SE522419C2

SE522419C2 - Modulantenn

Info

Publication number: SE522419C2
Application number: SE9903909A
Authority: SE
Inventors: Hans-Peter Kurz; Henrik Arwedson; Howard Ii Johnson
Original assignee: Ericsson Telefon Ab L M
Priority date: 1999-10-29
Filing date: 1999-10-29
Publication date: 2004-02-10
Also published as: SE9903909L; US6392603B1; TW476169B; WO2001031740A1; SE9903909D0; AU1317601A

Description

_ y 522 419 2 bildar en elektromagnetisk skärm för kretselementen. Mikrostripantennen bärs sedan av ett av de ledande elementen.

Ett annat dokument EP-Al-O 707 335 visar en antennanordning konst- ruerad för att öka volymen som den upptar i en mobilkommunikations- apparat, liksom för att uppnå en hög förstärkning och bred frekvensband- bredd utan att uppta en stor area på ett tryckt huvudkretskort och utan att ändra apparatens storlek.

Ett japanskt dokument JP 6260949 visar en lösning för att skydda den elektroniska utrustningen från statisk elektricitet och även förhindra oönskad strålning i ett begränsat utrymme utan att försämra antennför- stärkningen genom användning av en antenn som dubblas som ett skärmhölje. Ett ﬂerlagers tryckt kort inkluderar fyra lager där ett andra lager används som kretsblockerande jord och ett tredje lager bildar en antenndel ansluten i serie med en U-formad antenndel dubblad som ett skärmhölje.

Det första och fjärde lagret bär komponenterna i den elektroniska kopplingen.

Dokument i enlighet med teknikens ståndpunkt hittills visade presenterar emellertid inte en optimal önskad lösning för en antennmodul lämplig för en RF-modul, som innefattar en liten RF-submodul. Det finns fortfarande ett behov av en lösning som möjliggör enkel antennintegration och optimal avstämning av antennens arbetsfrekvens i samband med produktion/ löd- ning av en liten RF-modul.

SUMMERING Föreliggande uppﬁnning visar integration av en RF-antenn i en RF- skärmningsdel av en RF-modul och uppvisar samtidigt en unik avstäm- ningsmekanism för avstämning av RF-antennen i enlighet med en specifika- tion av förhållandet för ståendevågspänning (VSWR) för att därmed tolerera större toleranser för de övriga komponentema på det tryckta kretskortet.

Mer utrymme på det tryckta kretskortet (PCB) erhålls också därmed, liksom 522 419 3 undvikande av RF-förluster i transmissionsledningar och lödanslutningar till en yttre antenn. Risken för stopp i produktionsprocessen beroende på att en integrerad antenn ligger utanför speciñkationen för VSWR kommer då också att elimineras.

En modulantennanordning i enlighet med den föreliggande uppfinningen fastställs av det oberoende patentkravet 1 och ytterligare utföringsformer fastställs av de beroende patentkraven 2 till 10.

KORT BESKRIVNING AV RITNINGARNA Uppﬁnningen tillsammans med ytterligare ändamål och fördelar med denna kan bäst förstås genom hänvisning till följande beskrivning läst tillsammans med de medföljande ritningar-na, i vilka: FIG. 1 illustrerar en standard RF-modul i enlighet med teknikens ståndpunkt, FIG. 2 illustrerar en utföringsform av en RF-modul med en antenn integrerad i skärmen i enlighet med den föreliggande uppfinningen, FIG. 3 är en förstorad vy av matningssektionen för RF-modulens antenn i enlighet med FIG. 2, i FIG. 4 illustrerar en submodul och en matningssektion av antennen i en vy uppifrån, FIG. 5 illustrerar en vy från sidan av RF-modulen i enlighet med FIG. 2 på ett tryckt kretskort (PCB), FIG. 6 illustrerar en utföringsform som inkluderar ett stödjande element, vilket uppvisar en avstämningsmöjlighet för RF-modulen enligt FIG. 5, V., FIG.

FIG.

FIG. lO 11 12 13 14 522 419 4 illustrerar ett stödjande element med en metallplåterad topp, vilket uppvisar ett osymmetriskt stift för ett avstämningsarrangemang i enlighet med FIG. 6, illustrerar i en vy från sidan den integrerade antennen enligt FIG. 2 samt det stödjande elementet med den metallpläterade toppen i enlighet med FIG. 7, visar änden av antennelementet och det stödjande elementet sett uppifrån illustrerande avstämningsmöjligheten med hjälp av det excentriskt placerade Stiftet, illustrerar en andra utföringsform av ett stödjande element med ett centrerat stift och på toppen en proﬁlerad metallyta, illustrerar en tredje utföringsform av ett stödjande element som inkluderar ett centrerat stift och ett spårat plaststycke, illustrerar en ytterligare utföringsform av det stödjande elementet med ett centrerat stift och ett ihåligt inre för att ge plats för en eller ﬂera komponenter på det tryckta kretskortct (PCB), illustrerar en utföringsform av en icke ledande stödjande anordning som innefattar en gänga för avstämning av den integrerade antennen, samt illustrerar ännu en ytterligare utföringsform av RF-modulen enligt FIG. 2 som uppvisar en plan antennanordning som skall avstämmas med hjälp av ett glidande element.

