SE521389C2

SE521389C2 - Antenna arrangement for single, dual and multiple band communications applications, has first and second antenna elements, with third element comprising socket connected to second element

Info

Publication number: SE521389C2
Application number: SE9902856A
Authority: SE
Inventors: Tony Bjoerkman; Jari Paananen
Original assignee: Allector Innovations Ab
Priority date: 1999-08-06
Filing date: 1999-08-06
Publication date: 2003-10-28
Also published as: SE9902856L; SE9902856D0

Abstract

The antenna has first and second antenna elements, with a third antenna element comprising a socket connected to the second element. There is also a connection arrangement. The first antenna element is arranged to assume at least a first and a second operative position. At one position, the element capacitively connects to the third antennal element, constituting an antenna for a certain frequency band, in which the second antenna element acts as a blocking element. The first element may be a helical, meander or whip antenna.

Description

20 25 30 5213. “vä _. _, NO 2 US 5,717 ,409 tillkännager ett dubbelfrekvensbandantennsystem där de två frekvensbanden, som inte är inbördes harmoniska, inkluderar de första och andra antenndelarna. Den första antenndelen innefattar en rak stäng med en längd hos stången, som åtminstone är en kvartsvåglängd vid mellanfrekvensen hos de två frekvensbanden. 20 25 30 5213. “vä _. US 5,717, 409 discloses a dual frequency band antenna system in which the two frequency bands, which are not mutually harmonic, include the first and second antenna portions. The first antenna part comprises a straight rod with a length of the rod which is at least one quarter wavelength at the intermediate frequency of the two frequency bands.

Den andra antenndelen inkluderar en rak del avslutad med ett spolformat kabelstycke, med den totala elektriska längden hos den andra antenndelen, som är väsentligen samma som längden hos den raka stången. En ledande antennbas ansluts åtminstone till en av de första och andra antenndelama. En anpassningskrets kopplad till basen anordnas att väsentligen utesluta den reaktiva andelen av impedansen hos den anslutna antenndelen för båda frekvensbanden, och att väsentligen utjämna den resistiva andelen av impedansen hos den anslutna antenndelen till den resistiva delen av utgångsresistansen hos radiosändarrnottagaren, till vilken antennsystemet kopplas.The second antenna part includes a straight part terminated with a coil-shaped cable piece, with the total electrical length of the second antenna part, which is substantially the same as the length of the straight rod. A conductive antenna base is connected to at least one of the first and second antenna parts. A matching circuit coupled to the base is provided to substantially exclude the reactive portion of the impedance of the connected antenna portion for both frequency bands, and to substantially equalize the resistive portion of the impedance of the connected antenna portion to the resistive portion of the output resistance of the radio transceiver to which the antenna system is read.

Längderna hos den raka stången och hos den andra antenndelen är sådana, att tillsammans med anpassningskretsen är den resistiva andelen av impedansen hos den anslutna antenndelen väsentligen lika för båda frekvensbanden. Den andra antenndelen kan vara permanent och direkt kopplad till sändannottagarkretsen igenom basen och anpassningskretsen. Alternativt kan kopplingen av basen till anpassningskretsen vara antingen kapacitiv eller induktiv.The lengths of the straight rod and of the second antenna part are such that together with the matching circuit the resistive part of the impedance of the connected antenna part is substantially equal for both frequency bands. The second antenna part can be permanently and directly connected to the transceiver circuit through the base and the adaptation circuit. Alternatively, the connection of the base to the matching circuit may be either capacitive or inductive.

