SE522829C2 - Multibandantenn och bärbar telekommunikationsapparat innefattande en sådan antenn - Google Patents

Description

25 30 35 522 8 UEUSIS AR \\CURRENT\DB\PMDIi<\DOC\P\]|l7U-0]|'41| SE-doc vb - . | a n nu o v . n - . . . ,. f» a.

E på en första yta av en dielektrisk platta. På en motsatt yta av den dielektriska plattan finns ett plant parasitele- ment, vilket i vissa utföringsformer kan fungera som en se- parat radiator, varvid antennen förses med möjligheten att verka i tre frekvensomràden. Antennen enligt EP-A2-O 923 158 är särskilt anpassad för montering på mobiltelefonens bakvägg.

US-A-6 124 831 beskriver en hopvikt dubbelfrekvens- bandantenn för en trådlös kommunikator. Ett C-format di- elektriskt underlag har en hopvikt konfiguration. En kon- tinuerlig slinga av ledande material, vilken tjänar som ett strålande element, år placerad pà första och andra motsatta och parallella ytor hos det dielektriska underlaget. Mellan de första och andra partierna av den kontinuerliga slingan av ledande material, vilka är placerade på två parallella ytor hos det dielektriska underlaget, finns en utdragen di- elektrisk distansbricka. Den första delen hos den kontinu- erliga slingan av ledande material är vidare elektriskt an- slutet till det andra partiet genom ett mellanliggande par- ti av ledande material, vilket är placerat på en tredje yta hos det dielektriska substratet, rätvinkligt mot de första och andra ytorna. Antennen åstadkommer åtminstone två sepa- rata och distinkta frekvensband. Den kontinuerliga slingan av ledande material, vilken är placerad på den första, andra och den mellanliggande tredje ytan hos det dielekt- riska substratet, har en enhetlig meanderform med identisk konfiguration och slingbredd.

Samanfattning av uppfinningen Det är ett primärt ändamål med den föreliggande upp- finningen att åstadkomma en väsentlig förbättring över ti- digare kända antenner av den typ med en slinga av tunt le- dande material, vilken är anpassade att verka i mer än ett frekvensband. Det är mer specifikt ett ändamål med uppfin- ningen att åstadkomma en antenn, vilken är både liten och 10 15 20 25 30 35 faan D¿1¿ 020513 AR \\CURRENT\DB\PubliC\DOC\P\J|ETN-IIIHL SE-dßt ø - . ~ .- n u.

. ' . O I I il har bra prestanda inte bara i ett lågt frekvensband, såsom 900 MHz GSM bandet, utan även bra prestanda i flera högre frekvensband, såsom 1800 MHz GSM- eller DCS-bandet, 1900 MHz GSM- eller PCS-bandet, 2,1 GHz UMTS bandet såväl som 2,4 GHz ISM-bandet (Bluetoothæ).

Ett ytterligare ändamål är att åstadkomma en antenn, vilken kan utformas som en kontinuerlig slinga av ledande material utan att behöva separata parasitelement för impe- dansmatchningssyften.

Ett ytterligare ändamål med uppfinningen är att åstadkomma en antenn, vilken inte kräver en väldefinierad elektrisk jord. Ånnu ett ändamål är att åstadkomma en antenn, vilken är billig att tillverka.

Slutligen är ett ytterligare ändamål att åstadkomma en antenn, vilken kan inneslutas i ett plast- eller gummi- hölje, vilket kan fästas vid ett externt parti av mobilte- lefonen och som kan böjas, till viss grad, utan att skada antennen.

De ovanstående ändamålen uppnås med en multibandan- tenn enligt det bifogade oberoende kravet. Ãndamålen uppnås mer specifikt av en multibandantenn av den typ som innefat- tar en kontinuerlig slinga av ledande material med ett för- sta ledande parti anordnat i ett första plan och ett andra ledande parti anordnat i ett andra plan, vilka första och andra plan är skiljaktiga från varandra, där det första le- dande partiet har en matningsände att anslutas till radio- kretssystem i en bärbar telekommunikationsapparat genom att anordna det andra ledande partiet så att det har en di- stinkt mindre bredd än det första ledande partiet.

Enligt en föredragen utföringsform uppnås de ovan- stående ändamålen vidare genom att konstruera det första ledande partiet som en bred rätlinjig matningsremsa medan det andra ledande partiet ges en meanderform med en väsent- ligt smalare bredd. De första och andra ledande partierna 10 15 20 25 30 35 522 020513 AR \\(URRE||T\DB\PuhlíC\DOC\P\J|B7'O-OI\II SE-doc v . - . n u. I. ~ | o u nu u - . v - n är sammanlänkade via ett tredje ledande parti, vilket är lika smalt som det andra ledande partiet och sträcker sig rätvinkligt mellan de första och andra ledande partien, vilka är placerade parallellt med varandra i det första re- spektive andra planet. Den distinkta ändringen av bredd mellan det första ledande partiet (den breda matningsrem- san) och det mellanliggande tredje ledande partiet gene- rerar en impedansblockering, vilken spelar en viktig roll för den elektriska prestandan.

