SE522307C2 - Antennanordning med externt kontaktdon - Google Patents

Description

är väsentligen inbördes parallella och åtskilda med ett avstånd h. Antennelementet uppstöds företrädesvis av en stödkonstruk- tion (ej visad) tillverkad av något lämpligt icke-ledande mate- rial, såsom plast.

Det visas också ett känt koaxialkontaktdon 20 för extern anslutning med en central matningsdel 22 och en yttre, cylind- risk jordningsdel 24, varvid både matnings- och jordningsdelar- na är anslutna till nämnda PCB 30. Det externa kontaktdonet är så arrangerat, att den interna antennen är bortkopplad då ett samverkande kontaktdon befinner sig i ingreppsläge med det externa kontaktdonet. Sålunda är den interna antennen ansluten till mobiltelefonens RF-kretsarrangemang och den externa bil- antennen bortkopplad eller vice versa.

Det externa kontaktdonet 20 är anordnat i ett cirkulärt hål eller öppning 16 i det kända antennelementet 10 och på ett in- bördes avstånd från dess kant med ett avstånd d, se fig. lb.

Detta innebär att ingen direkt mekanisk eller elektrisk kontakt föreligger mellan antennelementet 10 och det externa kontakt- donet 20. I stället är kontaktdonet fäst till det underliggande PCB:t 30, t.ex. medelst lödning. Hålet 16 görs så stort som möjligt för att minska påverkan av det externa kontaktdonet, vilket innefattar en relativt stor metallkropp, på det interna antennelementet. Anordnandet av hålet 16 innebär dock att värdefull antennelementarea förloras.

Antennanordningsarrangemanget inklusive det externa kontakt- donet är monterat i en mobiltelefon, vars allmänna kontur visas med den streckade linjen 50.

Detta anordnande av ett externt kontaktdon innebär flera pro- blem med en mobiltelefon försedd med en intern antenn. För att hålla matnings- och jordningsdelarna till nämnda PCB så korta som möjliga för att minska oönskade störningar måste det inter- na antennelementet och det externa kontaktdonet befinna sig relativt nära varandra, vilket resulterar i den ovannämnda påverkan av det externa kontaktdonet på den interna antennens 5 2 2 3 0 7 ïlÉï - ïlÉï - IlÉï i? prestanda. Korta matningsledningar uppnås med den ovan beskriv- na kända lösningen, dvs med det externa kontaktdonet anordnat "i" antennelementet. Det hål 16 som krävs för att minska de negativa effekterna av det externa kontaktdonet tar dock bort värdefull antennarea från antennelementet 10. Dessutom måste man ta hänsyn till det externa kontaktdonet då man matchar den interna antennen. En annan nackdel är att flera jordnings- och matningspunkter måste åstadkommas på nämnda PCB vilket tar upp PCB-area.

SAMMANEAIINlNG_AH_HBBElNNlNGEN Ett ändamål med föreliggande uppfinning är att åstadkomma en antennanordning för användning i en bärbar radiokommunikations- anordning där problemen med känd teknik elimineras eller åtmin- stone minskas.

Uppfinningen baseras på insikten att man, i stället för att hålla antennelementet och det externa kontaktdonet inbördes åtskilda, kan anordna dem i direkt fysisk och elektrisk kontakt med varandra, varvid påverkan av det externa kontaktdonet på antennelementet används för matchning av det senare.

Enligt föreliggande uppfinning åstadkommes en antennanordning såsom definierad i bifogade patentkrav 1. Vidare åstadkommes en bärbar radiokommunikationsanordning såsom definierad i patent- kravet 12.

Med antennanordningen enligt uppfinningen elimineras eller åtminstone minskas de ovannämnda nackdelarna med känd teknik.

Med antennanordningen enligt föreliggande uppfinning uppnås en större effektiv strålande area. Vidare kan man undvara en av jordningspunkterna på nämnda PCB som finns vid kända anord- ningar, varigenom PCB-area frigörs för annan användning.