WO 9410720 tillkännager en antennanordning avsedd för en bärbar utrustning för sändning och/eller mottagning av radiosignaler. Antennanordningen innefattar en spolantenn, som väsentligen har egenskaperna hos en halvvågsantenn, en halvvågsantenn och en impedanstransforrnator. Spolantennen, nämnda halvvågsantenn, och nämnda impedanstransformator förbinds, så att antingen endast nämnda spolantenn kopplas till nämnda impedanstransformator eller nämnda spolantenn, och nämnda halvvågsantenn kopplas parallellt till nämnda impedanstransfonnator, i syfte att bilda två olika antennfunktioner.WO 9410720 discloses an antenna device intended for a portable equipment for transmitting and / or receiving radio signals. The antenna device comprises a coil antenna, which has substantially the characteristics of a half-wave antenna, a half-wave antenna and an impedance transformer. The coil antenna, said half-wave antenna, and said impedance transformer are connected, so that either only said coil antenna is connected to said impedance transformer or said coil antenna, and said half-wave antenna is connected in parallel to said impedance transformer, in order to form two different antenna functions.

I en radiofrekvensantenn enligt EP 843 378 ﬁnns det en kopplingsanordning för mekanisk och elektrisk anslutning av antennen till radioapparaten och en tjock monopolradiator, vilka väsentligen förekommer i ett integrerat stycke. Dessutom 10 15 20 25 30 innefattar antennen ett andra antennelement, vilket är rörligt i förhållande till stycket bildat av kopplingsanordningen och den tjocka monopolradiatorn. Det andra antennelementet bör företrädesvis vara en sprötkomponent, för vilket det finns en axial öppning i kopplingsanordningen och i den tjocka monopolradíatorn. Sprötkomponenten kan låsas i den övre positionen i olika punkter i öppningen.In a radio frequency antenna according to EP 843 378 there is a coupling device for mechanical and electrical connection of the antenna to the radio and a thick monopole radiator, which are substantially present in an integrated piece. In addition, the antenna comprises a second antenna element, which is movable relative to the piece formed by the coupling device and the thick monopole radiator. The second antenna element should preferably be a rod component, for which there is an axial opening in the coupling device and in the thick monopole radiator. The rod component can be locked in the upper position at different points in the opening.

KORTFATTAD BESKRIVNING AV UPPFINNINGEN Det huvudsakliga ändamålet med föreliggande uppfinning är att överkomma nackdelarna hos teknikens ståndpunkt medelst en enkel men ändock en effektiv antenn, vilken är enkel att framställa och montera.BRIEF DESCRIPTION OF THE INVENTION The main object of the present invention is to overcome the disadvantages of the prior art by means of a simple but still an efficient antenna, which is easy to manufacture and assemble.

Ett annat ändamål med uppfinningen är att tillhandahålla en antennförstärkning, hos vilken några av nackdelarna hos den galvaniska kopplingen mellan antenndelarna undviks, och vilken tillhandahåller extra medel för förstärkning av frekvensbanden, företrädesvis låga frekvensband.Another object of the invention is to provide an antenna gain in which some of the disadvantages of the galvanic coupling between the antenna parts are avoided, and which provides additional means for amplifying the frequency bands, preferably low frequency bands.

Följaktligen anordnas i den initialt nämnda antennanordningen nämnda första antennelement att antaga åtminstone en första och en andra operativ position, och nämnda första antennelement vid en av nämnda operativa positioner ansluter kapacitivt till ett tredje antennelement, som utgör en antenn för ett särskilt frekvensband.Accordingly, in the initially said antenna device, said first antenna element is arranged to assume at least a first and a second operative position, and said first antenna element at one of said operative positions capacitively connects to a third antenna element, which constitutes an antenna for a particular frequency band.

Företrädesvis är första nämnda antenn en sprötantenn, en spol- eller en meanderantenn.Preferably, the first-mentioned antenna is a rod antenna, a coil or a meander antenna.

Dessutom tillhandahålls det första antennelernentet en ledande del vid någon del av den.In addition, the first antenna element is provided with a conductive member at some part thereof.