I den föredragna utföringsformen är de första och andra ledande partierna (dvs. de första och andra paral- lella planen) med fördel förskjutna med åtminstone 2 mm (lika med längden hos det mellanliggande tredje ledande partiet), vilket begränsar parasiteffekter mellan de första och andra ledande partierna. Den föredragna utföringsformen har vidare ett fjärde ledande parti, vilket är fäst till det andra ledande partiets ände (det smala meanderformade partiet), och vilket är väsentligen bredare än det andra ledande partiet och verkar för att åstadkomma kapacitiv last hos antennen för inställningssyften. Det första ledan- de partiet (den breda matningsremsan) har en stor bredd, vilket gör den väsentligt bredare än konventionella antenn- slingor av ledande material. I den föredragna utföringsfor- men är det första ledande partiets bredd åtminstone 5 mm, och detta innefattar matningsgränssnittet till radio- kretssystemet hos den bärbara telekommunikationsapparaten.

Andra ändamål, särdrag och fördelar med den förelig- gande uppfinningen blir uppenbara från den följande detal- jerade beskrivningen av föredragna och alternativa utfö- ringsformer, från de efterföljande ritningarna såväl som från underkraven.

Det skall framhållas att termen "innefattar/innefat- tande" när den används 1 denna detaljerade beskrivning skall tas för att specificera närvaron av anförda särdrag, helheter, steg eller komponenter men utesluter inte när- 10 15 20 25 30 35 . . | - ao u ~ . , ,, 020513 AR \\CURRENT\DB\Public\DOC\P\l67N-GLUI SE-d0C . , , , , _ _ _ _ '_ ...u varon eller tillägget av ett eller flera andra särdrag, helheter, steg, komponenter eller grupper därav.

Kortfattad beskrivning av ritningarna Föredragna och alternativa utföringsformer av den fö- religgande uppfinningen kommer nu att beskrivas i ytterli- gare detaljer med hänvisning till de efterföljande ritning- arna, på vilka: FIG 1 är en schematisk perspektivvy av en bärbar te- lekommunikationsapparat i form av en mobiltelefon enligt en aspekt av uppfinningen, FIG 2 är en sidovy av mobiltelefonen, som visas i FIG 1.

FIG 3 är en schematisk perspektivvy av en multi- bandantenn enligt en föredragen (första) utföringsform av uppfinningen, vilken är ansluten till radiokretssystem pà ett tryckt mönsterkort i mobiltelefonen i FIG 1 och 2, FIG 4 är en sidovy, som motsvarar FIG 3, FIG 5 är en förstorad toppvy av multibandantennen, som indikeras i FIG 3 och 4, FIG 6, vy, en sidovy och en förstorad toppvy av en andra utfö- 7 och 8 illustrerar en schematisk perspektiv- ringsform av den föreliggande uppfinningen, FIG 9-11 illustrerar en schematisk perspektivvy, en sidovy och en förstorad toppvy av en tredje utföringsform av uppfinningen, FIG 12-14 illustrerar en schematisk perspektivvy, en sidovy och en förstorad toppvy av en fjärde utföringsform av den föreliggande uppfinningen, vilken är baserad pà praktiska test, FIG 15 är ett reflektionsdämpningsdiagram för att il- lustrera simulerad prestanda för de första, andra och tred- je utföringsformerna, FIG 16 är ett Smith-diagram, som representerar simu- lerad prestanda för den för första utföringsformen, 10 15 20 25 30 Cf)fi .J¿.¿ . . . . " 020513 AR \\CURRENT\D8\Pub1ic\DOC\P\lB?'|-UL'll SE-døfi q I c u o n u - 1 : a.

FIG 17 är ett Smith-diagram, som representerar simu- lerad prestanda för den andra utföringsformen, FIG 18 är ett Smith-diagram, som representerar simu- lerad prestanda för den tredje utföringsformen, FIG 19 mot frekvens för den tredje utföringsformen, FIG 20 mot frekvens för den tredje utföringsformen, FIG 21 effektivitet FIG 22 är ett stàendevågkvotsdiagram för spänning illustrerar cirkulärpolarisationsförstärkning illustrerar linjärpolarisationsförstärkning illustrerar antenneffektivitet och stràlnings- för den tredje utföringsformen, (VSWR-diagram), vilket representerar uppmätt antennprestan- da för den fjärde utföringsformen, när antennen har ett gummihölje och hålls i fri rymd, FIG 23 är ett Smith diagram, vilket illustrerar upp- mätt antennprestanda för den fjärde utföringsformen när an- tennen har ett gummihölje och hålls i fri rymd, FIG 24 är ett ståendevågkvotsdiagram för spänning (VSWR-diagram), vilket representerar uppmätt antennprestan- da för den fjärde utföringsformen när antennen har ett gum- mihölje och hålls i position för att tala, och FIG 25 är ett Smith diagram, vilket illustrerar upp- mätt antennprestanda för den fjärde utföringsformen när an- tennen har ett gummihölje och hålls i en position för att tala.