DETALJERAD BESKRIVNING De ﬂesta RF-moduler kräver RF-skärmning. Vanligaste teknologin för detta är stansade metallstycken, lödda över komponenterna som illustrerat genom 5 2 2 419 5 FIG. 1 i enlighet med teknikens ståndpunkt. I stället för ett metallstycke kan användas ett gjutet plaststycke med åtminstone en metalliserad yta.

Komponentema kan vara i form av integrerade kretsar eller diskreta komponenter såsom ytmonterade motstånd, kondensatorer eller tran- sistorer. Den föreliggande uppﬁnningsmässiga idén år att utsträcka skärmningsdelen med en antennstruktur, lämpligen med både skärmnings- och antennfunktionerna tillverkade i ett stycke under en enda stansnings- och böjningsproduktionsprocess eller utnings- och metalliseringsprocess.

Vidare kommer fysiska toleranser i produktionsprocessen att påverka resonansfrekvensen liksom antennens bandbredd. Speciellt när antennens fysiska dimensioner är små jämfört med våglängden, är antennens bandbredd liten och därför är den tämligen känslig för oönskade toleransvariationer. Om till exempel ett verktyg för antennproduktions- processen slits ut kan endast ett tidskrävande utbyte av produktions- verktyget återjustera den producerade antennens VSWR. Denna process kan stoppa produktionslinjerna under avsevärd tid, vilket kommer att anses som en väsentlig nackdel.

Konñgurationen enligt teknikens ståndpunkt enligt FIG. 1 visar några få huvuddelar av en RF-modul. Hänvisningsbeteckning 1 anger en RF- submodul som innehåller till exempel nödvändiga oscillator- modulator- och' förstärkarsteg för en sändarsida. RF-submodulen 1 är placerad på ett tryckt kretskort 4 som även innehåller resten av den nödvändiga elektroniska kopplingen (inte visad) för RF-modulens önskade funktion, till exempel en mottagarsida. RF-submodulen kan i en typisk utföringsform till exempel utgöra en integrerad krets. RF-modulen med sin submodul 1 år skärmad genom en metallskärrnningsanordning 2, vilken även täcker resten av den tryckta kretskopplingen. Konstruktionstypen illustrerad i FIG. 1 kommer då använda någon sorts yttre antenn för sin funktion, placerad på ett tryckt huvudkretskort eller utanför anordningens chassi. 5232 419 6 FIG. 2 är en belysande utföringsform av en RF-modul som uppvisar en integrerad antennanordning 10 i enlighet med den föreliggande uppﬁn- ningen. Anordningen enligt FIG. 2 liknar anordningen enligt FIG. 1 med de gemensamma delarna 1, 2 och 4. Skärmen innefattar även en andra del 3, delarna 2 och 3 kan emellertid även här utgöra ett enda element. Det tryckta kretskortet är försett med en anslutningsyta 7 för anslutningen av ett antennelement 10 integrerat med den skärmande metalliska eller metalliserade delen 3. En anslutningsyta 7 är placerad vid det tryckta kretskortet 4 nära ett antennanslutningsstift 6 på RF-submodulen 1.

I FIG. 3 visas en förstorad del av FIG. 2. Den skärmande delen 3 har utformats till en anslutande del 1 1 som ansluter till antennelementet 10.

Antennen kan anpassas genom att konstruera dimensionerna för den "varma" kontakten liksom en jordkontakt i enlighet med den använda frekvensen. Denna skärmande del 3 kommer att forma ett självbärande stripline-element eller ett plant element 10. Stripline-elementet eller det plana elementet 10 använder resten av skårmstrukturen som ett motviktselement. Storleken på detta rnotviktselement kommer också inverka på bandbredden för antennanordningen arrangerad på detta sätt. Detta är även anledningen varför det i några fall kan vara fördelaktigt att dela skärmen i delarna 2 och 3 som illustrerats.

FIG. 4 illustrerar en del av det tryckta kretskortet 4 som tar emot stiftningen på den belysande RF-submodulen 1. Utgångsanslutningsstiftet vid 6 är placerat nära en anslutningsyta 12 arrangerad för att ta emot en anslutande del ll av den skärmande delen med antennarrangemanget. I denna utföringsform är det tryckta kretskortet 4 även försett med en annan anslutningsyta 8 för en möjlig yttre antenn att anslutas till en transmis- sionsledning (inte visad). I fallet att en yttre antenn krävs måste ytan 8 anslutas till antennytan 6, t.ex. genom en O ohm resistor (inte visad).

