SE523443C2 - Inbyggt antennsystem avstämt till åtminstone tre frekvensband och kommunikationsanordning innefattande ett sådant antennsystem - Google Patents

Description

30 35 40 (523 443 ~»~ 2 fickforrnat som bekvämt kan bäras och användas fór att sända eller ta emot telefon- samtal, samt fó-r att kommunicera med interaktiva databaser som Internet, i hemmet, på kontoret, på gatan, i bilen, etc., kommer att tillhandahållas av cellulära bärare som använder nästa generations digitala cellsystenrinfrastruktur, exempelvis W- CDMA, GPRS eller EDGE. För att kunna åstadkomma en acceptabel kompatibili- tetsnivå mellan utrustningama har man skapat standards i olika delar av världen. Till exempel har analoga standards som AMPS (Advanced Mobile Phone System), NMT (Nordic Mobile Telephone) och ETACS, och digitala standards som D-AMPS (t.ex. så som den specificeras i EIA/'fIA-IS-54-B och IS-136) och GSM (Global System for Mobile Communications, antaget av ETSI) utfärdats fór att standardisera kon- struktionskriterier för radiokommunikationssystem. När de väl skapats har dessa standards en tendens att återanvändas i samma liknande fonn fór att specificera tilläggssystem. Till exempel förutom det urspnmgliga GSM-systemet finns det också DCSl800,_ GPRS (General Package Radio Service), EDGE (Enhanced Data rate for GSM Evolution) (specificerat av ETSI), PCS 1900 (specificerat av Il" C i J- srD-oov), vilka ana är baserade på GSM. " Den senaste utvecklingen inom cellkommunikationstjänster innebär att man tillgriper ytterligare frekvensband fór användning vid hantering av mobila kommu- nikationstjänster, t.ex. för personliga kommunikationstjänster (PC S). Om vi använ- der USA som ett exempel, har det Cellulära hyperbandet tilldelats två frekvensband (vanligen betecknade fiekvensband A och frekvensband B) för att handha och styra kommunikationema i 800 MHz-området. Å andra sidan är PCS-hyperbandet i USA specificerat att innefatta sex olika frekvensband (A, B, C, D, E, F) i 1900 MHz- området Således firms det nu åtta tillgängliga frekvensband inom vilket givet servi- ceområde som helst i USA fór att underlätta kommunikationstjänstema. Vissa stan- dards har godkänts fór PCS-hyperbandet (t. ex. PCSl900 (J -STD-l36)), medan andra har godkänts för det Cellulära hyperbandet (t.ex. D-AMPS (IS-136)).

Vart och ett av de frekvensband som specificerats för de Cellulära och PCS- hyperbanden har tilldelats ett flertal trafïkkanaler och åtminstone en åtkomst- eller styrkanal. Styrkanalen används fór att styra eller övervaka driften av den mobila stationen medelst information som sänds eller tas emot från de mobila stationema.

Sådan information kan innefatta inkommande samtalssignaler, utgående samtalssig- naler, sökningssigrialer, sökningssvarssignaler, platsregisteringssigrtaler, röstkanal- tilldelningar, underhållsinstruktioner, överlämningar och cellvals- eller cellomvals- instruktioner når en mobil station färdas ut ur en cells radiotäclcrxingsonrråde och in i en annan cells radiotäckningsområde. Styr- och röstkanalema kan arbeta med användande av antingen analog eller digital modulering.

De signaler som utsänds av en basstation nedåt länken över trafik- och styr- kanalerna tas emot av mobila eller bärbara terminaler, som var och en har åtmin- stone en antenn. Historiskt sett har bärbara terminaler använt ett antal olika antenner 20 25 30 35 40 523 443 3 för att ta emot pch sända ut signaler över luftgränssnittet. Till exempel har mono- polära antenner som monteras lodrätt mot en ledande yta befunnits ge goda strål- ningsegenskaper, lämpliga drivpunktsimpedanser och relativt enkel uppbyggnad.

Monopolära antenner kan utföras i olika fysiska former. Till exempel har spröt eller- piskantenner ofta använts i samband med bärbara terminaler. För högfrekens- tillämpningar, där antennens längd skall minimeras, är spiralantennen ett armat val.

Som beskrivits ovan är det kommersiellt önskvärt att erbjuda bärbara termi- naler som kan arbeta inom mycket olika frekvensband, t. ex. band placerade i 900 MHz-omrâdet, 1800 MHz-området, 1900 NíI-Iz-området och 2100 MHz-området.

Följaktligen kommer man inom den närmaste framtiden att behöva använda anten- ner som ger tillfredsställande förstärkning och bandbredd inom alla de ovannänmda frekvensbanden.

Som ett exempel beskriver USA-patentet nr 4 572 595 en dubbelbandsantenn som har ett sågtandformat ledande element. Dubbelbandsantennen är avstämd till två olika frekvensband. Antennkonstruktionen i detta patent är relativt otillfreds- ställande efiersom den fysiskt ligger så nära intill mobiltelefonens chassi.