Detaljerad beskrivning FIG 1 och 2 illustrerar en mobiltelefon 1 som ett ex- empel av en bärbar telekommunikationsapparat, i vilken an- tennen enligt uppfinningen kan användas. Antennen enligt uppfinningen kan emellertid användas i väsentligen vilken annan bärbar kommunikationsapparat som helst, vilken måste fungera i åtminstone två, företrädesvis åtminstone tre fre- kvensband. 10 15 20 25 30 35 I? h OALL 020513 AR \\CURRENT\DE\PUBIic\D0(\P\l!7'4-fl1'4l SE-dnc VD n | a o . N o v o ø n | u . , , ,, :sn C)¿ 7 Mobiltelefonen 1, vilken visas i FIG 1 och 2, inne- fattar en högtalare 2, en knappsats 4, en mikrofon 5 och en display, såsom är allmänt känt inom tekniken. Mobiltelefo- nen 1 innefattar vidare ett plast- eller gummihölje 3, vil- ket är monterat ovanpå mobiltelefonens 1 apparathölje. An- tennen enligt uppfinningen är innesluten inuti detta hölje, såsom kommer att beskrivas vidare nedan. Som särskilt visas i FIG 2 har plast- eller gummihöljet 3 viss flexibilitet (som indikerats av hänvisningsbeteckningar 6 och 7) så att antennhöljet 3 kan böjas, i viss utsträckning, utan att skada antennen inuti höljet. Detta åstadkommer uppenbarli- gen en stor fördel jämfört med konventionella mobiltelefo- ner av den typ med antingen en inskjutbar sprötantenn eller en oböjlig helix antenn, vilka båda är väsentligen oskydda- de och oavsiktligt kan brytas av i oturliga situationer där antennen är utsatt för starka externa brytkrafter.

FIG 3-5 illustrerar en multibandantenn 11 enligt en föredragen (första) utföringsform av uppfinningen. Antennen 11 består av en kontinuerlig slinga av elektriskt ledande material, företrädesvis koppar eller annan lämplig metall med mycket goda ledande egenskaper. Det ledande materialet är mycket tunt, företrädesvis omkring 30-35;un; följaktli- gen har antennens 11 tjocklek överdrivits i hög grad endast för illustrativa syften på ritningarna. Såsom visas i FIG 3-5 tjänar en antennanslutningsdel 12 för att ansluta an- tennen 11 till radiokretssystemet 9, vilket tillhandahålls på ett tryckt mönsterkort 10 i mobiltelefonen 1. Antennan- slutningsdelen 12 är endast schematiskt indikerad i FIG 3- 5. Den kan implementeras genom något av ett flertal kommer- siellt tillgängliga antennanslutningsdelar, såsom en fjäd- rande kontakt eller en pogo-pin kontakt.

Radiokretssystemet 9 som sådant utgör för övrigt ing- en betydande del av den föreliggande uppfinningen och kom- mer därför inte att beskrivas i ytterligare detalj häri.

Såsom enkelt förstås av fackmannen kommer radiokretssyste- 10 15 20 25 30 35 Pfiñ Dell 020513 AR \\CURRENT\DB\Puhlic\l>0C\P\l|l'W-0LHL SE-dflc ø o | . u fu» o met 9 innefatta olika kända HF- (högfrekvens) och basbands- komponenter, vilka är lämpliga för att ta emot en radiofre- kvenssignal (HF-signal), filtrera den mottagna signalen, demodulera den mottagna signalen till en basbandssignal, filtrera basbandssignalen ytterligare, konvertera bas- bandssignalen till digital form, anbringa digital sig- nalbehandling till den digitaliserade basbandssignalen (in- nefattande kanal och talavkodning), etc. Radiokrets- systemets 9 HF- och basbandskomponenter kan omvänt anbringa tal- och kanalomkodning till en signal som skall sändas, modulera den pà en bärvàgssignal, tillhandahålla den resul- terande HF-signalen till antennen 11 etc.

Antennslingan 11 formar i huvudsak en biplanstruktur 17), vilken är anordnat vid ett vertikalt avstånd av omkring 5-10 mm (ett första plan 13 och ett andra plan 15, 16, med avseende på det tryckta mönsterkortet 10. Antenn- slingans 11 plan kan antingen vara parallella med det tryckta mönsterkortet 10, sàsom visas i ritningarna, eller till det tryckta mönsterkortet 10 beroende pà den faktiska implemen- alternativt anordnas med en vinkel, såsom 15°, teringen, konstruktionen av höljet 3 med avseende på mobil- telefonens 1 apparathölje etc. De första och andra antenn- planen är vidare företrädesvis, men inte nödvändigtvis, pa- rallella med varandra.

Antennslingan 11 innefattar ett första ledande parti 13, vilket fungerar som en geometriskt bred matningsremsa och är följaktligen anpassat att kommunicera elektriskt med radiokretssystemet 9 på det tryckta mönsterkortet 10 via antennanslutningsdelen 12. Det första ledande partiet 13 har en rätlinjig utsträckning, såsom visas i FIG 3-5, och har en väsentlig bredd av flera mm, företrädesvis 5-7 mm.