Det andra antennelementet tillhandahålls med nämnda tredje antennelement som en ledande del. De första och andra antennelementen är i kapacitiv kontakt när nämnda ledande delar är vända mot varandra. Dessutom anordnas ett dielektriskt material mellan nämnda ledande delar. Fördelaktigt är det en antenn för höga frekvensband i en av nämnda operativa positioner. I en utföringsfonn innefattar nämnda medel en snäppanslutning, men det kan också vara ett skruvförband eller liknande. 10 15 20 25 30 521 Ešfíšf) 4 I en särskilt fördragen utföringsform avser antennanordningen en antenn för en kommunikationsutrustning, som innefattar ett sprötantennelement, ett spolantennelement, ett rakt antennelement och anslutningsmedel. Sprötantennelementet anordnas att antaga åtminstone en första och ett andra operativ position.The second antenna element is provided with said third antenna element as a conductive part. The first and second antenna elements are in capacitive contact when said conductive parts are facing each other. In addition, a dielectric material is arranged between said conductive parts. Advantageously, it is an antenna for high frequency bands in one of said operational positions. In one embodiment, said means comprises a snap connection, but it can also be a screw connection or the like. In a particularly preferred embodiment, the antenna device comprises an antenna for a communication equipment, which comprises a rod antenna element, a coil antenna element, a straight antenna element and connecting means. The rod antenna element is arranged to assume at least a first and a second operative position.

Sprötantennelementet vid en av nämnda operativa positioner ansluter kapacitivt till nämnda raka antennelement, som utgör en antenn för ett visst frekvensband.The rod antenna element at one of said operative positions connects capacitively to said straight antenna element, which constitutes an antenna for a certain frequency band.

Företrädesvis är det raka antennelementet en väsentligen cylindrisk bas och sprötantennelementet anordnas koaxialt till nämnda spiralforrnade och väsentligen cylindriska bas. Spolantennelementet och det raka antennelementet utgör en dubbelband-antenn.Preferably, the straight antenna element is a substantially cylindrical base and the rod antenna element is arranged coaxially with said helical and substantially cylindrical base. The coil antenna element and the straight antenna element form a double band antenna.

KORT BESKRIVNING AV RITNINGARNA I det följ ande kommer uppﬁnningen att beskrivas ytterligare på ett icke-begränsande sätt med hänvisning till de åtföljande ritningarna, i vilka: Fig. 1 är en schematisk vy framifrån av en antennanordning enligt föreliggande uppfinning, och Fig. 2 är ett tvärsnitt längs linjen lI-II, som uppvisar en del av antennen enligt ﬁg. l.BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS In the following, the invention will be further described in a non-limiting manner with reference to the accompanying drawings, in which: Fig. 1 is a schematic front view of an antenna device according to the present invention, and Fig. 2 is a cross-section along the line II-II, which shows a part of the antenna according to ﬁ g. l.

DETALJERAD BESKRIVNING AV UTFÖRINGSEXEMPLEN En föredragen utföringsform av antennanordningen 10, visad i fig. 1 och 2, utgörs av tre väsentliga huvuddelar: en antennkåpa ll, som inrymmer ett antennelement 14, en sprötkomponent 12 och en kopplingsdel 13. Sprötkomponenten 12 visas i utdragen position. Antennen avses att anordnas på en kommunikationsenhet, såsom en ndenhet av en mobil eller cellulär telefon (inte visad).DETAILED DESCRIPTION OF THE EMBODIMENTS A preferred embodiment of the antenna device 10, shown in Figs. The antenna is intended to be arranged on a communication unit, such as a unit of a mobile or cellular telephone (not shown).

Sprötet 12 innefattar en väsentligen flexibel ledare 121 täckt med ett skyddande och isolerande skikt 122, t.ex. av gummi eller plast. Sprötet 12 har en första ände försedd med en ändbas 123 av ett ledande material, och en andra ände som har en spärrkropp 10 15 20 25 30 521 3589 5 124, båda ändarna hos sprötet kan tillhandahållas med förstärkningar 125 av ett tjockare plastlager.The rod 12 comprises a substantially flexible conductor 121 covered with a protective and insulating layer 122, e.g. of rubber or plastic. The rod 12 has a first end provided with an end base 123 of a conductive material, and a second end having a locking body 10, both ends of the rod can be provided with reinforcements 125 of a thicker plastic layer.