De underordnade patentkraven definierar ytterligare föredragna utföringsformer av antennanordningen enligt uppfinningen.

'P f h-'I-'å 222 .S22 .'. '22 Ö : : : KQBIEAIIAD_BESKRIINlNG_A¥_BlININGABNA Uppfinningen kommer nu att beskrivas, såsom exempel, under hänvisning till bifogade ritningar, på vilka: Fig. l är en översiktlig planvy av en känd antennanordning med ett externt kontaktdon; Fig. la är en detaljvy av det externa kontaktdonsområdet vid antennanordningen visad i fig. l; Fig. lb är en tvärsnittsvy genom kontaktdonsområdet visat i fig. la tagen längs linjen lb-lb; Fig. 2, 2a och 2b är vyer som motsvarar fig. l, la resp. lb men som visar en första utföringsform av en antennanordning enligt uppfinningen; Fig. 3, 3a och 3b är vyer som motsvarar fig. 1, la resp. lb men som visar en andra utföringsform av en antennanordning enligt uppfinningen; Fig. 4, 4a och 4b är vyer som motsvarar fig. l, la resp. lb men som visar en tredje utföringsform av en antennanordning enligt uppfinningen med staplade antennelement och Fig. 5 är ett diagram som visar frekvensjusteringseffekterna av ett externt kontaktdon. nEmALJnRAn BESKRIVNING Av UPPPTNNTNGRN I det följande kommer en detaljerad beskrivning av två ut- föringsformer av en antennanordning enligt uppfinningen att ges. I beskrivningen kommer i förklarande och ej begränsande syfte specifika detaljer att visas, såsom specifik hårdvara, tillämpningar, tekniker etc för att ge djup förståelse av före- liggande uppfinning. Fackmannen inom teknikområdet inser dock att föreliggande uppfinning kan användas vid andra utförings- former som avviker från dessa specifika detaljer. I andra fall :oo -oo o o oo oo oo oo oo oo o oo oo o oo o o oo o o oo o o oo oo o o o o o o o oo o no o o o o o o o oo o o o o o o n o o o o o o o o o o o o o o o o o o »ooo oo -ooo -no o. har detaljerade beskrivningar av välkända metoder, anordningar och kretsar utelämnats för att ej störa beskrivningen av före- liggande uppfinning med onödiga detaljer.

Fig. 1, la och lb har redan behandlats i samband med beskriv- ningen av känd teknik och kommer ej att diskuteras ytterligare.

En första utföringsform av en antennanordning enligt uppfin- ningen kommer att beskrivas under hänvisning till fig. 2 och 2a, som är en schematisk planvy av ett strålande antennelement och ett externt kontaktdon resp. en detaljerad vy av kontakt- donsarean, och till fig. 2b, som är en tvärsnittsvy genom den externa kontaktdonsdelen. Ett strålande antennelement 110 är anordnat vilket innefattar en flexfilm eller en metallplåt eller som åstadkommes medelst tvåstegsgjutning. Elementet 110 har samma allmänna form och funktion som det antennelement 10 som beskrivits i samband med känd teknik och är inrättat för användning i en bärbar radiokommunikationsanordning, såsom en mobiltelefon. Det är sålunda försett med en matningsdel 112 ansluten till RF-kretsarrangemanget hos ett underliggande PCB 130 som visas i fig. 2b. Det finns dock ingen specifik jordningsdel såsom vid kända anordningar.

