SE516788C2 - Antenn i ett trådlöst kommunikationssystem samt transceiveromfattande en antenn - Google Patents

Description

20 25 30 516 788 2 Sådana plana antennkonstruktioner består vanligen av ett ledande jordplan med en apertur. En matningsledning i microstrip är anordnad tvärs över aperturen. Vidare är en strålande patch anordnad parallellt med jordplanet ovanför och på avstånd från aperturen. Vidare är en öppen skärmad, jordad låda anordnad på motsatt sida om jordplanet för att rikta antennstrålningen väsentligen mot patchen.

SE-C2-504 950 och SE-C2-504 951 beskriver några metoder att kyla en krets integrerad i en antennanordning, varvid luft bringas att strömma i en kavitet och kylflänsar dimensioneras för att förbättra antennfunktionen.

Vid konstruktion av en antenn för små basstationer är det önskvärt att integrera basstationen i antennenheten eller att placera antennen i basstationen i syfte att erhålla en kompakt enhet. Antennelementet kan därvid anslutas till RF- och digitalkretsarna utan omständliga anslutnings- och kabel- arrangemang. Vid integrering av antennen och basstationen måste man kompromissa ifråga om de båda enheternas elektro- mekaniska utformning. Basstationen avger värme och dess kretsar kräver i allmänhet EMI-skydd eller avskärmning från omgivningen. Enligt konventionell teknik för placering av kretsarnas elektriska komponenter anordnas ett kretskort (PCB) med tryckta kretsar i två (ett enda skikt är möjligt) eller flera skikt, till vilka komponenterna anslutes genom lödning.

Komponenterna placeras normalt på båda sidor om kretskortet, antingen genom ytmontering eller via-montering. Kretskortet är normalt inneslutet i en ledande (metallisk eller metalliserad) låda för att åstadkomma avskärmning. Lådan eller huset kan även förses med kylflänsar för att öka värmeöverföringen från de inneslutna kretsarna. 70249 - svensk text; Ol-ÛB-Zl 10 15 20 25 30 516 788 3 En antenn av ovan nämnt slag är särskilt lämpad för utformning i PCB-teknik. Naturligtvis kommer antennelementet att överföra RF-energi som kan påverka funktionen hos basstationens kretsar om de ej är avskärmade på lämpligt sätt. Emellertid kan en antenn anordnad direkt på ett kretskort ej stråla på grund av avskärmningen. Å andra sidan skulle placeringen av en antenn utanför kretsarnas avskärmning kräva minst ett ytterligare kretskort, vilket medför extra komponenter och monterings- kostnader. Uppfinningen hänför sig mot denna bakgrund till att åstadkomma en transceiverkrets och minst ett antennelement på samma kretskort under bibehållande av fullgod isolering mellan de båda.

Såsom kommer att framgå av denna beskrivning finns även ett antal andra antennkonstruktioner som kan fungera bra i kretskortsteknologi.

SAMMANFATTNING AV UPPFINNINGEN Sålunda är uppfinnings huvudsyfte att integrera transceiver- kretsar och en antenn pà ett kretskort. Ytterligare ett syfte är att åstadkomma isolation mellan kretsarna och antennen. Ännu ett syfte är att åstadkomma en effektiv strålande anordning i konstruktionen enligt uppfinningen.

Dessa och andra syften uppnås med anordningar enligt bifogade krav, samtidigt som ovanstående problem löses.

En särskild fördel med uppfinningen är att kretskortet kan användas för all signalöverföring i anordningen, varvid den således är lämpad för automatisk montering och kostnads- effektiv tillverkning i stor skala. Vidare möjliggör 70249 - svensk text; 01-03-21 10 15 20 25 30 516 788 uppfinningen en mycket kompakt konstruktion, som har låg vikt och är enkel att hantera vid installation.

Andra fördelaktiga utföringsformer av uppfinningen anges i de beroende kraven och i nedanstående detaljbeskrivning.