Kåpan 11, företrädesvis framställd av ett isolerande material, är ihålig och innefattar en första fri ände, och en andra ände som har en öppning för sprötantennen 12, igenom vilken sprötet kan in- och utskj utas.The housing 11, preferably made of an insulating material, is hollow and comprises a first free end, and a second end having an opening for the rod antenna 12, through which the rod can be inserted and extended.

Inuti kåpan anordnas ett andra antennelement 14, bildat som en spole som utgör en spolantenn som har en första fri ände 141, och en andra ände 142 ansluten (galvaniskt) till en ledande bas 15. Den andra änden 142 hos spolantennen 14 har delvis smala stigningar, och ansluts till den ledande basen 15, t.ex. genom presspassning, skruvning eller liknande.Arranged inside the housing is a second antenna element 14, formed as a coil which constitutes a coil antenna having a first free end 141, and a second end 142 connected (galvanically) to a conductive base 15. The second end 142 of the coil antenna 14 has partially narrow pitches , and connected to the conductive base 15, e.g. by press fitting, screwing or the like.

Anslutningsdelen 13 innefattar en väsentligen cylindrisk hållare 131 (eller annan formad hållare) av ett isolerande material (eller ledande beroende på anslutningen till kommunikationsenheten) som har en första ände 132, inkilad inuti ett överensstämmande utrymme i kåpan 1 1, och en andra ände 133 tillhandahållen med snäppanslutning 134 i form av en krok, vilken anordnas för att samverka med en överensstämmande mottagare i kommunikationsenheten för ansluta antennanordningen till densamma. Cylindem 131 tillhandahålls också med en skära 135 för att exponera en ledande, fjädrande anslutningsdel 136.The connection part 13 comprises a substantially cylindrical holder 131 (or other shaped holder) of an insulating material (or conductive depending on the connection to the communication unit) having a first end 132, wedged inside a corresponding space in the housing 1 1, and a second end 133 provided with snap connection 134 in the form of a hook, which is arranged to cooperate with a corresponding receiver in the communication unit for connecting the antenna device to the same. The cylinder 131 is also provided with a cutter 135 for exposing a conductive, resilient connection member 136.

Anslutningsdelen 136 har en första ände 1361 i kontakt med den ledande basen 15, och en andra, väsentligen utbuktande ände 1362 anordnad för att utgöra kontakt med mottagare-/sändardelarna av kommunikationsenheten, och således att galvaniskt ansluta den ledande basen 15 och spolantennelementet 14 till mottagare-/sändardelarna hos kommunikationsenheten. Den galvaniska anslutningen kan dock ersättas av kapacitiva eller induktiva anslutningar.The connection part 136 has a first end 1361 in contact with the conductive base 15, and a second, substantially bulging end 1362 is arranged to be in contact with the receiver / transmitter parts of the communication unit, and thus to galvanically connect the conductive base 15 and the coil antenna element 14 to the receiver. - / transmitter parts of the communication unit. However, the galvanic connection can be replaced by capacitive or inductive connections.

Dm. ledande basen 123 vid den andra änden hos sprötet 12 har en första ände 1231 ansluten till ledaren 121 hos sprötet, och en andra ände 1232 tillhandahållen med en klack, som verkar som ett stoppelement. 10 15 20 25 30 Mellan sprötet 12 och basen 15 anordnas en hylsa 16 av dielektriskt eller plastmaterial, vilken fixeras till basen 15 vid ena änden.Dm. the conductive base 123 at the second end of the rod 12 has a first end 1231 connected to the conductor 121 of the rod, and a second end 1232 provided with a lug which acts as a stop member. Between the rod 12 and the base 15, a sleeve 16 of dielectric or plastic material is arranged, which is fixed to the base 15 at one end.