Det japanska patentet nr 6-3 7531 visar en spiral som innehåller en invändig, parasitisk metallstång. I detta patent kan antennen avstämmas till dubbla resonans- frekvenser genom att ställa om metallstångens läge. Olyckligtvis är denna konstruk- tions bandbredd för smal för att användas vid cellkommunikation.

Dubbelbandiga, tryckta, monopolära antenner är kända, i vilka dubbel reso- nans åstadkoms genom tillägg av en parasitremsa tätt intill en tryckt monopolär antenn. Även om en sådan antenn har tillräcklig bandbredd för cellkommunikation, så kräver den infogande av en parasitremsa. Moteco AB i Sverige har konstruerat en dubbelbandig sprötantenn och spiralantenn med spolanpassning, i vilken dubbel resonans åstadkoms genom att ställa in spolanpassningskomponenten (l/4k för 900 MHz och l/2l. för 1800 MHz). Denna antenn har relativt god bandbredd och goda strålningsegenskaper och en längd av storleksordningen 40 mm. En icke-uniforrn dubbelbandsspiralantenn som är av relativt liten storlek visas i den likaså under behandling varande, till samma sökande tillskrivna USA-patentansökan nr 08/725 507, med titeln ”Icke-uniforma flerbandsspiralantenner”.

För närvarande monteras antenner för radiokommunikationsanordningar, exempelvis mobiltelefoner, direkt på telefonens chassi. Men eftersom storleken och vikten hos de bärbara terminalema fortsätter att minska, blir de ovan beskrivna antennema mindre lämpliga på grund av sin storlek. Dessutom, eftersom funktiona- liteten hos dessa framtida kompakta bärbara terminaler ökar, så uppstår behovet av inbyggda miniatyrantenner som klarar av att ge resonans vid flera frekvensband.

Konventionella inbyggda antenner som för närvarande används i mobiltelefo- ner innefattar s.k. ”microstripflantenner och plana inverterade F-antenner. Micro- strip-antenner har liten storlek och låg vikt. Den plana inverterade F-antennen 1%/ 10 20 25 30 35 40 =523 443 . , . > ~ ~ .n 4 (PIFA) har redan använts i en handhållen mobiltelefon, såsom beskrivits av Q. Kas- sim, ”Inverterad F-antenn för bärbara handhållna telefoneffl IEE Symposium om Mikrovågsfilter och Antenner för personliga kommunikationssystem, sid. 3/ 1-3/6, Feb. 1994, London, England. På senare tid har Lie et al publicerat en slingrande om» vänd F-antenn (WO 96/27219). Denna antenn har en storlek som är ca 40 % av den som en konventionell PIFA-antenn har.

Fig. 1 och 2 visar den plana s.k. 'patchïantennen jämförd med den slingrande omvända F-antennen som beskrivs i Lai et al. Den konventionella plana patch- antennen i Fig. l har såväl storlek som längd lika med, till exempel, en kvarts våg- längd hos den frekvens till vilken antennen görs resonant. Den konventionella plana antennen har också en bredd W. Den slingrande omvända F-antennen, som visas i Fig. 2, har också en längd lika med en kvarts våglängd hos den resonanta frekvensen och en bredd lika med W; men storleken hos den slingrande omvända F-antennen har minskats till ca 40 % av storleken hos den konventionella plana patch-antennen.

Denna storleksminskning kan tillskrivas antennens slingrande form.

Emellertid, eftersom mobiltelefonerna blir mindre och mindre, så är både konventionella microstrip-antenner och FIFA-antenner fortfarande fór stora for att passa till framtidens små telefonchassier. I den likaså under behandling varande USA-patentansökan nr 09/ 1 12 366, med titeln ”Tryckt miniatyrspiralanten för mobila terminaler”, föreslogs en inbyggd tryckt spiralantenn med en anpassnings- ståndare. Antennens storlek hade minskats till 20-30 % av den konventionella PIFA- antennens (mindre än l/ 10 av våglängden) vilket därigenom gjorde den lämplig för framtida mobiltelefoner.

Förutom en minskad antennstorlek kommer framtidens mobiltelefoner att kräva förmågan att avstärmnas till många frekvensband för trådlösa, lokala cellnät- verk. I den likaså under behandling varande USA-patentansökan nr 09/112 152, med titeln ”Tvillingspiralantenn av dubbelbandstyp”, förelsogs en inbyggd flerbandsan- tenn som är lämplig för framtida telefoner. Den inbyggda antennen innefattar två spiralfonnade ledararmar med olika längd, och som kan avstämmas till olika fre- kvensband. För att öka antennens bandbredd införs en motståndsbelastningsteknik. I en arman, likaså under behandling varande USA-patentansökan nr 09/212 259, med titeln ”Tryckt flerbandsantenn”, tillhandahålls en inbyggd patch-antenn som irme- håller patch-element av olika storlekar och som kan avstämmas till olika frekvens- band, som framgår av Fig. 3.