I FIG. 5 illustreras RF-modulen enligt FIG. 2 i en vy frän sidan. Det skall noteras att RF-submodulen 1 är placerad så att antennelementet 10 5 22" '4 1 9 F lämpligen kommer att ligga över det tryckta kretskortet 4. I enlighet med FIG. 5 läggs till ett ytterligare stödjande element 20 för antennelementet 10.

Antennelementet kommer emellertid inte påverka utrymmet för komponenter 15 monterade på det trycktakretskortet 4.

Om mer antennutrymme krävs eller höjden på skärrndelen 3 är mycket låg jämfört med arbetsvåglängden, kan antennelementet utsträcka sig över ett tryckt huvudkretskort 5 som illustrerats i FIG. 6. Om problemet endast är höjden för antennelementet 10 över modulens tryckta kretskort 4 kan även antennelementet 10 konstrueras så att det kommer att vara beläget något högre än skärmen 3.

I en utföringsform demonstrerad i FIG. 10 har detta stödjande element ett excentriskt placerat stift 21 som går igenom ett motsvarande hål i det tryckta modulkretskortet 4 eller det tryckta huvudkretskortet 5. Vidare är det icke ledande stödjande elementet 20 till exempel på toppen försett med en ledande yta 30. Den ledande ytan 30 gör kontakt med en del av antennelementet 10 som indikerats i FIG. 8. Genom att vrida eller skruva det stödjande elementet 20 runt dess excentriskt placerade stiftg2l kommer en varierande del av det stödjande elementet vara under antennelementet 10 och kommer följaktligen en justering av resonansen att erhållas som illustrerats i FIG. 9. Därvid kan VSWR-kurvans minimum justeras för antennelementet längs frekvensaxeln diagrammet till höger i FIG. 10.

I FIG. 10 demonstreras en andra utföringsform av det stödjande elementet.

Här har det stödjande elementet 20 ett centralt stift 22 och är vid toppen försett med en speciellt konstruerad form på sin metallyta 31. Liknande FIG. 8 gör antennelementet kontakt med metallytan 31. Genom vridning av det stödjande elementet 20 runt dess centrala stift kan enkelt resonans- frekvensen för antennelementet 10 avstämmas. I utföringsformen i enlighet med FIG. 6 är det stödjande elementet 20 till exempel placerat vid kanten av änden av stripline-elementet som bildar antennstrålningselementet 10. Som emellertid kommer att inses av fackmannen kan det stödjande elementet 20 522 419 '8 även placeras vid en kant längs stripline-elementet, till exempel vid en mittpunkt på antennelementet 10.

Det är även uppenbart för en fackman att elementet 20 kunde ha en höjd så att det inte gör kontakt med antennelementet, utan i stället utnyttjar den lilla kapacitiva kopplingen till antennelementet för avstämningen av VSWR- kurvan.

En tredje utföringsform av det stödjande elementet demonstreras i FIG. 1 1.

Det stödjande elementet 23 enligt FIG. 11 innefattar ett centrerat stift 22 och bildar ett slitsat osymmetriskt plaststycke. Genom att vrida det stödjande elementet 23 runt det centrerade stiftet 22 kan antennen avståmmas eftersom mängden plast som bildar ett dielektriskt material, vilket kommer att variera kapacitansen introducerad genom det stödjande elementet som en funktion av vridningsvinkeln för dess slits 25.

FIG. 12 illustrerar en utföringsform som uppvisar ett ihåligt stödjande element 24 med ett centralt stift, vilket då uppåter även mer yta för komponenter på det tryckta kretskortet 4 som indikerat av komponenterna 15 under det vridbara stödjande elementet. Detta är till exempel tillämpbart på utföringsformer av det stödjande elementet i enlighet med FIG. 10, FIG. ll och FIG. 13.