Det exakta värdet för bredden hos det första ledande parti- et 13 måste emellertid väljas under moget övervägande av olika konstruktions- och inställningsparametrar, såsom lätt förstås av fackmannen. Det första ledande partiet 13 (den 10 15 20 25 30 35 I' f\ f\ O¿!¿ 020513 AR \\CURRENT\DB\Puh1iC\DOC\P\167H-DINI SE.d0C Ann Ö4fl7 5 breda matningsremsan) kommer primärt verka som en radiator såsom DCS, PCS, UMTS eller Blueto- othm, såsom kommer att beskrivas i ytterligare detalj sena- för högre frekvensband, re.

Ett andra ledande parti 15, 16 hos den kontinuerliga antennslingan 11 kommer primärt fungera som radiator för ett lågfrekvensband såsom GSM 900. Som visas i FIG 3-5 är det andra ledande partiet 15, 16 vridet i en meanderform (med undantaget av en kort inledande rak del 15) och har en väsentligt mindre (smalare) bredd än det första ledande partiet 13 - en faktor 1:10 är ett lämpligt exempel.

Det första ledande partiet 13 är anordnat i ett för- sta horisontellt plan, medan det andra ledande partiet 15, 16 är anordnat i ett andra horisontellt plan, och det för- sta och andra ledande partierna är sammanlänkade via ett kort mellanliggande tredje ledande parti 14, vilket sträck- er sig vinkelrätt mot de första och andra planen, dvs. i en vertikal riktning mellan en andra ände hos det första le- dande partiet 13 (motsatt dess matningsände nära an- tennanslutningsdelen 12) och en första ände hos det andra ledande partiet 15, 16. Det tredje ledande partiets 14 längd är företrädesvis åtminstone 2 mm; med andra ord är det första planet inklusive det första ledande partiet 13 separerat från det andra planet inklusive det andra ledande partiet 15, 16 med åtminstone 2 mm. Det tredje ledande par- tiet 14 är väsentligt smalare än det breda första ledande partiet 13. De andra och tredje ledande partierna 14 re- spektive 15, 16 har företrädesvis samma bredd.

Meningen med det andra ledande partiet 15, 16 är att vrida det relativt nära det första ledande partiet 13 för att inte uppta något onödigt utrymme i det andra planet.

Det kommer att finnas en viss elektromagnetisk koppling mellan de första och andra ledande partierna 13 respektive 15, 16. Den exakta vridningen av det andra meanderformade ledande partiet 15, 16 måste följaktligen testas ingående 10 15 20 25 30 35 E00 000 _ uLL UL/:mmm ' ' , . .n u nu I I nansza u: ucumzzvnwoaxnuuxicxvonvuavu-uzlu. :Lao-z f' 'g- ¿,_°,;:, '..°...' å.. I LU beroende den faktiska tillämpningen. Det andra meanderfor- made ledande partiet 15, 16 skall inte förväxlas med en traditionell parasitdel, vilken skulle placeras 0,5-1 mm ifrån det första ledande partiet 13 utan någon elektrisk sammanlänkning. Det meanderformade andra ledande partiet 15, 16 är tvärtom galvaniskt anslutet till det första le- dande partiet l3 via det korta vertikala tredje ledande partiet 14 och är följaktligen en faktisk del av den kon- tinuerliga antenn slingan 11.

Den distinkta ändringen av bredd mellan det första ledande partiet 13 och det tredje ledande partiet 14/andra ledande partiet 15, 16 är elektriskt viktigt eftersom det kommer åstadkomma en impedansblockering, som kommer att tillåta multibanddrift i flera breda individuella fre- kvensband.

Ett fjärde ledande parti 17 kan som en valmöjlighet åstadkommas som en topplast vid den andra änden hos det me- anderformade andra ledande partiet 15, 16. Topplasten 17 i den föredragna utföringsformen har en nästan fyrkantsformad yta, vilken är väsentligt bredare än det smala mean- derformade andra ledande partiet 15, 16. Om en topplast an- vänds är den företrädesvis anordnad i samma plan (dvs. det andra planet) som det meanderformade andra ledande partiet 15, 16. Syftet med topplasten 17 är att åstadkomma kapaci- tiv last hos den kontinuerliga antenn slingan 11 för in- ställningssyften.

En typisk elektrisk längd hos hela antennen 11, när den strålar vid GSM 900 MHz, kommer att vara_2k/5, där Ä är våglängden i fri rymd (33,3 cm). Antennens 11 typiska elektriska längd i 1800 MHz frekvensbandet kommer följ- aktligen vara ungefärligen Ä/5.

För att ytterligare reducera antennens 11 storlek kan ett dielektrisk element vara infört mellan det första och andra planet, dvs. mellan det breda raka första ledande partiet 13 och det smala meanderformade andra ledande par- 10 15 20 25 30 35 un c n . Q ø u | ø o e ~ . o n c pc DEIJSIB AR \\CURRENT\DB\PuhliC\DOC\P\Ll7\|-|J]|NL SLdOC tiet 15, 16. För tydlighet är ett sådant dielektriskt mate- . rial endast indikerat med en pil 18 i FIG 4. För detta syf- te är fackmannen i huvudsak fri att välja bland ett flertal kommersiellt tillgängliga dielektriska material.