Sprötet anordnas väsentligen koaxiellt i medelpunkten hos spolantennen. Sprötet anordnas på så sätt att det inte finns någon galvanisk anslutning mellan det och resten av antennen, antingen vid den införda eller utdragna positionen. När sprötet dras ut, företrädesvis i dess fullständiga längd så att ändbasen 123 placeras inuti basen 15, utgör det en kapacitiv kontakt med basen 15, företrädesvis med användning av hylsan 16, som den dielektriska delen av kondensatorn. Dessutom verkar hylsan som ett ﬁxeringselement, vilket upprätthåller sprötet vid utdragen position (eller utdragen position i samverkan med förstärkningen 125 vid den andra änden av sprötet) när ändbasen uppbär hylsan.The rod is arranged substantially coaxially at the center of the coil antenna. The rod is arranged in such a way that there is no galvanic connection between it and the rest of the antenna, either at the inserted or extended position. When the rod is pulled out, preferably in its full length so that the end base 123 is placed inside the base 15, it forms a capacitive contact with the base 15, preferably using the sleeve 16, as the dielectric part of the capacitor. In addition, the sleeve acts as an oxidizing element, which maintains the rod at the extended position (or extended position in conjunction with the reinforcement 125 at the other end of the rod) when the end base carries the sleeve.

Antennanordningen fungerar på följande sätt. Spolantennen 14 och basen 15 utgör dual- band antennen, som därvid utgör resonatorer för två olika frekvensband. Spolantennen verkar som ett blockerande element, varvid spolantennen 14 och basen 15 utgör lågfrekvensbandantennen och basen 15 högfrekvensbandantennen. Sprötet 12 används för förstärkning av antennegenskaperna, och följaktligen är det viktigt att en balanserad kapacitiv anslutning uppnås, för att undvika någon koppling av höga frekvenser till sprötet, vilket skulle vara fallet om en galvanisk anslutning användes.The antenna device works as follows. The coil antenna 14 and the base 15 form the dual-band antenna, which thereby form resonators for two different frequency bands. The coil antenna acts as a blocking element, the coil antenna 14 and the base 15 constituting the low frequency band antenna and the base 15 the high frequency band antenna. The rod 12 is used to amplify the antenna properties, and consequently it is important that a balanced capacitive connection is achieved, in order to avoid any coupling of high frequencies to the rod, which would be the case if a galvanic connection were used.

I enlighet därmed, när sprötet är inskjutet, är det inte verksamt och endast spolantennen 14 och basen 15 verkar som antenner, och spolantennen blockerar de höga frekvenserna och verkar som en antenn för låga frekvensband.Accordingly, when the rod is inserted, it is ineffective and only the coil antenna 14 and the base 15 act as antennas, and the coil antenna blocks the high frequencies and acts as an antenna for low frequency bands.

Egenskaperna hos den kapacitiva anslutningen kan ändras medelst förändring av längderna hos ändbasen 123, basen 15 eller hylsan 16 hos materialet av vilket det är framställt. Det är också möjligt att bilda antennelement med olika elektriska längder genom att anordna åtskilliga ledande hylsor i olika positioner längs sprötets längd.The properties of the capacitive connection can be changed by changing the lengths of the end base 123, the base 15 or the sleeve 16 of the material from which it is made. It is also possible to form antenna elements with different electrical lengths by arranging several conductive sleeves in different positions along the length of the rod.

Dessutom kan spolantennen ersättas av vilket annat antennelement som helst, såsom ett 10 521 389 ytterligare spröt, en meanderantenn etc.In addition, the coil antenna can be replaced by any other antenna element, such as an additional rod, a meander antenna, etc.

Dessutom kan hylsan 16 anordnas förskjutbar på ändbasen 123; eller både ändbasen 123 och hylsan 16 kan anordnas ﬁxerat inuti basen 15, och änden hos sprötet kan anordnas för att vara i kontakt med basen.In addition, the sleeve 16 can be arranged slidably on the end base 123; or both the end base 123 and the sleeve 16 may be arranged axially inside the base 15, and the end of the rod may be arranged to be in contact with the base.