Det skall påpekas att arrangemanget med ett ledande jordplan vid öppningens botten tjänar till att rikta strålningen.

Emellertid är det fullt möjligt att utnyttja uppfinningen för strålning såväl framåt som bakåt, varvid det väsentliga är isolationen mellan antennelementet och kretsarna.

KORT BESKRIVNING AV RITNINGARNA Fig. l visar en utföringsform av uppfinningen, varvid ett metallhus är försett med en icke ledande kåpa och inrymmer ett kretskort med såväl transceiverkretsar (ej visade) som ett antennelement, varvid det senare är elektriskt isolerat och är anordnat vid en öppning i huset.

Fig. 2 visar ett tvärsnitt genom en utföringsform som liknar den i Fig. l med en skärmad låda som är fastlödd vid kretskortet.

Fig. 3 visar ett tvärsnitt genom ytterligare en utföringsform med en annorlunda utformad avskärmningskavitet.

Fig. 4 visar ett tvärsnitt genom ännu en utföringsform med en avskärmad kavitet utformad som tryckta kretsar på kortet.

Fig. 5A-5D visar alternativa antenntyper jämfört med dem i fig. 1-4. 70249 - svensk text: 01-03-21 10 15 20 25 30 n o » ø o ' I' ' | v I 0 °' no 516 788 5 BESKRIVNING AV FÖREDRAGNA UTFÖRINGSFORMER Med hänvisning till fig. l visas en antenn integrerad med en basstation med små dimensioner i ett mobiltelefonsystem som kan utgöra en del av ett GSM-nät. Den integrerade anordningen 1 har ett delvis ledande hus 2 med icke visade fästorgan baktill anordnade för montering av anordningen l på en vägg eller pà en stolpe. Syftet med att använda en basstation med små dimensioner är i allmänhet att öka signalstyrkan i ett område där signalerna är svaga fràn en närbelägen, större basstation, så att man erhåller större täckning. Minst lika viktigt kan vara ett önskemål att åstadkomma en basstation med små dimensioner för ökning av antalet samtal som systemet kan hantera inom ett visst område. Basstationen har i allmänhet ett matningsgränssnitt. Ett dylikt gränssnitt innefattar normalt kablar och anslutningar för strömförsörjning av de aktiva komponenterna i basstationen liksom signalöverföring av tal- och datasignaler. Gränssnittet kan innefatta strålande organ för signalöverföring och solpaneler för strömförsörjning.

Huset 2 inrymmer basstationens kretsar i enlighet med fig. 1.

Kretsarna (som emellertid ej visas i fig. l) är monterade på ett kretskort (PCB) 3, som har ett ledande mönster i ett skikt på ena eller båda sidorna och normalt även inuti för förbindning av de olika kretskomponenterna. Det ledande mönstret kan givetvis bilda dylika komponenter, i synnerhet för radiofrekvens. Samma kretskort kan även innefatta ett antennelement, som i denna föredragna utföringsform utgörs av en aperturmatad patchantenn. Integreringen av antennen och transceiverkretsarna på samma kretskort kombineras med en elektrisk separering av antennen och kretsarna, så att antennen ej stör kretsarnas funktion. Separeringen åstadkommes 70249 - svensk text; 01-03-21 10 15 20 25 30 516 788 6 genom en ledande kavitet 7, som är utformad som en urtagning i det ledande huset och genom kretskortet under bildande av en inneslutning av det strålande antennmönstret på kretskortet.

Kopplingen mellan de ledande kavitetsväggarna på kretskortets framsida och dess baksida måste vara sådan, att den till antennen matade energin ej lämnar kaviteten och åstadkommer felfunktion hos kretsarna. Lämpligen är förbindningen ledande.

Huset i fig. 1 innefattar vidare ett ledande, skärmande skal 2' och en icke ledande skyddskåpa 2", som genomsläpper strålningsenergi till och från antennelementet. Det ledande skalet är förbundet med signaljord och detta gäller i den föredragna utföringsformen samtliga väggar hos den ledande kaviteten på baksidan av kretskortet 3, antingen konduktivt eller kapacitivt.

