-4, k ä n n e t e c k n a d därav, att en matningsdel (13) är ansluten till ett yttre, perifert ledarparti i det snå- lande elementet (15).

6. Antennanordning enligt något av kraven 1-5, k ä n n e t e c k n a d därav, att ett fiitt slutande ledarparti (20, 21) och en matningsdel (13) är anslutna till ett yttre ledarparti i det strålande elementet (15).

7. Antennanordning enligt kravet 6, k ä n n e t e c k n a d därav, att det fritt slutande ledarpartiet (20, 21) och matningsdelen (13) är anslutna till det yttre ledarpartiet på avstånd från varandra.

8. Antenn enligt kravet 6, k ä n n e t e c k n a d därav, att det fritt slutande ledarpartiet (21) och matningsdelen (13) är anslutna till det yttre ledarpartiet i samma punkt.

9. Antennanordning enligt något av kraven 6-8, k ä n n e t e c k n a d därav, att det fritt slutande ledarpartiet (21) är ett andra strålande element, vilket är 10 15 20 ~ l1 väsentligen avstämt till det högsta av de båda frekvensband, till vilka det första strålande elementet (15) är avstämt.

10. Antennanordnjng enligt något av kraven 1-9, k å n n e te c k n a d därav, att de krökta eller vinklade partiema (18, l8', 18") har en krökningsvirikel i storleksordningen 70-110°. i i '

11. ll. Antennanordníng enligt något av kraven 1-10, k ä n n e t e c k n a d därav, att bäraren (4) med ledarpartierna (16, l6', 16" ..., 17, 17', 17" ...) är svept eller rullad omkring en stomdel (3) av isolerande, icke magnetískt mate- rial.

12. Antennanordning enligt något av kraven 1-10, k ä n n e t e c k n a d därav, att bäraren (4) med ledarpartierna (16, l6', 16" ..., 17, 17', l7" ...) äri helt eller delvis hoprullat tillstånd anordnad i en motsvarande formad hålighet i en bärare av isolerande och icke magnetiskt material.

13. Antennanordning enligt något av kraven l-l0, k ä n n e t e c k n a d därav, att bäraren (4) med ledarpartierna (16, 16', l6" ..., 17, 17', l7" ...) äri huvudsak plan.