Ett dielektrisk instickselement 18 mellan de första och andra ledande partierna 13 och 15, 16 kommer att ha en ytterligare fördel genom att det kommer åstadkomma styvhet hos antennen 11 och hjälpa till att förebygga att de första och andra ledande partierna förskjuts från varandra. Det dielektriska instickselementet 18 kan följaktligen med för- del väljas att ha en ganska hög stabilitet, om än inte fullständigt styv för att tillåta viss flexibilitet hos den inneslutna antennen 3, såsom indikeras vid positioner 6 och 7 i FIG 2.

Antennslingan 11 är fäst vid ett plant stödelement, företrädesvis i form av en dielektrisk kaptonfilm (polya- midfilm). I den föredragna utföringsformen används en kap- tonfilm som hänvisas till som R/Flex 2005K med en tjocklek av 75 pnz och som är kommersiellt tillgänglig från Rogers Corporation, 100 N, Dobson Road, Chandler, AZ-85224, USA. Alternativt kan en liknande dielektrisk film användas som t.ex. tillhandahålls av Freu- denberg, Mectec GmbH & KG, Headquarters, D-69465 Wein- Circuit Materials Division, heim/Bergstrasse, eller någon annan lämplig kommersiellt tillgänglig dielektrisk film.

Slingan 11 av ledande material och kaptonfilmen utgör tillsammans en flexfilm.

För att skydda den kontinuerliga antennslingan 11 är den företrädesvis inneslutet i ett gummi- eller plasthölje 3. DRYFLEX 502670 SEBS 67 Shore A från Nolato Elastoteknik AB, Box 51, SE-662 22 ÅMÅL, Sverige, är ett exempel på ett lämpligt material för höljet. En lämplig tjocklek för höl- jet kan t.ex. vara omkring 1-2 mm.

Den första utföringsformen som visas i Fig. 3-5, är en liten och effektiv antenn, vilken åstadkommer bra reso- 10 15 20 25 30 35 Efäñ (50 U¿1L (JL 020513 ÅR \\CURRENT\DB\Public\DOC\P\].B?||-Ul°41 SEJIOC - . . ° » . . - . . - » . - ~ u nansprestanda i flera olika frekvensband. Detta illustreras av ett Smith diagram i FIG 16 och ett reflektionsdämpnings- diagram i FIG 15. Båda dessa diagram är resultaten av simu- leringar snarare än mätningar gjorda på en verklig antenn.

Ett datorsimuleringsprogram kallat IE3D, distribuerat av Zeland Software Inc., USA, har använts för simuleringarna.

Simuleringarna har gjorts utan något gummi- eller plast- hölje för att skydda den kontinuerliga antenn slingan 11.

Vidare har inte en fullständig mobiltelefon utan endast ett rektangulärt tryckt mönsterkort 10, ingen verklig antenn- anslutningsdel 12 samt inget dielektriskt material 18 an- vänts. Särskilt med avseende på reflektionsdämpningsdia- grammet i FIG 15 motsvarar resonansfrekvensområdena däri följaktligen inte exakt de önskade frekvensomràdena i fak- tiska tillämpningar. Den simulerade antennen uppvisar följ- aktligen optimal resonans för frekvenser som är belägna vid något högre frekvenser än de önskade frekvensbanden, vilka är: EGSM vid 880-960 MHZ, DCS vid 1710-1880 MHZ, PCS vid 1850-1990 MHz, UMTS vid 1920-2170 MHZ och ISM/Bluetoothø vid 2400-2500 MHz. Anledningen till detta är att kompensera för förluster, som introducerats av ett gummi- eller plast- hölje såsom DRYFLEX. Höljet kommer sänka resonansfrekven- serna och även introducera vissa förluster, vilka tyvärr kommer reducera antennförstärkningen något men vilka å andra sidan kommer att åstadkomma ännu större bandbredd.

Ett reflektionsdämpningsdiagram illustrerar såsom är känt för fackmannen frekvenserna, vid vilka en antenn fun- gerar, dvs. där antennen ger resonans. Reflektions- dämpningsdiagrammet, som är presenterat i FIG 15, represen- terar reflektionsdämpningen i decibel som en funktion av frekvens. Ju lägre dB-värden i ett reflektionsdämpningsdia- gram desto bättre. Vidare, desto breddare resonans desto bättre. I ett reflektionsdämpningsdiagram är resonansen en area, inom vilken reflektionsdämpningen är låg (ett högt negativt värde i dB). I diagrammet i FIG 15 ser detta ut 10 15 20 25 30 E00 000 _ _ _ _ U QLL u¿1 . . . . .- ' ' . . - . . - u - v 0 020513 ÅR \\{URRENT\DB\PuhliC\DOC\P\lB?N-UXNI SE-dot LH som en brant och djup hålighet. Reflektionsdämpning är en parameter, som indikerar hur mycket energi antennen kommer att reflektera eller acceptera vid en given frekvens.

Reflektionsdämpning (RL) kan definieras som: RL = -20-lg[abs(F)], där F = (reflekterad spänning eller ström)/(infallande spänning eller ström).

Ett liknande diagram är SWR (Standing Wave Ratio).

SWR definieras som kvoten mellan maximal spänning eller ström och minimal spänning eller ström.