En nackdel med de ovan beskrivna antennema är att de fortfarande är för stora och de har svårigheter att klara avstänmingen till flera frekvensband samtidigt som de skall ha ett brett frekvensband inom vart och ett av dessa flertal frekvens- band. Ändamålet med föreliggande uppfmning är att övervinna denna nackdel. lO 15 20 25 30 35 u a av: C 031127 AR \\CURRENT\DB\P\2874 EriCšr2d$le\PÅ-l NNA\SE\P287400l2_ü3ll27_šaßêrâlêïfsåknišl§.då 5 Q n - . - Samanfattning av uppfinningen Ovanstående ändamål uppnås medelst en kommunika- tionsanordning i ett radiokommunikationssystem enligt patentkrav l, och ett inbyggd antennsystem, enligt patentkrav 10.

Tack vare den inbördes samverkan mellan en parasit- antenn och en första antenn, enligt krav 1 och 10, får antennen en mycket stor bandbredd vid de högre frekven- serna.

Närmare bestämt, hänför sig uppfinningen till en kommunikationsanordning för användning i ett radio- kommunikationssystem, varvid anordningen har ett första gränssnitt för att göra det möjligt för nämnda kommunika- tionsanordning att ta emot information från en användare, samt ett andra gränssnitt för att möjliggöra för kommu- nikationsanordningen att överföra information till användaren. Kommunikationsanordningen innefattar ett inbyggt antennsystem innefattande en första antenn, vilken är vikt till att bilda ett första element och ett andra element. Antennsystemet är avstämd till åtminstone ett första och ett andra frekvensband. Vidare innefattar antennsystemet en parasitantenn, som är placerad bredvid den första antennen, varvid parasitantennen är avstämd till àtminstone ett tredje frekvensband då den samverkar elektromagnetiskt med den första antennen. Det första elementet är försett med en jordanslutning och en matnings- anslutning, varvid det andra elementet har en öppen ände.

Parasitantennen är galvaniskt skild från den första antennen och försedd med en jordanslutning i en första ände, varvid parasitantennen är öppen i en andra ände.

I ett föredraget utförande enligt krav 3, viks det det andra elementet åtminstone 180 grader i förhållande till den längsgående axeln för det första elementet.

Tack vare att antennen vikts har resonansen vid de högre frekvensbanden kunnat sänkas i frekvensspektrat. 10 15 20 25 30 35 .. u. . . .. u..

I I I O I I O 031127 m: \\cunmau'r\na\v\zsv4 Ericsson Mobi1e\P\oizjnrznuznsmpzanoo12_o31121_;u,c'eßc;h$ökn:ng.wc '. _ . . . . . . . . iszs 443 ' 6 .

I ett annat föredraget utförande av uppfinningen enligt krav 5 är parasitantennen anordnad nära intill och parallellt med den första antennen, vilket skapar en god inbördes samverkan mellan parasitantennen och den första antennen.

I ännu ett annat utförande, enligt krav 6, är jord- anslutningen till parasitelementet placerat nära intill matningsanslutningen till den första antennen, vilket ger god anpassning och avstämning av antennen.

Antennsystemet är företrädesvis anordnat pà ett substrat.

Enligt en annan aspekt av uppfinningen enligt krav 10, nikationsanordning en första antenn, vilken är vikt till innefattar ett inbyggt antennsystem för en radiokommu- att bilda ett första element och ett andra element och avstämd till àtminstone ett första och ett andra frekvens- band, första antenn, varvid parasitantennen är avstämd till en parasitantenn, som är placerad bredvid nämnda àtminstone ett tredje frekvensband dä den samverkar elektromagnetiskt med den första antennen. Det första elementet är försett med en jordanslutning och en matnings- anslutning, varvid det andra element har en öppen ände.

Vidare är den nämnda parasitantenn galvaniskt skild fràn nämnda första antenn och försedd med en jordanslutning i en första ände, varvid nämnda parasitantenn är öppen i en andra ände.

Andra egenskaper hos uppfinningen framgår av de övriga beroende patentkraven.

Kort figurbeskrivning Föreliggande uppfinning kommer nu att beskrivas mera detaljerat med hänvisning till föredragna utföranden av föreliggande uppfinning, endast givna såsom exempel, och som visas i bifogade figurer, varvid: 10 15 20 25 30 35 n av v n ... ... . . .. .. . 031127 An \\cunnaN'r\D1a\P\2av4 Ericsson Mobi1e\1>\o12_ANTBNNA\SE\P2874oolz_oslizv_pšuin§anzsfflšniigådåc . . . . . . 523 4457 "” ä Fig. l visar en konventionell inbygd PIFA-antenn; Fig. 2 visar en inbyggd, slingrande, omvänd F-antenn; Fig. visar en annan inbyggd PIFA-antenn; Fig. 4 visar en radiokommunikationsanordning i vilken antennen enligt föreliggande uppfinning kan införas; Fig. 5 visar en liten, ihopvikt PIFA-antenn enligt föreliggande uppfinning; Fig. 6 visar en liten, ihopvikt PIFA-antenn med ett parasitelement; Fig. 7 och 8 visar simuleringsresultat för antennerna i Fig. 5 resp. 6; Fig. 9 visar montering av antennerna i Fig. 5 och 6 pà ett tryckt kretskort (PCB); och Fig. 10 visar en tvärsnittsvy av en mobiltelefon med PCB-kortet och antennen enligt uppfinningen.