Antennelementet består av ett jordat skikt 8 på kretskortets framsida, som är försett med en slits 9 och har en matarledning 10 i mikrostrip förlöpande över densamma pà kretskortets baksida. Kavitetens 5 sidor och botten riktar antennstràlningen mot en patch ll placerad i öppningen 8.

Patchen uppbärs av det ledande huset medelst icke ledande ben (ej visade). Matningsledningen 10 i mikrostrip är ansluten till transceiverns RF-kretsar och förlöper därför genom den ledande kavitetens 5 väggar till en avdelning som skärmas av huset 4. Kylflänsar 12 är utformade på huset 4 för att förbättra luftströmning eller värmeöverföring från transceiverkretsarna till den omgivande luften.

Likadana delar har samma hänvisningssiffror i fig. l-4. Med hänvisning till fig. 2 viss ett arrangemang, som liknar det i fig. 1, varvid emellertid flera detaljer visas, nämligen ett antennelement bestående av det jordade skiktet 8, slitsen 9, 70249 - svensk text; Ol-O3-2l 10 15 20 25 30 i 516 188 ::_«:1§1:::~.;¿f 7 matningsledningen 10, patchen ll och en avskärmad låda 13 tillverkad av metallplåt bockad till formen av en öppen låda och försedd med ett flertal stift 14, som gör elektrisk och mekanisk kontakt med kretskortets jordade skikt 8. Förenklade kretskomponenter antydes med siffran 15.

Med hänvisning till fig. 3 visas ett annat arrangemang som alternativ till den skärmande lådan i fig. 2. Härvid består den skärmande lådan av separata väggar 16 och en ledande platta 17, som eventuellt utgör en del av huset. Hela anordningen hålls samman medelst skruvar 18.

Med hänvisning till fig. 4 visas ytterligare ett arrangemang som skiljer sig från de skärmande lådorna i fig. 2 och 3. Den skärmande lådan består av väggar i form av ledande viahål 20, som förbinder ett ledande bakre sidoskikt 19 med det jordade skiktet 8. I denna utföringsform är kretskortet något tjockare än i fig. 2 och 3.

Fig. 5A visar ett alternativt utformat antennelement jämfört med föregående figurer. Den visade delen av kretskortet är väsentligen densamma som är synlig ovanför husöppningen 5 i fig. 1. Antennelementet har en resonansslits 21, som exciteras av en mikrostripledning 22 på kretskortets baksida.

Fig. 5B visar ännu en alternativ antenn, som har två slits- kopplade patchar 23, 24 i stället för den som visas i fig. 1.

Fig. 5C visar ännu en alternativ antenn, som utgör en tryckt dipol med L-formiga ledare på ömse sidor av kretskortet. 70249 - svensk text: 01-03-21 10 15 . . I | en 516 788 8 Fig. 5D visar ytterligare en alternativ antenn, som utgörs av en tryckt spiral 27 med en matarledning 28 på baksidan, vilken är ansluten via ett viahàl 29 till spiralens 27 mitt.

Uttrycket transceiver betyder i denna beskrivning en anordning, som kan motta och/eller sända signaler. I före- liggande uppfinning åstadkommes mottagning och/eller sändning med ett hjälp av ett antennelement.

Uppfinningstanken kan tillämpas på olika anordningar.