Slutligen illustrerar FIG. 13 en tredje typ av stödjande element 26 med ett centralt stift för rotation av stödet. Det stödjande elementet 26 år försett med en gänga, vilken tar emot en kant på antennelementet 10. Genom att vrida stödet kommer avståndet mellan antennelementet 10 och det tryckta kortet 4 varieras något och inställt, och därmed kommer det lilla antennelementets 10 frekvensgensvar att justeras. Dessutom kommer gängan låsa avståndet mellan antennelementet 10 och det tryckta kortet 4 och därmed till och med ytterligare förbättra RF-modulens tillförlitlighet. Även denna typ av stödjande element kan som nämnts utnyttja den ihåliga konstruktionen för det stödjande elementet visad i FIG. 12. 522 419 *i Slutligen illustrerar FIG. 14 ännu en ytterligare utföringsforrn av RF- modulen enligt FIG. 2. RF-modulen enligt FIG. 14 utnyttjar en plan antennanordning, vilken skall avstämmas med hjälp av ett glidande element 28. I den belysande utföringsfonnen enligt FIG 14 är det glidande elementet försett med en lämplig spalt insatt mellan två ben av antennelementet 14 för en avstämning av antennens VSWR. Det visade allmänt icke ledande elementet 28 är illustrerat som ett runt stycke av material, men det kommer att vara uppenbart fór fackmannen att elementet kan ha en godtycklig form för att erhålla avstämningsfunktionen. Elementet 28 kan antingen vara vilande mot en lämplig komponent monterad på det tryckta kretskortet 4 eller det tryckta huvudkretskortet 5 och skiftas eller förskjutas längs ett stödjande element (inte visat) placerat över komponenterna på det tryckta kretskortet för att inte för anordningen uppta tryckt kretskortskomponent- utrymme.

Det kommer att inses av fackmannen att olika modiﬁeringar och ändringar kan göras av den föreliggande uppﬁnningen utan att avvika från dess omfattning, som definieras av de bifogade patentkraven.

Claims

522 419 /O PATENTKRAV

1. RF-modulantennanordning, kännetecknad av att ett antennstrål- ningselement (10) för antennanordningen utgör en integrerad del av en metallisk skärm (3) som skärmar åtminstone en del av RF-modulens komponenter på ett tryckt kretskort (4), och att den metalliska skärmen (3) tillverkas ur en enda metallplatta eller en gjuten metalliserad bit som formas till ett önskat utseende för att därmed bilda antennstrålningselementet (10) integrerat med den skärmande delen av den metalliska skärmen, varvid antennstrålningselementet (10, 14) utstrâcker sig över eller vilar mot ett stödjande element (20), varigenom ett förhållande för ståendevågspänning för antennstrålningselementet (10, 14) kan avstämmas med hjälp av vridning, rotering eller förskjutning av det stödjande elementet (20), vilket allmänt vilar på en tryckt kretskort (4, 5) som ligger under RF-modulens antennanordning.

2. Antennanordning enligt krav 1, kännetecknad av att det stödjande elementet är placerat längs en mittdel eller vid en änddel av antenn- strålningselementet ( 10, 14).

3. Antennanordning enligt krav 2, kännetecknad av att antennstrålningselementet (lO; 14) bildar ett självbärande stripline-element eller plant element.

4. Antennanordning enligt krav 2, kännetecknad av att det stödande elementet (20) utgör en icke ledande stötta med ett asymmetriskt stift (21) insatt i det tryckta kretskortet för att uppnå avstämning av antennstrål- ningselementet med hjälp av en vridrörelse av det icke ledande stödjande elementet (20).

5. Antennanordning enligt krav 4, kännetecknad av att den icke ledande stöttan är försedd med en metalliserad toppyta (30) som ligger an mot antennstrålningselementet ( 1 O) . 522 419 I!

6. Antennanordning enligt krav 2, kännetecknad av att det stödjande elementet (20) utgör en icke ledande stötta med ett centralt stift (22) insatt i ett tryckt kretskort (4, 5) för vridning av det stödjande elementet runt det centrala stiftet när en avstämning av antennstrålningselementet (10) utförs.

7. Antennanordning enligt krav 6, kännetecknad av att den icke ledande stöttan är försedd med en utformad metalliserad toppyta (31) som ligger an mot antennstrålningselementet (10) för avstämning av antennstrål- ningselementet med hjälp av en rotation av det icke ledande stödjade elementet runt det centrala stiftet (22).

8. Antennanordning enligt krav 2, kännetecknad av att det stödjande elementet (20) utgör en icke ledande slitsad stötta (23) med ett centralt stift (22) insatt i ett tryckt kretskort (4, 5) för vridning av det stödjande elementet runt det centrala stiftet (22) när en avstämning av antennstrålnings- elementet (10) utförs.

9. Antennanordning enligt krav 2, kännetecknad av att det stödjande elementet (20) utgör en icke ledande stötta med ett centralt stift (22) insatt i ett tryckt kretskort (4, 5), varvid den icke ledande stöttan (26) är försedd med en gänga (27) i ingrepp med antennstrålningselementet (10) och använd för justering och låsning av ett avstånd mellan ett tryckt kretskort' (4, 5) och antennstrålningselementet (10), därvid erhållande en avstämning av antennstrålningselementet med hjälp av att vrida det stödjande elementet runt det centrala stiftet.

10. Antennanordning enligt krav 7, 8 eller 9, kännetecknad av att det stödjande elementet (20, 23, 24, 26) är delvis ihåligt för att lämna utrymme för ytterligare komponenter (15) under det stödjande elementet.