Detaljerad beskrivning av utföranden av uppfinningen Fig. 4 visar ett exempel pà en radiokommunikations- anordning 400 i vilken den inbyggda ihopvikta flerbandiga PIFA-antennen enligt föreliggande uppfinning kan användas.

Kommunikationsanordningen 400 innehåller ett chassi 410 med ett första gränssnitt 420, 440 för att möjliggöra för kommunikationsanordningen att ta emot information fràn användaren, och ett andra gränssnitt 430 för att möjliggöra för kommunikationsanordningen att överföra information till användaren. Det bör inses att detta första gränssnitt skulle kunna vara en mikrofon, en tangentsats, en touch- panel, en radioport, en IR-port, en datorport och/eller en Bluetooth-port. Det bör också inses att det andra gräns- snittet skulle kunna vara till exempel en högtalare, en en radioport, Bluetooth-port, etc. Sà display, datorport, nu-»vv 10 l5 20 25 30 35 noe :av o n u: man» u n oo o o . .. .. . . 031121 AR \\cuaRsN'r\nn\P\2a7-a Ericsson Mobi1e\P\o12_AN'rENNA\ss\1>2e74oo12_o31127_p§.:e':x§au§d1§niâg§då: ' . . . . . 4523 443 8 till exempel skulle kommunikationsanordningen enligt uppfinningen kunna vara en försäljningsautomat för Coca- cola som tar emot en radio-/Bluetooth-signal fràn en mobiltelefon som begär ett köp av en Coke via det första gränssnittet, och som sänder ett erkännande med radio eller Bluetooth via det andra gränssnittet till samma mobil- telefon när köpet har fullbordats. Företrädesvis är kommunikationsanordningen 400 en mobiltelefon med en mikrofonöppning 420 och en högtalaröppning 430 placerade intill platsen för användarens mun respektive öra. En tangentsats 440 tillàter användaren att samverka med mobiltelefonen, t.ex. genom att mata in ett telefonnummer som skall ringas upp. Mobiltelefonen 400 innehåller även den ihopvikta PIFA-antennen med parasitelement, 450, enligt föreliggande uppfinning, vars detaljer kommer att beskrivas nedan. Det bör emellertid inses att den ihopvikta PIFA- antennen enligt Fig. 5, utan parasitelement, skulle kunna användas i mobiltelefonen 400 och uppnà goda antennprestan- da.

Antennen enligt föreliggande uppfinning, som skall användas i den ovan beskrivna kommunikationsanordningen, representerar en ihopvikt jordad patch-antenn (PIFA) med ett jordat parasitelement. Ett parasitelement är inte galvaniskt förbundet med den strålande antennen utan endast förbundet med jordplanet. Således är den radiosignal som matas till den strålande antennen kapacitivt kopplad till parsitelementet. Följaktligen kommer den strålande antennen tillsammans med parasitelementet, pà grund av denna kopp- ling, att ge resonans vid ett annat frekvensband, t.ex.

PCS-bandet. Den kapacitiva kopplingen av parasitelementet till huvudantennen resulterar i detta fall i tre resonan- ser, av vilka tvá kan inställas till att ligga bredvid varandra och pà sà vis skapa en bred resonans. Antennens storlek kan vara sà liten som 45 mm x 20 mm, och antennens höjd över jordplanet skulle kunna vara så liten som 8 mm. 1 ua o s en n o n v I v: :av va: nov :v 10 15 20 25 30 35 I I O I I I U e n n u u u n v I V I 031201 An \\cuRRsN'r\DB\P\2a14 Ericsson Mobi1e\P\o12_ANTENNA\S1~:\P2enooigoaifizflpàewtanaölåruåggâc' Å' _::_ ' 2 ' . . . . . 523 4439 Antennen enligt föreliggande uppfinning har en stor band- bredd vid ett högband som täcker åtminstone DCS- och PCS- banden. Den andra resonansen äger rum vid GSM-bandet.

Följaktligen kan antennen arbeta vid åtminstone tre frekvensband, d.v.s. GSM (880-990 MHz), DCS (1710-1880 MHz) och PCS (1850-1990 MHz).