Utföringsformerna utgör föredragna anordningar. Emellertid är annorlunda funktion hos transceivern möjlig. Exempelvis kan anordningen utgöras av en repeter i ett telefonsystem eller en så kallad masttoppförstärkare med en integrerad antenn. 70249 - svensk text: 01-03-21

Claims (16)

1. 0 15 20 25 30 516 733 ÄÄ-Ãïf-'ffï .Qi 9 PATENTKRAV 1. kännetecknad Antenn i ett trådlöst telekommunikationssystem, av kombinationen av: ett hus (2) som omfattar transceiverkretsar (15), ett väsentligen plant kretskort (3) med tryckta kretsar, vilket kretskort uppbär nämnda kretsar (15) och har en framsida (3') och en baksida (3"), ett jordplan (8) och ett matningsgränssnitt (10), varvid nämnda hus har fästorgan för fastsättning av huset på önskat ställe, ett ledande parti (4) och minst en elektriskt avskärmad kavitet (5) med en öppen sida, varvid nämnda ledande parti (4) är åtminstone delvis elektriskt ledande och är placerad väsentligen lateralt pà framsidan av nämnda kretskort (3), så att minst en öppning är belägen väsentligen centralt i nämnda ledande parti (4), varvid nämnda skärmande kavitet (5) är placerad väsentligen centralt och sträcker sig till kretskortets (3) baksida, varvid nämnda ledande parti (4) är elektriskt kopplat till nämnda jordplan, varvid nämnda ledande parti (4) och nämnda skärmande kavitet är elektriskt sammankopplade och sträcker sig genom kretskortet (3), och ett antennelement (8, 9, 10, ll) utformat åtminstone delvis på kretskortet (3) vid nämnda öppna sida av nämnda skärmande kavitet (5), så att antennelementet har en strålningsväg genom öppningen hos nämnda ledande parti (4) på kretskortets (3) framsida. 70249 - svensk text; 0l~O3-2l lO 15 20 25 30 51 6 7 8 8 ' z-.fi -.'.= ' _52 10

2. Antenn enligt krav 1, kännetecknad av att nämnda ledande parti (4) och nämnda skärmande kavitet (5) är konduktivt sammankopplade genom kretskortet (3).

3. Antenn enligt krav 1, kännetecknad av att nämnda ledande parti (4) och nämnda skärmande kavitet (5) är kapacitivt kopplade via kretskortet (3).

4. Antenn enligt något av föregående krav, kännetecknad av att nämnda öppning väsentligen har formen av en kvadrat, en rektangel, en cirkel, ett X eller en rosett.

5. Antenn enligt något av föregående krav, kännetecknad av att nämnda skärmande kavitet (19) är utformad som en integrerad del av kretskortet med flertal viahål (20) som bildar kavitetens sidoväggar.

6. Antenn enligt något av föregående krav, kännetecknad av att nämnda antennelement utgörs av en aperturkopplad patchantenn (ll) med minst en patch placerad på avstånd från kretskortets framsida (3').

7. Antenn enligt något av föregående krav, kännetecknad av att två ortogonala slitsar användes för åstadkommande av dubbelpolarisation.

8. Antenn enligt något av föregående krav, kännetecknad av att antennelementet utgör en resonant slits (9) som exciteras av en mikrostripledning (10).

9. Antenn enligt något av föregående krav, kännetecknad av att antennelementet utgörs av en tryckt dipol (25, 26). 70249 - svensk text; 01-03-21 10 15 20 25 u o n . ua o 11

10. Antenn enligt något av föregående krav, kännatecknad av att antennelementet utgörs av ett tryckt spiralelement (27).

11. ll. Antenn enligt något av föregående krav, kännetecknad av att antennelementet utgörs av en slitsmatad dielektrisk IeSOnatOr.

12. Antenn enligt något av föregående krav, kännetecknad av en grupp med minst två antennelement.

13. Antenn enligt något av föregående krav, kännetecknad av att huset (2) utgörs av ett metallhus.

14. Antenn enligt något av föregående krav, kânnetecknad av att nämnda ledande parti (4) innefattar, åtminstone på kretskortets framsida (3'), en strömningsbefrämjande del (12) som tjänar till att kyla transceiverkretsarna.

15. Antenn enligt krav 14, kännetecknad av att nämnda strömningsbefrämjande del innefattar en kylfläns (12).

16. Transceiver omfattande en antenn enligt något av föregående krav. 70249 - svensk text; 01-03-21