Vidare är en cirkulär öppning 116 anordnad genom en central del av antennelementet 110 och vilken uppvisar en diameter som är något större än ytterdiametern för ett koaxialkontaktdon 120 liknande det visat i fig. 1, la och lb. Det externa kontakt- donet 120 är anordnat genom öppningen 116 och innefattar ett centralt stift 122 anslutet till matningskretsarrangemang hos det underliggande PCB:t och en yttre cylindrisk del 124 som till sin form liknar den kända jordningsdelen 24. Såsom vid känd teknik är den yttre delen 124 ansluten till jordnings- kretsarrangemang hos nämnda PCB 130. Längs en större del av sin periferi är jordningsdelen 124 också skild från antennelementet med ett kort avstånd d2 som är mindre än avståndet d vid kända anordningar. Delen 124 är dock även direkt elektriskt och meka- niskt ansluten till antennelementet 110 medelst en fjädrande tunga 118 som är utförd i ett stycke med antennelementet 110 5 2 2 3 0 7 i lf ~ Li ~ Lri och vilken trycker mot kontaktdonets jordningsdel 124. På detta sätt är antennelementet 110 anslutet till jordningskrets- arrangemanget via det externa kontaktdonet 120 och mer speci- fikt dess jordningsdel 124 i stället för att vara anslutet till jord medelst en separat jordningsdel.

Antennelementet 110, det externa kontaktdonet 120 och nämnda PCB 130 är monterade i en mobiltelefon, vars generella kontur visas med den streckade linjen 150.

Detta ger en lösning som har flera fördelar jämfört med det kända arrangemanget. För det första behövs endast en jordnings- punkt på nämnda PCB, vilket förenklar tillverkning och där- igenom sänker kostnaden för slutprodukten. För det andra sparas värdefull strålande elementarea eftersom det inte finns något mellanliggande utrymme mellan antennelementet 110 och kontakt- donets 120 yttre del 124. En ytterligare fördel är att det vanligtvis är enklare att löda ett kontaktdon till ett under- liggande PCB än vad det är att ansluta en jordningsdel av ett antennelement, vilket ytterligare förenklar monterings- processen.

Med lösningen enligt uppfinningen är det externa kontaktdonet alltid jordat, ett särdrag som förbättrar skydd mot elektro- statiska urladdningar (ESD).

Då man designar antennen måste man ta hänsyn till påverkan av det externa kontaktdonet på antennkarakteristiken. Med arrange- manget enligt uppfinningen kan detta användas till en fördel i det att det externa kontaktdonet själv kan användas för match- ning av antennen genom att anta rollen av antennens jordnings- del. Ett exempel på den frekvensjusteringseffekt som erhålles med användning av det externa kontaktdonet visas i fig. 5, varvid den stående vågkvoten (SWR) utan (heldragna linjer) och med (streckade linjer) ett externt kontaktdon visas.

Det externa kontaktdonets 120 relativt stora metallcylinder skapar konstruktiva strålande resonanser. Den direkta samman- 522 50., 7 kopplingen av det externa kontaktdonet och antennelementet är därför lämplig för tillämpningar som involverar multiband- antenner, företrädesvis tvåbandantenner. I dessa fall ligger de resonanser som induceras av det externa kontaktdonet huvudsak- ligen i de högre frekvensbanden. Vid tillämpningar som involve- rar antenner med ett lägre frekvensband kring 900 MHz och ett högre frekvensband kring 1800 eller 1900 MHz påverkas exempel- vis strålningen huvudsakligen hos det högre bandet av det externa kontaktdonet, såsom framgår av fig. 5. Detta är en för- del eftersom det högre frekvensbandet kan avstämmas oberoende av det lägre frekvensbandet, dvs matchningseffekterna påverkar huvudsakligen det högre frekvensbandet.

En andra utföringsform av en antennanordning enligt föreliggan- de uppfinning kommer nu att beskrivas under hänvisning till fig. 3, 3a och 3b, vilka väsentligen motsvarar fig. 2, 2a och 2b som visar den första utföringsformen. Vid denna andra ut- föringsform är antennelementet 210 försett med en jordningsdel 214 såsom vid kända anordningar. Utförd i ett stycke med antennelementet 210 finns en fjädrande tunga 218 som vilar mot den yttre jordningsdelen 224 av ett externt kontaktdon 220 anordnat genom öppningen 216 i antennelementet 210. Kontakt- donets inre del 222 är ansluten till en signalkälla anordnad på ett PCB 230.