Antennanordningen enligt uppfinningen kan användas i vilken utrustning som helst med ett behov av mottagning och/eller sändning av elektromagnetiska vågor, och på grund av dess ringa storlek är den mycket passande for användning i cellulära telefoner eller liknande.The antenna device according to the invention can be used in any equipment with a need for receiving and / or transmitting electromagnetic waves, and due to its small size it is very suitable for use in cellular telephones or the like.

Uppﬁnningen är inte begränsad till den visade utforingsforrnen, utan kan varieras på ett antal olika sätt, tex. genom kombination av två eller flera visade utfóringsfornier, utan att avvika från de bifogade patentkravens skyddsomfång, och anordningen och metoden kan implementeras på ett antal olika sätt beroende av applikationer, funktionella enheter, behov och kravsättning etc. 10 15 20 25 10 11 12 13 14 15 16 (TI ïO __: få! \Û 8 HÄNVISNINGSBETECKNINGAR Antenn Kåpa Spröt 121 Ledare 122 Skyddande skikt 123 Ändbas 1231 Första ände 1232 Första ände 124 Kropp 125 F örstärkníng Anslutningsmedel 1 3 1 Hållare 1 32 Första ände 1 3 3 Andra ände 134 Snâppanslutrring 135 Skåra 1 36 Anslutningsdel 1361 Första ände 1362 Andra ände Spolantenn 141 Första ände 142 Andra ände Bas HylsaThe size is not limited to the embodiment shown, but can be varied in a number of different ways, e.g. by combining two or more embodiments shown, without deviating from the scope of protection of the appended claims, and the device and method can be implemented in a number of different ways depending on applications, functional units, needs and requirements, etc. 10 15 20 25 10 11 12 13 14 15 16 (TI ïO __: few! \ Û 8 REFERENCE DESIGNATIONS Antenna Cover Rod 121 Conductor 122 Protective layer 123 End base 1231 First end 1232 First end 124 Body 125 Reinforcement Connector 1 3 1 Holder 1 32 First end 1 3 3 Second end 134 135 Slot 1 36 Connecting part 1361 First end 1362 Second end Coil antenna 141 First end 142 Second end Base Sleeve

Claims

521 3:32; »I PATENTKRAV

Antenna device (10), comprising a first antenna element (12) arranged as a rod, a meander or a helix, a second antenna element (14), a third antenna element (15) and connecting means (1 3), characterized in that said first antenna element (12) is arranged to assume at least one first and a second operative position, and that said first antenna element at one of said operative positions connects capacitively to said third antenna element (15) arranged as a sleeve, the first and second antenna the element in said operative position constitutes an antenna for a particular frequency band.

Antenna device according to claim 1, characterized in that said first antenna element (12) is provided with a conductive part (123) at some part thereof, said second antenna element (14) being provided with said third antenna element (15) as a conductive part , and that said first and second antenna elements (12, 14) are in capacitive contact when said conductive parts (123, 15) face each other.

Antenna device according to claim 2, characterized in that a dielectric material (16) is arranged between said conductive parts (123, 15).

Antenna device according to any one of the preceding claims, characterized in that it is an antenna for high frequency bands in one of said operative positions.

Antenna device according to claim 1, characterized in that said connecting means (13) comprises a snap connection. 5 2 1 26 få 9/0

An antenna device (10) in a communication equipment, comprising a rod antenna element (12), a helical antenna element (14), a straight antenna element (15) and connecting means (13), characterized in that said rod antenna element (12) is arranged to receive at least a first and a second operative position, and that said rod antenna element at one of said operative positions connects capacitively to said straight antenna element (15), which constitutes an antenna for a particular frequency band.

Antenna device according to claim 6, characterized in that said straight antenna element consists of a substantially cylindrical base (15).

Antenna device according to claim 6 or 7, characterized in that said rod antenna element is arranged coaxially to said helical and substantially cylindrical base.

Antenna device according to any one of claims 6-8, characterized in that said helix antenna element and said straight antenna element constitute a dual band antenna.