Fig. 5 visar geometrin hos en ihopvikt antenn av PIFA-typ 500 utan parasitdelar. I detta speciella utförande är antennens 500 bredd W ca 45 mm (ungefär samma bredd som det tryckta kretskortet, PCB) och längden är ca 20 mm. Den strålande delens (första delens) 500 höjd är ca 8 mm över PCB:t. Bredden på spalten mellan de strålande armarna 510, 520 i den strålande delen 500 är ungefär mellan 1 och 3 mm. Det bör inses att längden (första och andra elementet) pà armarna 510, 520 skulle kunna vara olika för att erhålla en bättre anpassning eller avstämning. Ett dielektriskt underlag skulle kunna vara placerat mellan den strålande delen och PCB:t, vilket kommer att beskrivas mera detalje- Matningsstiftet 530 och 510, är rat med hänvisning till Fig. 9. jordstiftet 540 på den ihopvikta PIFA-antennen 500, förbundna med mottagaren/sändaren i kommunikationsanord- ningen 400 respektive PCB-jordningen på kommunikationsan- ordningen 400. Den strålande delen 500 är ihopvikt till två element, ett första element 510 och ett andra element 520.

Det första elementet 510 innefattar jordstiftet 540 resp. matningsstiftet 530. Det andra elementet 520 innefattar den öppna änden 570 av antennen 500. Den öppna änden 570 skulle godtyckligt kunna vara nedbockad mot PCB:t, varvid det bockade partiet 570 av det andra elementet skulle kunna bilda en nästan lodrät vinkel i förhållande till det andra elementet 520. 500 är bockat, eftersom det måste ha en specifik elektrisk Det andra elementet 520 av den första delen längd för att fås att resonanssvänga vid en viss frekvens.

Bredden W på PCB:t bestämmer emellertid den fysiska bredden W på antennen 500, 600. Således är att bocka den öppna lO 15 20 25 30 35 »nu u; o o vc cava lo av' I . I 031201 AR \\czmnnu'r\nß\p\zava Ericssan Mobi1e\1>\o12_AN'r1:NNA\sz\P2a14oø12_oa11§.7__§>§c§š§ans§kpir§;.du;_ I _' . 2 : . . . . . . . . . . .. . . . . . .. 523 44% ' änden av det andra elementet 570 ett fördelaktigt sätt att öka den elektriska längden på antennen och förbättra anten- nens anpassning, utan att ändra den fysiska bredden W. Det första och det andra elementet har ungefär samma bredd som PCB:t. vikt ungefär 180 grader i förhållande till längsaxeln pà Det andra elementet 520 i den strålande delen är det första elementet 510. Det har provats empiriskt, att det, genom att vika ihop den strålande delen, är möjligt att sänka resonansfrekvensen. Det har också verifierats empiriskt att det är möjligt, genom att välja rätt längd 520, och rätt bredd på spalten 550 mellan det första och det och bredd hos olika delar av de vikta elementen 510, andra elementet i den strålande delen, att avstämma antennen till de önskade frekvenserna. Antennen enligt Fig. 5 kan avstämmas till GSM/DCS- eller GSM/PCS-frekvenserna.

Olyckligtvis är bandbredden vid det höga bandet, dvs.

DCS/PCS-bandet, för liten för att täcka både DCS och PCS utan att använda en omkopplingskrets.

Fig. 7 visar ett VSWR-diagram för den ihopvikta PIFA- antennen utan parasitelement enligt Fig. 5. Som framgår av denna figur är antennen 500 avstämd att arbeta vid två frekvensband (GSM/DCS eller GSM/PCS). Bandbredden vid de högre frekvensbanden är för liten för att täcka både DCS och PCS samtidigt.

Stràlningsegenskaperna hos en antenn bestäms av ett antal olika faktorer, varav en är VSWR-värdet. VSWR (Voltage Standing Wave Ratio) har värden mellan 1 och oändligheten. VSWR indikerar mängden interferens mellan två vågor med motsatt rörelseriktning i överföringsledningen som matar antennen, och beskriver antennens anpassningsgrad till den önskade impedansen (vanligtvis 50 (2). Den ena vägen är matningen från källan, medan den andra är reflek- tionen från antennen tillbaka in i överföringsledningen.

Målet är att minimera denna reflektion. Det maximala VSWR- värdet av oändligheten uppträder då den reflekterade vågen lO 15 20 25 30 35 ... . . .. . 031121 m1 ncunnsn-ruaßuwzsv-a Ericsson Mobileuuo12_A:rrENNA\sa\1>2snoo12_o31127_;$;çë1tæfsßxniå1g.då: ': . . . . . . . . . . . . . .. 523 443 11 hela signalen reflekteras och ingen effekt erhålls vid det strålande elementet 500, 510, 520, 600. Det minimala VSWR- värdet av 1 uppträder då antennen är perfekt avstämd, har samma intensitet som den inkommande, d.v.s. d.v.s. ingen effekt reflekteras och all effekt överförs till strålaren 500, 510, 520, 600. vanligen för att ha ett VSWR-värde mindre än eller lika med Antennen konstrueras 2,5 vid de önskade frekvenserna.