Smith diagram är ett bekant verktyg inom tekniken och beskrivs ingående i litteraturen, t.ex. i kapitlen 2.2 och 2.3 i "Microwave Transistor Amplifiers, Analysis and De- sign", av Guillermo Gonzales, Ph.D., Englewood Cliffs, NJ 07632, USA, ISBN 0-13-581646-7. visning görs även till "Antenna Theory - Analysis and De- Prentice-Hall, Inc., Hän- sign", Balanis Constantine, John Wiley & Sons Inc., ISBN 0471606391, 57-59. Båda dessa böcker inför- livas fullständigt häri genom referens. Smithdiagrams ka- sidorna 43-46, raktär penetreras följaktligen inte i någon detalj häri.

Smith diagrammen i denna specifikation illustrerar emeller- tid kort fattat antennens inmatningsimpedans: Z = R+jX, där R representerar resistansen och X representerar reaktansen.

Om reaktansen X > 0, hänvisas den till som induktans, an- nars kapacitans.

I Smith diagrammet representerar den kurvformade gra- fen olika frekvenser i en ökande sekvens. Diagrammets hori- sontella axel representerar ren resistans (ingen reaktans).

Av särskild relevans är punkten vid 50 (2, vilken normalt sett representerar en ideal ingàngsimpedans. Smith diagram- mets övre hemisfär hänvisas till som den induktiva hemisfä- ren. Den nedre hemisfären hänvisas motsvarande till som den kapacitiva hemisfären. 10 15 20 25 30 35 uausxa AR vcunncnnosuvuuxxcxoocxvxzevu-nmui :mm 2 3 2 J.. '..' - En andra utföringsformen av antennen 21 enligt upp- finningen visas i FIG 6-8. Liknande hänvisningsbeteckningar i FIG 6-8 betecknar liknande komponenter i FIG 3-5. Antenn- anslutningsdelen 22 i FIG 6-8 är följaktligen väsentligen identisk med antennanslutningsdelen 12 i FIG 3-5, det för- sta ledande partiet 23 i FIG 6-8 är väsentligen identiskt med de första ledande partiet 13 i FIG 3-5, etc. Den huvud- sakliga skillnaden mellan den första och andra utförings- formen är layouten av den valfria kapacitiva topplasten 17/27, vilken är väsentligt mindre i den andra utförings- formen ân i den första utföringsformen. Simulerad prestanda för den andra utföringsformen illustreras i reflektions- dämpningsdiagrammet i FIG 15 och i ett Smith diagram i FIG 17.

En tredje utföringsform av antennen 31 enligt uppfin- ningen visas i FiG 9-11. Liknande hänvisningsbeteckningar i FIG 9-11 betecknar liknande komponenter i FIG 3-5. Antenn- anslutningsdelen 32 i FIG 9-11 är följaktligen väsentligen identisk med antennanslutningsdelen 12 i FIG 3-5, det för- sta ledande partiet 33 i FIG 9-11 är väsentligen identisk med det första ledande partiet 13 i FIG 3-5 etc. Den huvud- sakliga skillnaden mellan den tredje utföringsformen och den första utföringsformen är att den tredje utföringsfor- men inte har nàgon kapacitiv topplast. Simulerad prestanda för den tredje utföringsformen illustreras i reflektions- dämpningsdiagrammet i FIG 15 och i ett Smith diagram i FIG 18. FIG 19 illustrerar cirkulärpolarisationförstärkning mot frekvens för den tredje utföringsformen, medan FIG 20 illu- strerar linjärpolarisationsförstärkning mot frekvens och FIG 21 illustrerar antenneffektivitet och stràlningseffek- tivitet. Dessa ritningar representerar alla simulerad data.

Allt sammantaget är den första, andra och tredje ut- föringsformen liknande i konstruktion och prestanda.

En fjärde utföringsform av antennen 41 enligt den fö- religgande uppfinningen illustreras i FIG 12-14. Jämfört 10 15 20 25 30 0'5 . . . . . . . . . . 1 (JL C110 O 044 Ysæræzs 0205)! AR \\CURRENT\DB\PublÅCUNCVNLGTN-DLUI SE-dnc uu I a o u u a ø | ø e o . I O I n! LS med de föregående utföringsformerna har den fjärde utfö- ringsformen 41 en skillnad i att dess meanderformade andra ledande partiet 45, 46 har en något annorlunda layout. En liten kopparplatta 48 har dessutom fästs vid ett parti hos det meanderformade andra ledande partiet 45, 46. Koppar- plattan 48 är mer specifikt placerad för att åstadkomma en kortslutning mellan två närliggande vridningar hos meandern 46. Detta kommer att förskjuta resonansfrekvenserna och tillåta inställning till önskade frekvensband. Faktiska mätningar, till skillnad från simulerad prestanda, har gjorts för den fjärde utföringsformen i FIG 12-14. FIG 22 illustrerar ett SWR-diagram för den fjärde utföringsformen när den hålls i fri rymd. FIG 23 illustrerar ett motsvaran- de Smith-diagram. I diagrammen i FIG 22 och 23 indikeras värden vid 5 olika frekvenser som markörer 1-5. FIG 24 och 25 illustrerar omvänt uppmätt antennprestanda för den fjär- de utföringsformen när den hålls i en position för att tala.