Såsom framgår bäst av fig. 3b finns dock vid denna utförings- form ingen direkt jordningsförbindelse mellan det externa kontaktdonet 220 och nämnda PCB 230. I stället är den yttre delen 224 av det externa kontaktdonet jordad via antennelemen- tet 230.

Såsom vid den första utföringsformen kan man utelämna en av jordningspunkterna på nämnda PCB, vilket resulterar i de ovan- nämnda fördelarna.

En tredje utföringsform av en antennanordning enligt uppfin- ningen kommer nu att beskrivas under hänvisning till fig. 4, 4a och 4b. Denna tredje utföringsform liknar den första och fig. 522 307 iii? 4, 4a och 4b motsvarar väsentligen fig. 2, 2a resp. 2b. Sålunda innefattar antennanordningen ett första antennelement 310 och ett kontaktdon 320 anordnat i en öppning 316 och direkt jordat till ett PCB 330. Kontaktdonets jordningsdel 324 är ansluten till det första antennelementet medelst en fjädrande tunga 318.

Vid denna tredje utföringsform finns ett ytterligare andra antennelement anordnat på inbördes avstånd från det första antennelementet 310 med ett avstånd h2 och väsentligen paral- lellt med detta. Detta arrangemang med staplat antennelement uppstöds företrädesvis medelst en plaststomme (ej visad). Det andra antennelementet är försett med en tunga 348 som förbinder kontaktdonets 320 jordningsdel 324 och det andra strålande elementet 340. Det finns även en kapacitiv koppling mellan det första och andra antennelementet 310, 340, varigenom det andra antennelementet fungerar som ett parasitiskt antennelement.

Antennelementet 340 har en utsträckning i planet parallellt med det första strålande antennelementet 310 som är lämplig för att erhålla önskad antennkarakteristik.

Det i fig. 4, 4a och 4b visade antennarrangemanget är anordnat i en bärbar radiokommunikationsanordning, såsom en mobil- telefon, vars konturer visas med den streckade linjen 350 i fig. 4b.

Föredragna utföringsformer av ett kontaktdon enligt uppfin- ningen har beskrivits. Fackmannen inom teknikområdet inser att dessa skulle kunna varieras inom ramen för bifogade patentkrav.

Sålunda har det externa kontaktdonet visats placerat i en mitt- del av antennelementet. Det är ofta en fördel ur mekanisk syn- vinkel. Det inses dock att det externa kontaktdonet kan place- ras i ett mer periferiellt område av antennelementet, even- tuellt i en slits i detta, eller till och med vara anslutet till ytterkanten utan att man avviker från uppfinningsidén.

Ett koaxialkontaktdon har visats i figurerna. Det inses att även andra typer av kontaktdon kan användas med uppfinnings- 5 2 2 3 0 7 šïï* 2223 - I§Eï - idén, såsom ett kvadratiskt, rektangulärt eller elliptiskt kontaktdon.

En modifierad PIFA-antenn med en matnings- och en jordningsdel har visats. Uppfinningsidên är dock tillämpbar på andra typer av antenner, såsom grundläggande PIFA-, patchantenner, GPS- antenner eller PIFA- eller patchantenner kopplade till parasi- tiska element jordade till nämnda PCB.

Jordningsdelen av det externa kontaktdonet och det strålande elementet har visats hopkopplade medelst en fjädrande tunga ut- förd i ett stycke med det strålande elementet. Det inses dock att andra typer av förbindelser är möjliga, såsom lödskarvar.

