SE519391C2 - Bärbar radiokommunikationsapparat och anordning för en sådan apparat - Google Patents

Description

519 391 Det som har nämnts ovan är sant också avseende bärbara radio- kommunikationssystem som används i andra apparater än mobil- telefoner, såsom trådlösa telefoner, telemetrisystem, trådlösa dataterminaler, etc. Således är antennanordningen enligt före- liggande uppfinning även om den beskrivs i samband med mobil- telefoner tillämplig på en bred skala av olika bärbara radio- kommunikationsapparater.

För alla typer av radiokommunikationsapparater är delen mellan antennelementet och de aktiva komponenterna hos RF front-end kritisk för den totala prestandan hos radiokommunikationsappa- raten. Detta beror på att alla förluster som uppstår här är kritiska betraktade ur ett systemsynsätt. På mottagarsidan försämrar förluster som uppstår före lågbrusförstärkaren (LNA) känsligheten hos mottagaren. På sändarsidan åstadkommer för- luster som uppstår efter effektförstärkaren (PA) försämring på den utsända effekten, tvingande denna PA att sända vid en högre utnivå.

Dessa faktorer är ännu mer kritiska för mobiltelefoner då de erfar olika signalförhållanden och är batteriförsörjda. Reduce- rad mottagarkänslighet åstadkommer anordningen att prestera sämre i områden med låga signalnivåer. En högre utnivå från PA ökar energiförbrukningen från batteriet därigenom reducerande den tillgängliga driftstiden.

Resistiva förluster kan väsentligen reduceras genom att korta anslutningsledningarna mellan antennelementet och de erfordrade aktiva komponenterna. Detta kan erhållas genom att montera komponenterna nära antennelementet och företrädesvis på en gemensam stödstruktur från komponenterna för att bilda en separat antennmodul.

SAMMRNFATTNING AV UPPFINNINGEN Ett syfte med föreliggande uppfinning är att tillhandahålla en bärbar radiokommunikationsapparat och en antennanordning för en bärbar radiokommunikationsapparat som reducerar influensen av 519 391 en användares huvud nära den bärbara radiokommunikations- apparaten.

Ett annat syfte med föreliggande uppfinning är att tillhanda- hålla en bärbar radiokommunikationsapparat och en antennanord- ning för en bärbar radiokommunikationsapparat som utnyttjar tillgängligt utrymme effektivt.

Dessa syften, bland andra, uppnås enligt föreliggande upp- finning av apparater resp. anordningar såsom definierade i de medföljande kraven.

Genom att tillhandahålla en effektförstärkare (PA) och en effektförsörjningskontakt på ett antenn-PCB uppnås en avkortad strömbana från effektförsörjningskontakten till PA och därefter till det strålande elementet. Strömmen till PA och därefter till det strålande elementet är en av de högsta DC-strömmarna i en bärbar radiokommunikationsapparat_ Eftersom strömvägen för en av de högsta strömmarna i den bärbara radiokommunikations- apparaten avkortas hålls de resistiva förlusterna till ett minimum.

Genom att ta bort behovet av en effektförstärkare och en kraft- försörjningskontakt från ett huvud-PCB hos en bärbar radio- kommunikationsapparat till ett antenn-PCB uppnås ett ökat avstånd till huvudet hos en användare nära den bärbara radio- kommunikationsapparaten. Eftersom en av de högsta DC-strömmarna flyttas bort från huvudet av en användare nära den bärbara radiokommunikationsapparaten erhålls reducerad influens mellan användarens huvud och den DC-strömmen.

Genom att tillhandahålla ett antenn-PCB väsentligen vinkelrätt mot ett huvud-PCB i en bärbar radiokommunikationsapparat uppnås effektivt utnyttjande av det tillgängliga utrymmet.

Ytterligare egenskaper och fördelar med föreliggande uppfinning kommer att vara uppenbara från den följande beskrivningen av utföringsformer. 519 391 KORT BESKRIVNING AV RITNINGARNA Föreliggande uppfinning kommer att förstås bättre från den detaljerade beskrivningen av utföringsformer given nedan och de medföljande figurerna, vilka endast ges för illustration och således inte är begränsande för uppfinningen, varvid: Fig. l visar en perspektivvy av en avskalad bärbar radiokommu- nikationsapparat enligt en första utföringsform av föreliggande uppfinning, Fig. 2 visar en sidovy av en avskalad bärbar radiokommunika- tionsapparat enligt en andra utföringsform av föreliggande uppfinning, Fig. 3 visar en sidovy av en avskalad bärbar radiokommunika- tionsapparat enligt en tredje utföringsform av föreliggande uppfinning, Fig. 4 visar en sidovy av en avskalad bärbar radiokommunika- tionsapparat enligt en fjärde utföringsform av föreliggande uppfinning, och Fig. 5 visar en sidovy av en avskalad mobiltelefon enligt en generell aspekt av föreliggande uppfinning och en sidovy av en avskalad mobiltelefon enligt tidigare känd teknik.