Antennen enligt den fjärde utföringsformen uppvisar utmärkt prestanda i ett nedre frekvensband, vilket är be- läget i EGSM bandet mellan 880 och 960 MHz.

SWR diagrammet uppvisar vidare en mycket bred reso- nanshålighet i högre frekvensband, vilken täcker viktiga frekvensband vid 1800 och 1900 MHz, såväl som faktiskt även frekvensband vid 2,1 GHz och 2,4 GHz.

För att avsluta, antennen enligt uppfinningen åstad- kommer inte bara utmärkt prestanda i ett lågfrekvensband omkring 900 MHz (t.ex. för EGSM) utan även i fyra olika högfrekvensband omkring 1800 MHz (t.ex. DCS eller GSM 1800 vid 1710-1880 MHz), 1900 MHz (t.ex. PCS eller GSM 1900 vid 1850-1990 MHz), 2100 MHz (t.eX UMTS, lephone System") och 2400-2500 MHz (t.ex. Bluetooth®, ISM - Antennen enligt upp- "Universal Mobile Te- "Industrial, Scientific and Medical"). finningen är med andra ord en multibandantenn med täckning 10 15 20 25 30 Cfïñ J¿LL 020513 AR \\(URRENT\DB\Puh1iC\|)0(\P\lB7\l-0l\01 SE-dnt unna Öfïfi _. . . . . H OÅÄ7 ÉÉÉ f:':: nu " lb o o n o . o » o ø u o p o av ett mycket brett frekvensband, vilket kommer att hänvi- sas till ytterligare nedan.

Studier och experiment har visat att, framförallt, det geometriskt breda första ledande partiet 13/23/33/43 genererar den breda högbandsresonansen, vilken indikeras i diagrammen. En stående våg erhålls med en hög impedans om- kring den andra änden (motsatt matningsänden 12) hos det första ledande partiet (matningsremsan) 13. Omvänt åstad- kommer framförallt det meanderformade andra ledande partiet 15, 16 bra prestanda för det låga frekvensbandet. Vrid- ningen av det andra ledande partiet 15, 16 lägger vidare till induktiv impedans till antennstrukturen 11. Detta åstadkommer en impedansomformning i det att det smala vrid- na andra ledande partiet 15, 16 anses, vid höga frekvenser, ha en mycket hög impedans men en önskad låg impedans, om- kring 50 (2, i det låga frekvensbandet. Anslutningen 14 mellan den breda matningsremsan 13 och det smala vridna partiet 15, 16 fungerar följaktligen som en sorts impedans- omformare.

Det har dessutom upptäckts att bandbredden hos hög- frekvensbandet (banden) kan styras genom bredden hos det första ledande partiet (breda matningsremsan) 13. Band- bredden hos det högfrekvensbandet (banden) ökar med ökning av bredden hos det första ledande partiet 13, upp till en viss gräns.

En viktig aspekt med antennen enligt uppfinningen är att den inte behöver en väldefinierad elektrisk jord i mot- sats till vissa kända antenner.

En annan viktig fördel med den föreliggande uppfin- ningen är att den tillåter en mycket låg tillverkningskost- nad. En ytterligare fördel är att den tillåter reducerad antennstorlek jämfört med tidigare kända lösningar, och att den är självmatchad till den önskade impedansen (t.ex. 50 Q). 10 l5 20 q . , ø Q n n u n | u: 020513 AR \\CURRENT\DB\Pub1iC\DO(\P\LB?N-UP4I $E~d0< Den föreliggande uppfinningen har beskrivits ovan med hänvisning till en föredragen utföringsform tillsammans med tre alternativ. Många andra utföringsformer, som inte är beskrivna häri, är emellertid likaså möjliga inom uppfin- ningens omfång, såsom definierade av de bifogade oberoende patentkraven. Särskilt med avseende på den geometriska di- mensioneringen för slingan av ledande material, vilken ut- gör antennen, måste de olika dimensionerna alla behöva väl- jas omsorgsfullt beroende på den faktiska tillämpningen.

Frekvensbanden, i vilka antennen fungerar, kan vidare också varieras mycket beroende på den faktiska tillämpningen. An- tenn slingan måste följaktligen ställas in för den faktiska tillämpningen, vilket emellertid tros vara inget annat än ren rutinàtgärd för en fackman och vilket därför inte krä- ver någon ytterligare förklaring häri. Även om det åtminstone för närvarande föredras att det första ledande partiet (den breda matningsremsan) har en rätlinjig (rak) utsträckning kan det vara möjligt, i andra utföringsformer, att utforma det första ledande par- tiet med en kurvform.