Vid den tredje utföringsformen som beskrivits under hänvisning till fig. 4 matas det andra antennelementet 340 med en kapaci- tiv koppling till det första antennelementet 310. Vid en alter- nativ utföringsform är det andra antennelementet 340 försett med en direkt matningsförbindelse till matningselektroniken på nämnda PCB 330. Även om det andra antennelementet 340 vid den tredje utförings- formen har visats jordat till kontaktdonets jordningsdel inses att det även skulle kunna vara bortkopplat från kontaktdonet, dvs ej jordat.

I hela denna beskrivning har termen strålande eller antenn- element använts. Det skall inses att denna term täcker varje antennelement inrättat att motta eller sända elektromagnetiska vågor.

Såsom använd i denna beskrivning avses med termen "tryckt kretskort" eller "PCB" varje mikroelektronikkapselsubstrat.

Claims (12)

522 307 i"E'H-.fïfsïfï.Ä-ZÄI-f:' 10 BAIENIKRAH

1. Antennanordning för en bärbar radiokommunikationsanord- ning innefattande: - ett antennelement (llO;2lO;3l0) med en matningsdel (ll2;2l2) anslutbar till en matningsanordning och en jordnings- del (ll8;2l4;318) anslutbar till en jordningsanordning hos nämnda radiokommunikationsanordning, - ett kontaktdon (l20;220;320) för extern anslutning med en matningsdel (122;222;322) anslutbar till nämnda mat- ningsanordning och en jordningsdel (l24;224;324) anslutbar till nämnda jordningsanordning hos nämnda radiokommunikationsanord- ning, k ä n n e t e c k n a d a v a t t - nämnda jordningsdel (l24;224;324) av nämnda externa kontaktdon är mekaniskt och elektriskt ansluten till nämnda antennelement (llO;2lO;3l0).

2. Antennanordning enligt patentkrav 1, vid vilken nämnda antennelement (llO;2lO;3l0) är försett med en öppning eller en slits (ll6;2l6;326) och nämnda kontaktdon sträcker sig genom nämnda öppning eller slits hos nämnda antennelement.

3. Antennanordning enligt patentkrav l eller 2, vid vilken nämnda jordningsdel (224) av nämnda kontaktdon (220) är anslut- bar till nämnda jordningsanordning hos nämnda radiokommu- nikationsanordning via nämnda jordningsdel (214) av nämnda antennelement (210).

4. Antennanordning enligt patentkrav 1 eller 2, vid vilken nämnda jordningsdel (ll6;3l6) av nämnda antennelement (ll0;310) är anslutbar till nämnda jordningsanordning hos nämnda radio- kommunikationsanordning via nämnda jordningsdel (l24;324) av nämnda kontaktdon (120;220). 522 so? ll

5. Antennanordning enligt något av patentkraven 1-4, vid vilken nämnda kontaktdon (l20;220;320) är inrättat för match- ning av nämnda antennanordning.

6. Antennanordning enligt något av patentkraven 1-5 in- rättad för multibandoperation och företrädesvis tvåbandopera- tion.

7. Antennanordning enligt patentkrav 6, vid vilken nämnda kontaktdon (l20;220;320) är inrättat för matchning av ett övre användningsband för nämnda antennanordning.

8. Antennanordning enligt något av patentkraven 1-7, inne- fattande ett ytterligare antennelement (340) med en jordnings- del (348) anslutbar till nämnda jordningsdel (324) av nämnda externa kontaktdon (320).

9. Antennanordning enligt patentkrav 8, vid vilken nämnda ytterligare antennelement (340) är anordnat väsentligen paral- lellt med nämnda antennelement (310) och på avstånd därifrån, så att det blir kapacitivt matat via nämnda antennelement (310).

10. Antennanordning enligt något av patentkraven 1-9, vid vilken nämnda antennanordning är en PIFA, en modifierad PIFA eller en patchantenn.

11. ll. Antennanordning enligt något av patentkraven 1-10, vid vilken nämnda kontaktdon (l20;220) är ett koaxialkontaktdon.

12. Bärbar radiokommunikationsanordning innefattande en antennanordning enligt något av föregående patentkrav.