DETALJERAD BESKRIVNING AV UTFÖRINGSFORMER I den följande beskrivningen, för förklarande och inte begrän- sande syften, anges specifika detaljer, såsom särskilda tekni- ker och tillämpningar, för att tillhandahålla en grundlig för- ståelse av föreliggande uppfinning. Det är emellertid uppenbart för en fackman inom området att föreliggande uppfinning kan praktiseras inom andra utföringsformer som skiljer sig från dessa specifika detaljer. I andra fall utesluts detaljerade beskrivningar av välkända metoder och anordningar för att inte fördunkla beskrivningen av föreliggande uppfinning med onödiga detaljer. 519 391 En första utföringsform av föreliggande uppfinning kommer nu att beskrivas med hänvisning till fig. 1.

En bärbar radiokommunikationsapparat, såsom en mobiltelefon, innefattar ett plant dielektriskt substrat försett med elek- triska huvudkretsar, såsom ett huvudkretskort (PCB) 1 försett med komponenter för drift av telefonen, ett antennelement 2 inkluderande strålande element, ett plant dielektriskt substrat försett med elektriska antennkretsar, såsom ett antenn-PCB 3 försett med komponenter för drift av antennelementet, och en effektförsörjning 4, såsom ett batteri.

Antenn-PCB 3 fästs väsentligen vinkelrätt mot huvud-PCB l med hjälp av en kontakt, vilken orientering åstadkommer effektivt utnyttjande av utrymmet i mobiltelefonen. Antenn-PCB 3 kan alternativt anordnas parallellt med huvud-PCB l eller vinklat i olika vinklar därtill. Antenn-PCB 3 är försett med en effekt- försörjningskontakt 5 anslutande batteriet 4 till antenn-PCB 3, vilket batteri 4 förser DC-effekt till de elektriska kretsarna hos mobiltelefonen. Antennkontakten ansluter batteriet 4 direkt till antenn-PCB 3, dvs antenn-PCB 3 är anordnat nära batteriet 4. Ett alternativ till en kontakt mellan antenn-PCB 3 och huvud-PCB l är att integrera den översta flexfilmen hos dessa två PCB.

Två effektförstärkare (PA) är anordnade på antenn-PCB 3. En PA är en av de högst effektförbrukande komponenterna i mobil- telefonen. Genom att tillhandahålla dessa PA och effektförsörj- ningskontakten 5 på antenn-PCB 3 reduceras strömvägen för DC- effekten från batteriet 4 till dessa PA och därefter till antennelementet 2 till ett minimum.

En ytterligare fördel med en PA på ett antenn-PCB är att den ökade mängden luft kring denna PA ger möjligheten till bättre kylning av denna PA. 519 391 Antennelementet 2 har två strålande element och är fäst till antenn-PCB 3. Eftersom antennelementet 2 är nära dessa PA på antenn-PCB 3 erhålls en låg effektförlust mellan dessa PA och det strålande elementet. Antennelementet 2 illustreras med två strålande element men kan ha fler eller färre strålande ele- ment. Antalet PA överensstämmer med antalet strålande element.

Batteriet 4 är enkelt avtagbart för laddning eller för ersätt- ning. Alternativt behöver batteriet inte tas bort för laddning utan kan laddas samtidigt som det är fäst i mobiltelefonen. Ett laddningsbart batteri inkluderar vanligtvis kretsar för att styra en laddningsprocess, t.ex. så att batteriet inte över- laddas. Sådana kretsar kan i stället tillhandahållas på detta antenn-PCB tillåtande batteriet att endast innefatta DC-kontak- ter och battericeller.

Eftersom dagens laddningsbara batterier nästan är lika lång- livade som resten av mobiltelefonen är det inte nödvändigt att tillhandahålla ett ersättningsbart batteri, utan ett permanent infäst batteri kan vara tillräckligt, vilket förenklar konstruktionen av mobiltelefonen.

Dessa PA är endast en typ av komponent som behöver DC-effekt i mobiltelefonen och för att tillhandahålla DC-effekt till huvud- PCB l vidarebefordrar en kortkontakt på antenn-PCB 3 DC-effekt från antenn-PCB 3 till huvud-PCB l.