Pig. 6 visar geometrin för antennen 500, 600 enligt uppfinningen. Den strålande delen, d.v.s. den första delen 500, av antennen i denna figur är densamma som den strå- lande delen 500, 510, 520 i Fig. 5. Emellertid, för att öka bandbredden i högbandet är ett parasitelement 600 (den andra delen) anordnat parallellt med den strålande delen, 500, eller närmare bestämt parallellt med det första ele- mentet 510 av den strålande delen 500. Parasitelementet 600 har en huvuddel 630 med en öppen ände, och är jordad i den andra änden 610. Huvuddelen 630 av parasitelementet 600 skulle kunna ha ett bockat parti 620 vid sin öppna ände.

Detta mot PCB:t bockade parti 620 skulle kunna bilda en nästan rät vinkel i förhållande till huvuddelen 630. delen 630 av parasitelementet 600 är bockat eftersom det Huvud- måste ha en specifik elektrisk längd för att kunna fås att resonanssvänga vid en viss frekvens. Bredden W på PCB:t bestämmer emellertid den fysiska bredden W på parasitan- Säledes är att bocka den öppna änden av huvud- 630 ett fördelaktigt sätt att öka den elektriska tennen 600. delen 620, längden på parasitantennen 600 (den andra delen) och för- bättra samma antenns anpassning, utan att ändra den fysiska bredden W. Jordstiftet 610 pà parasitelementet är placerat nära intill matningsstiftet 530 till huvudstrålaren 500.

Införandet av parasitelementet 600 resulterar i en ytter- ligare resonans som kan avstämmas att ske vid en frekvens (DCS) för huvudstrålaren 500.

Dessa två högre frekvenser smälter samman och bygger till- nära det högre frekvensbandet l0 15 20 25 30 35 II: III I I I! 'I Ü I 5 I 0 D I U I 031121 An \\cu1u=.mrr\ns\1=\2s14 Ericsson Mobiieuuoizgxrrrsuuznsmvzsvflzooigoallzvjsæfeåcahäokniffi.fine ': . . . . . . . . . . . . . . .. 523 443 ” sammans en bred resonans. Parasitelementet 600 (den andra delen) är kapacitivt förbundet med den strålande delen 500, vilket får det att resonanssvänga vid ett högre frekvens- band, t.ex. PCS-bandet. Längden L på parasitelementet 600 ges ungefärligt av formeln L = Ås/4, där Å, är våglängden hos den frekvens som parasitelementet är avstämt till, i detta fall PCS-bandet. Det bör emellertid inses att Å, skulle kunna vara våglängden för godtycklig frekvens. Den strålande huvuddelen 500 (den första delen) strålande armar 510 och 520 har en längd L som ges unge- färligt av följande formel: L = Å,/4 = 3 x Ä2/4, där Å, motsvarar GSM-frekvensen och Ä2 motsvarar DCS-bandet, när med sina antennen är ihopvikt. Det bör inses att ovanstående formel i detta fall bör användas för den ihopvikta antennen. Genom att vika ihop antennen sänks resonansfrekvensen i de högre frekvensbanden fàlz i det frekvensspektrum som när DCS- bandet. För fackmannen är det tydligt att Å, och Ål skulle kunna vara våglängderna hos godtyckliga frekvenser. Den fysiska längden L hos den strålande huvudantennen 500 är ungefär 9 cm. Parasitelementet 600 är placerat ungefär parallellt med det första elementet 510 i huvudstrålaren 500. Avståndet mellan det första elementet och parasit- elementet är ungefär 1 till 3 mm. Detta avstånd kan varieras godtyckligt beroende på avstämning och anpassning av antennen. Avståndet mellan parasitelementets 600 jord- stift och matningsstiftet till huvudstrålaren 500, 510 är cirka 0,5 - 1 mm. Detta avstånd kan naturligtvis varieras godtyckligt för att åstadkomma lämplig anpassning av impe- dansen hos antennen och avstämning av frekvensbanden. Den anpassade antennen bör ha en nästan helt resistiv impedans av ca 50 Q.

Som nämnts ovan är totalmåtten för den ihopvikta PIFA-antennen med parasitelement 45 mm X 20 mm x 8 mm. Med DCS- och Som redan nämnts kan placeringen av dessa dimensioner kan antennen arbeta vid GSM-, PCS-frekvensbanden. 10 15 20 25 30 35 OO QIO O b OI _ . . . . . . . . .. 031121 AR \\cuRREN'r\nB\P\2e74 Ericsson Mobile\P\o1z_mrrENNA\sE\P2sv4oo12_o3112v_§zac2a§n.inií5k¿in:g.QOS ': . . . . . . .. 523 443 13 matningsstiftet och jordstiften samt längderna av huvud- 520, 600. En större höjd på antennen och parasitelementen 510, 600 användas för att anpassa och avstämma antennen 500, påverkar antennens bandbredd, och en större höjd resulterar i större bandbredd. Antennens 500, 600 höjd i Fig. 6 är ca 8 mm över jordplanet (PCB-jord), vilket räcker för en antenn som arbetar vid GSM, DCS och PCS. Det bör inses att antennens höjd skulle kunna ökas godtyckligt för att täcka UMTS-bandet (1920-2170 MHz). Fackmannen inser naturligtvis att andra kombinationer ett ännu bredare spektrum, d.v.s. av frekvensband kan utföras utan att frångå andemeningen eller omfattningen av föreliggande uppfinning. Till exempel skulle andra möjligheter till höga och låga band kunna innefatta GSM+DCS+WCDMA, GSM+PCS+WCDMA, kombination som helst av lägre och högre frekvensband. eller vilken annan Antennen enligt föreliggande uppfinning har små dimensioner och kan enkelt inbyggas i en mobil terminal 400. För varje mobiltelefon 400 måste den omavstämmas, därför att PCB- jorden samt telefonens baksidesskal kan påverka avstämning- en till rätt frekvensband.