Claims (25)

10 15 20 25 30 35 - u - - nu 020513 AR E=\PUBLI(\DOC\P\LB7'4-Ul'l]| SE nya krawdoc u Q ~ an~øou 0 0 | . « . f o ; - . . o - ø : n c PATENTKRAV

1. Multibandantenn för användning i en bärbar tele- kommunikationsapparat (1), vilken antenn innefattar en kon- tinuerlig slinga (11) av ledande material, vilken ledande slinga har ett första ledande parti (13) anordnat i ett första plan och ett andra ledande parti (15-16) anordnat i ett andra plan, vilket andra plan är skiljaktigt fràn det första planet, det första ledande partiet har en matnings- ände (12) att anslutas till radiokretssystem (9) i den bär- bara telekommunikationsapparaten, kännetecknad av att det första ledande partiet (13) och matningsänden (12) har en distinkt större bredd än det andra ledande partiet (15, 16)

2. Antenn enligt krav 1, varvid det första ledande partiet (13) har en rätlinjig utsträckning, medan det andra ledande partiet (15-16) är meanderformat.

3. Antenn enligt krav 2, varvid det första planet är parallellt med det andra planet och varvid den kontinuerli- ga slingan (11) har ett tredje ledande parti (14), vilket sammanlänkar det första ledande partiet (13) med det andra ledande partiet (15-16) och vilket inte är parallellt med de första och andra planen.

4. Antenn enligt krav 3, varvid det tredje ledande partiet 14 har en bredd, vilken är väsentligen lika med bredden hos det andra ledande partiet (15-16).

5. Antenn enligt krav 4, varvid det tredje ledande (14) sta ledande partiet (13) motsatt dess matningsände (12) och partiet är anslutet mellan en andra ände hos det för- en första ände hos det andra ledande partiet (15-16) och varvid det tredje ledande partiet sträcker sig vinkelrätt mellan de första och andra planen. 10 15 20 25 30 35 v I > | aa

6. Antenn enligt krav 3, varvid avståndet mellan de första och andra planen är åtminstone 2 mm.

7. Antenn enligt något av kraven 4-6, varvid den kontinuerliga slingan (11) har ett fjärde ledande parti (17), vilket är anslutet till en andra ände hos det andra partiet (14), motsatt dess första ände, vilket fjärde le- dande parti är bredare än det andra partiet och åstadkommer kapacitiv last hos antennen.

8. Antenn enligt krav 7, varvid det fjärde ledande partiet (17) är anordnat i det andra planet.

9. Antenn enligt krav 1, varvid bredden hos det för- sta ledande partiet (13) är åtminstone 5 mm.

10. Antenn enligt krav 1, varvid det första ledande partiet (13) har en kurvform.

11. Antenn enligt krav 1, varvid radiokretssystemet (9) i den bärbara telekommunikationsapparaten 1 tillhanda- hålls pà ett tryckt mönsterkort (10), tillhandahålls med ett vertikalt av- stånd från det tryckta mönsterkortet. och varvid den konti- nuerliga slingan (11)

12. Antenn enligt krav ll, varvid det vertikala av- ståndet är i storleksordningen av 5-10 mm.

13. Antenn enligt krav 11, vidare innefattande en an- (12) det första ledande partiet (9). tennanslutningsdel för att ansluta matningsänden hos (13) till radiokretssystemet

14. Antenn enligt krav 1, varvid den kontinuerliga slingan (11) har en tjocklek av omkring 30-35pnL 10 15 20 25 30 35 522 020513 AR E=\PUBLIC\DOC\P\L57*0-U]|N1 SE nya krav.d0C u - | . . . - . e u.

15. Antenn enligt krav 1, varvid det ledande materia- let för den kontinuerliga slingan (11) är koppar.

16. Antenn enligt krav 14, varvid den kontinuerliga slingan (11) åstadkoms på ett flexibelt dielektrisk stöd- element.

17. Antenn enligt krav 16, varvid det flexibla di- elektriska stödelementet är en kaptonfilm.

18. Antenn enligt krav 16 eller 17, varvid slingan 11 av ledande material och det platta dielektriska stöd- elementet utgör en flexfilm.

19. Antenn enligt något av föregående krav, försedd med ett hölje av plast eller gummi.

20. Antenn enligt något av föregående krav, vidare innefattande en dielektrisk del (18), som är placerad mel- lan det första och andra ledande partiet (13, 15-16).

21. Antenn enligt något av föregående krav, varvid antennen är anpassad att fungera i åtminstone tre frekvens- band.

22. Antenn enligt krav 21, varvid antennen är anpas- sad att fungera i åtminstone tre av de följande: ett första frekvensband vid omkring 900 MHz, ett andra frekvensband vid omkring 1800 MHz, ett tredje frekvensband vid omkring 1900 MHz, ett fjärde frekvensband vid omkring 2100 MHz och ett femte frekvensband vid omkring 2400 MHz.

23. Antenn enligt något av föregående krav, varvid det är en faktor 1:10 i skillnad i bredd mellan det andra 10 :nn on I I O I en neusza AR E:\Pus|.1c\|>oc\|=\1.a1u-n1.ux s: nya krm/mac I i I '--'-2-- '--' -2-- 9.! HD ledande partiet (15-16) och det första ledande partiet _(l3);

24. Bärbar telekommunikationsapparat (1) för använd- ning i ett trådlöst telekommunikationssystem, innefattande en antenn enligt något av föregående krav.

25. Bärbar telekommunikationsapparat enligt krav 24, varvid apparaten är en mobiltelefon (1).