Antenn-PCB 3 kan förses med ytterligare elektriska kretsar för antenndrift. Två lågbrusförstärkare (LNA) för förstärkning av mottagna RF-signaler tillhandahålls med fördel nära antenn- elementet, dvs på antenn-PCB 3. Ytterligare kretsar kan t.ex. inkludera filter, upp/ner-frekvensomvandlare och omkopplare.

Genom att tillhandahålla alla RF-kretsar för antenndriften på antenn-PCB 3 utformas en föredragen antennmodul eftersom ett naturligt gränssnitt erhålls mellan antenn-PCB 3 och huvud-PCB 1. 519 391 En lågohmig anslutning har en högre förlust än en 5OQ-anslut- ning. Genom att tillhandahålla en PA och/eller en LNA på ett antenn-PCB nära antennelementet är det görbart och fördelaktigt att använda icke-BÖQ-anslutningar mellan denna PA och antenn- elementet och/eller mellan denna LNA och antennelementet, eftersom de högre resistansförlusterna är mycket små.

En andra utföringsform av föreliggande uppfinning kommer här- näst att beskrivas med hänvisning till fig. 2.

En mobiltelefon innefattar ett plant dielektriskt substrat försett med elektriska huvudkretsar, såsom ett huvud-PCB 1, försett med komponenter för drift av mobiltelefonen, ett antennelement 2, ett plant dielektriskt substrat försett med elektriska antennkretsar, såsom ett antenn-PCB 3 försett med komponenter för antenndrift, varvid antenn-PCB 3 är anslutet till antennelementet 2, en stödstruktur 6 stödjande antenn- elementet 3, och ett batteri 4.

Antennelementet 2 kan vara en flexfilm, varvid ledande delar utgör strålande element, integrerade med flexfilmen hos antenn- PCB 3, men stöds inte av antenn-PCB 3. tödstrukturen 6 för antennelementet 2 kan innefatta ett ramverk stödjande kanterna på antennelementet 2, eller endast kanten på antennelementet 2 längst bort från antenn-PCB 3. Flexfilmen kan stödjas av ett plant kretskort, men med fördel formas antennelementet 2 att passa konstruktionen av mobiltelefonen stödd av ramverket 6.

Antenn-PCB 3 är försett med en effektförsörjningskontakt 5 ansluten till batteriet 4 för DC-effektförsörjning och en kort- kontakt för fästning av antenn-PCB 3 väsentligen vinkelrätt mot huvud-PCB l. Antenn-PCB 3 är ytterligare försett med en PA för förstärkning av RF-signaler som skall sändas av antennelementet 2.

Antenn-PCB 3 kan ytterligare förses med kretsar för antenn- drift, såsom t.ex. en LNA, så att en antennanordning kan åstad- kommas som en föredragen antennmodul såsom beskrivet i den 519 391 . J.- första utföringsformen. Antenn-PCB 3 kan också förses med kretsar för batteridrift, så att ett batteri för användning med mobiltelefonen endast behöver DC-kontakter och battericeller.

Huvud-PCB l och antenn-PCB 3 behöver inte vara separata PCB utan kan innefattas av ett integrerat PCB, dvs anslutna sub- strat med en enda flexfilm.

En tredje utföringsform av föreliggande uppfinning kommer härnäst att beskrivas med hänvisning till fig. 3.

Denna utföringsform är identisk med den andra utföringsformen förutom att det översta lagret av huvud-PCB l, antennelementet och det översta lagret av antenn-PCB 3 är en enda flexfilm lO.

Med flexfilmen lO behövs inga kontakter mellan antennelementet och antenn-PCB 3 och/eller mellan antenn-PCB 3 och huvud-PCB l.

Den enda flexfilmen 10 stöds av antenn-PCB 3, huvud-PCB l och av en stödstruktur för antennelementet. Den styva delen av antenn-PCB 3 stödjer det översta lagret av detta antenn-PCB, som är en del av den enda flexfilmen lO. Den styva delen av huvud-PCB l stödjer översta lagret av detta huvud-PCB, som är en andra del av den enda flexfilmen lO. En stödstruktur (ej visad i fig. 3) stödjer antennelementet, som är en tredje del av den enda flexfilmen lO.

En fjärde utföringsform av föreliggande uppfinning kommer här- näst att beskrivas med hänvisning till fig. 4.

En mobiltelefon innefattar ett huvud-PCB l, två antennelement 2 och 2', ett antenn-PCB 3 anslutet till antennelementen 2 och 2' och ett batteri 4.