VSWR-diagrammet för antennen i Fig. 6 kan ses i Fig. 8. Tack vare parasitelementet 600 har VSRW-diagrammet en ny resonans vid 2,05 GHz. VSWR-värdena är också mycket goda och är lägre än 2 vid alla önskade frekvensband, GSM, DCS och PCS.

Antennkonstruktionen enligt Fig. 6 simulerades först med hjälp av Zeland IE3D mjukvarupaket. Detta mjukvarupaket är baserat på en momentmetod för att lösa elektromagnetiska fältproblem. Efter det att tillfredsställande resultat hade uppnåtts, byggdes en prototyp för att verifiera simule- ringsresultaten. Som framgår av Fig. 9 fästes antennen 500 med parasitelementet 600 på ett dielektriskt underlag 900 med en relativ dielektricitetskonstant av ungefär l. Under~ laget hade en höjd av ca 8 mm, och avståndet mellan antennen 500, 600 och PCT-jorden 560 var således ca 8 mm. 10 15 20 25 30 35 ... . . .. . .. .. . . . .- 031127 An \\cuRRsm\na\P\2s74 Ericsson Mobi1e\P\o12_ArrrENNA\ss\P2anooizjsiizvšušešxcénifiskyåric;.dop ': . ° . . . . . ..

.S23 443 M Den uppnådda bandbredden var något lägre än den som indi- kerats av simuleringarna. Förstärkningsmätningar visade att förstärkningsvärdena var ungefär desamma som för stubb- antenner vid GSM-frekvenserna och 1-2 dB bättre vid DCS/PCS-frekvenserna. bandbredden vid GSM-frekvenser ungefär 100 MHz och band- bredden vid DCS/PCS-frekvenser är ungefär 300 MHz.

Enligt ovannämnda simulering är Som framgår av Fig. 9, är de ihopvikta, plana, om- vända PIFA-antennen 500 med sitt parasitelement 600 enligt föreliggande uppfinning fastsatt ovanpå ett underlag 900. 600 är monterad vid kanten av PCB:t 560, vilket ger bättre strålningsverkningsgrad och bandbredd.

Antennen 500, Dessutom minimeras PCT-utrymmeskravet för den inbyggda antennen 500, 600 på grund av dess ringa storlek. Under- laget placeras och infästs således vanligtvis på den övre delen av PCB:t 560. Följaktligen, då PCB:t är monterat i mobiltelefonen 400, är antennen 500, 600 anordnad i den övre regionen 450 av telefonen 400. Underlaget skulle kunna vara gjort av ett material med en godtycklig dielektrici- Jordstiften 540, 600 är anslut- tetskonstant som beror av bandbredden etc. 610 och matningsstiftet 530 på antennen 500, na till PCB-jorden 560, respektive mottagare/sändaren 450, genom underlaget 900. Antenn 500, 600 skulle till exempel kunna vara etsad eller tryckt på ett keramik- eller plastunderlag 900, som är lämpligt att montera på ett PCB.

Underlaget skulle också kunna ersättas av dielektriska ben 600 på rätt avstånd från PCB:t. 600 skulle också kunna ha skurits ut och som höll antennen 500, Antennen 500, därefter placerats på ovannämnda underlag eller ben. Anten- nen skulle också kunna vara placerad på PCT:t utan att använda underlag eller ben, vilket innebär att det skulle finnas ett luftmellanrum mellan strålaren 500, 600 och PCT:t 560.

Fig. 10 visar ett annat föredraget sätt att fästa antennen 500, 600 vid telefonen 400, 450. Fig. 10 är en 10 15 20 25 30 35 ... ... . . .. u.. . . . . . . . . .. 031127 An \\cunn1sm\1>s\1=\2sv4 Ericsson MQbi1e\P\o12_ANTBNNA\SE\P2e74ooigonizvígatåatåfåókrüräg-Qqc'z .