Antenn-PCB 3 är försett med en effektförsörjningskontakt 5 ansluten till batteriet 4 för att tillhandahålla DC-effekt och en kortkontakt för att fästa antenn-PCB 3 väsentligen vinkel- rätt mot huvud-PCB l. Antenn-PCB 3 är vidare försett med en PA för förstärkning av RF-signaler som skall sändas genom antenn- 519 391 . ...f elementen 2 och 2'. Denna PA har en balanserad utgång, vilket tillåter enkel matning av de två liknande antennelementen 2 och 2'.

Antenn-PCB 3 kan vidare förses med kretsar för antenndrift, såsom t.ex. en LNA, så att en antennanordning kan åstadkommas som en praktisk antennmodul. Antenn-PCB 3 kan också förses med kretsar för batteridrift, så att ett batteri för användning med mobiltelefonen endast behöver DC-kontakter 5 och battericeller.

En generell aspekt av föreliggande uppfinning kommer nu att beskrivas med hänvisning till fig. 5.

En mobiltelefon enligt föreliggande uppfinning och en använda- res huvud 7 nära mobiltelefonen visas till vänster i fig. 5.

Den största DC-strömmen i mobiltelefonen, dvs strömmen matad till denna PA och därefter till den sändande delen av antenn- elementet 2, finns inte närmare användaren än indikerat av den streckade linjen 8.

En mobiltelefon enligt tidigare känd teknik och en användares huvud 7 nära mobiltelefonen visas till höger i fig. 5. Den största DC-strömmen i mobiltelefonen, dvs strömmen matad till PA och därefter till den sändande delen av antennelementet 2, är närmare användaren än indikerat av den streckade linjen 9.

Skillnaden i avståndet mellan en användares huvud 7 och de streckade linjerna 8 resp. 9 är flera millimeter. Sådana av- ståndsskillnader är mycket signifikanta vid hantering av ström- beroende i närfältet eftersom även en millimeter är signifi- kant. Avståndet till en användares huvud 7 påverkar inte fjärr- fältet och således är det ökade avståndet till användaren mycket fördelaktigt.

Aven om den ovan beskrivna antennanordningen endast inkluderar interna strålande element kan de innefatta varje typ av strålande element, såsom t.ex. ett utdragbart spröt, en meander, ett inverterat F, en helix, etc. 519 391 lO Det är uppenbart att föreliggande uppfinning kan varieras pà ett flertal sätt. Sådana variationer skall inte anses som ett avsteg fràn omfånget av föreliggande uppfinning. Alla sådana variationer som skulle vara uppenbara för en fackman inom området avses vara inkluderade inom omfånget av föreliggande uppfinning.

Claims (21)

519 591 ll PATENTKRAV

1. Bärbar radiokommunikationsapparat innefattande: - ett första plant dielektriskt substrat försett med elektriska kretsar (l), - en antennanordning inkluderande ett antennelement (2, 2') och ett andra plant dielektriskt substrat annat än nämnda första plana dielektriska substrat och försett med elektriska kretsar (3), varvid de elektriska kretsarna pä nämnda andra plana dielektriska substratet är anslutna till de elektriska kretsarna pà nämnda första plana dielektriska substrat och till nämnda antennelement, - åtminstone en effektförstärkare för förstärkning av RF-signaler som skall sändas via nämnda antennelement och - en effektförsörjningskontakt ansluten till en effekt- försörjning (4) för försörjning av nämnda effektförstärkare med DC-effekt, k ä n n e t e c k n a d a v att nämnda åtminstone en effektförstärkare och nämnda effektförsörjningskontakt är an- ordnade pä nämnda andra plana dielektriska substrat och anslut- na till de elektriska kretsarna pä nämnda andra plana dielek- triska substrat och att nämnda första plana dielektriska substrat är separat från nämnda andra plana dielektriska substrat.

2. Bärbar radiokommunikationsapparat enligt krav l, varvid nämnda första och andra plana dielektriska substrat är försedda som nämnda första och andra kretskort.

3. Bärbar radiokommunikationsapparat enligt krav l, varvid de elektriska kretsarna pà nämnda första och andra plana dielektriska substrat är försedda pà en enda flexfilm.

4. Bärbar radiokommunikationsapparat enligt krav 3, varvid nämnda antennelement är försett pà nämnda enda flexfilm. 519 391 .,., l2

5. Bärbar radiokommunikationsapparat enligt nägot av kraven 1-4, varvid nämnda andra plana dielektriska substrat är anordnat intill nämnda effektförsörjning.

6. Bärbar radiokommunikationsapparat enligt nägot av kraven 1, 2 eller 5, varvid effektförsörjning till de elek- triska kretsarna pá nämnda första plana dielektriska substrat förses via de elektriska kretsarna pä nämnda andra plana dielektriska substrat.

7. Bärbar radiokommunikationsapparat enligt nägot av kraven 1-6, varvid nämnda andra plana dielektriska substrat är orienterat väsentligen vinkelrätt mot nämnda första plana dielektriska substrat.

8. Bärbar radiokommunikationsapparat enligt nägot av kraven 1-7, varvid nämnda effektförsörjning är permanent ansluten till nämnda effektförsörjningskontakt.

9. Bärbar radiokommunikationsapparat enligt nägot av kraven 1-8, varvid kretsar för batteridrift är anordnade pà nämnda andra plana dielektriska substrat.

10. Bärbar radiokommunikationsapparat enligt nägot av kraven 1-9, varvid RF-kretsar för antenndrift är anordnade pà nämnda andra plana dielektriska substrat.

11. Antennanordning för en bärbar radiokommunikationsappa- rat inkluderande ett första kretskort (1), innefattande: - ett antennelement (2, 2'), och - ett andra kretskort (3) annat än nämnda första kretskort och anslutet till nämnda antennelement och inkluderande en kontakt anslutningsbar till nämnda första kretskort, k ä n n e t e c k n a d a v att ätminstone en effektförstärkare för förstärkning av RF- signaler som skall sändas via nämnda antennelement och en effektförsörjningskontakt för försörjning av nämnda effekt- 519 391 13 förstärkare med DC-effekt är anordnade pà nämnda andra krets- kort.

12. Antennanordning enligt krav 11, varvid nämnda kontakt är anordnad att ansluta nämnda andra kretskort väsentligen vinkelrätt mot nämnda första kretskort.

13. Antennanordning enligt krav 11 eller 12, varvid kretsar för batteridrift är anordnade pà nämnda andra kretskort.

14. Antennanordning enligt nàgot av kraven 11-13, varvid RF-kretsar för antenndrift är anordnade pä nämnda andra krets- kort.

15. Antenn och batterianordning för en bärbar radiokommuni- kationsapparat inkluderande ett första kretskort (1), inne- fattande: - ett antennelement (2, 2'), och - ett andra kretskort (3) anslutet till nämnda antenn- element och inkluderande en kontakt anslutningsbar till nämnda första kretskort, k ä n n e t e c k n a d a v att - àtminstone en effektförstärkare för förstärkning av RF-signaler som skall sändas via nämnda antennelement och en effektförsörjningskontakt för försörjning av àtminstone en effektförstärkare med DC-effekt är anordnade pä nämnda andra kretskort, och - en effektförsörjning (4) är permanent ansluten till nämnda effektförsörjningskontakt.

16. Bärbar radiokommunikationsapparat innefattande: - ett första plant dielektriskt substrat försett med elektriska kretsar (1), - en antennanordning, inkluderande ett antennelement (2, 2') och ett andra plant dielektriskt substrat annat än nämnda första substrat och försett med elektriska kretsar (3), varvid de elektriska kretsarna pà nämnda andra plana dielektriska substratet är anslutna till de elektriska 519 391 14 kretsarna pä nämnda första plana dielektriska substrat och till nämnda antennelement, och - åtminstone en effektförstärkare för förstärkning av RF-signaler som skall sändas via nämnda antennelement, k ä n n e t e c k n a d a v att nämnda åtminstone en effektförstärkare är anordnad pà nämnda andra plana dielektris- ka substrat och ansluten till de elektriska kretsarna pà nämnda andra plana dielektriska substrat och nämnda andra plana dielektriska substrat är anordnat väsentligen vinkelrätt mot nämnda första plana dielektriska substrat.

17. Bärbar radiokommunikationsapparat enligt krav 16, varvid nämnda första och andra plana dielektriska substrat är försedda som första och andra kretskort.

18. Bärbar radiokommunikationsapparat enligt krav 16, varvid de elektriska kretsarna pà nämnda första och andra plana dielektriska substrat är försedda på en enda flexfilm.

19. Bärbar radiokommunikationsapparat enligt krav 18, varvid nämnda antennelement är försett pà nämnda enda flexfilm.

20. Bärbar radiokommunikationsapparat enligt nägot av kraven 16-19, varvid nämnda andra plana dielektriska substrat är anordnat närmare en effektförsörjning för den bärbara radio- kommunikationsapparaten än en huvuddel av nämnda antennelement.

21. Bärbar radiokommunikationsapparat enligt nägot av kraven 16-20, varvid nämnda andra plana dielektriska substrat innefattar en effektförsörjningskontakt ansluten till en effektförsörjning för försörjning av nämnda åtminstone en effektförstärkare med DC-effekt.