I I l O O I . . . . . .. 523 443 15 tvärsnittsbild av en mobiltelefon, av PCB:t 560 och anten- nen 500, 600. sidesskalet 1000 av telefonen 450. genomskärning, är ansluten till mottagaren/sändaren och I detta utförande är antennen fäst på bak- Antennen, som ses i till PCB:t 560 på normalt sätt med hjälp av matningsstiftet 530 och jordstiften 540, baksidesskalet 1000, kan hela höjden fràn PCB:t till baksidesskalet användas för att öka bandbredden pà 610. Eftersom antennen är fäst pà antennen, som beskrivits tidigare.

Det bör inses att antennen 500 utan parasitelementet 600 (Fig. 5) telefonchassi pà samma sätt som den antenn som beskrivits i samband med Fig. 6.

En fackman inser att en ökning av ytan eller tjock- skulle kunna vara infäst och utförd i ett leken pà underlaget 900, eller antennstorleken, eller en minskning av värdet pà dielektricitetskonstanten, resulte- rar i en ökning av den bandbredd som kan uppnås. Dessutom beror bandbredden också pà storleken och placeringen av spalterna i antennen 500. Det framstàr klart för en fackman att den ovan beskrivna antennen 500, 600 skulle kunna ha en godtycklig tvàdimensionell eller tredimensionell uppbygg- nad.

Det bör betonas att begreppet ”innefattar/innefat- tande", då det används i denna beskrivning, avses speci- heltal, men inte utesluter närvaro eller tillägg av ficera att nämnda egenskaper, steg eller kompo- nenter finns, en/ett eller flera andra egenskaper, heltal, steg, kompo- nenter eller grupper därav.

Det bör inses av en ordinär fackman inom området att föreliggande uppfinning skulle kunna utföras i andra spe- cifika former utan att fràngà dess andemening eller huvud- sakliga karaktär. De här visade utförandena skall därför i alla avseenden betraktas som illustrerande och inte som begränsande. Uppfinningens omfattning anges av bifogade patentkrav och inte av ovanstående beskrivning, och alla coon-c 1 ... ... . . .. u.. . . . . . . . . 031127 AR \\cuRREN'r\Ds\P\2e74 Ericsson Mobileww12_AmsNNA\sE\Pzanoo12__o3112víp;tän;ârëökdi§g.flocfl . . . . . . . . . . . iszs 443 16 n förändringar som faller inom kravens andemening och lik- värdighetsomràde avses omfattas av dessa.

Claims (18)

:nu u» g '. ". '": .. . . . . . . . . _ 2001-12-04 Pmzeu Ericsson Mobilewvnz ANTzNNA\sa\2e14~012 031124 ändfadeïvaëånuënëv šfcfšreïsgqaffexfc aa Ü "33 _ _ ' ' : : °' } .' '..° ... f. J.. '. ' - 1523 443 1* PATENTKRAV

1. Kommunikationsanordning (400) för användning i ett radiokommunikationssystem, varvid anordningen har ett första gränssnitt (420, 440) för att göra det möjligt för nämnda kommunikationsanordning att ta emot information från en användare; ett andra gränssnitt (430) för att möjliggöra för kommunikationsanordningen att överföra information till användaren, varvid kommunikationsanordningen innefattar ett inbyggt antennsystem innefattande en första antenn (500), vilken är vikt till att bilda ett första element (510) och ett andra element (520)och avstämd till åtminstone ett första och ett andra frekvensband, en parasitantenn (600), som är placerad bredvid den första antennen, varvid parasitantennen är avstämd till åtminstone ett tredje frekvensband då den samverkar elektromagnetiskt med den första antennen, kännetecknad av att det första elementet (510) är försett med en jordanslutning (540) och en matningsanslutning (530), varvid det andra elementet har en öppen ände (570), att parasitantennen (600) är galvaniskt skild från den första antennen och försedd med en jordanslutning i en första ände (610), varvid parasitantennen är öppen i en andra ände (620).

2. Kommunikationsanordning enligt kravet 1, kännetecknad av att det andra elementet (520) är vikt åtminstone 90 grader i förhållande till den längsgående axeln för det första elementet (510).

3. Kommunikationsanordning enligt något av kraven 1 eller 2, kännetecknad av att andra elementet (520) är vikt ca 180 grader i förhållande till den längsgående axeln för det första elementet (510). . . .. .... - . .. _, . , . .. .. . - 2001-12-04 P:\2ev4 ericsson nomle\P\o12_ANT1:NNA\SE\2874-o12_o3112Landradšieâäeuëáâavåqufiqfêyäggaßde.Qcc-Aag zu: . ~ . . _ n ; a v n :oo au: IIIO 'I I =523 443 /sf

4. Kommunikationsanordning enligt något av de föregående kraven, kännetecknad av att antennsystemet är anordnat på ett substrat.

5. Kommunikationsanordning enligt något av de föregående kraven, kännetecknad av att parasitantennen (600) är anordnad nära intill och parallellt med den första antennen (500).

6. Kommunikationsanordning enligt något av de föregående kraven, kännetecknad av att jordanslutningen (610) till parasitelementet (600, 630) är placerat nära intill matningsanslutningen (530) till den första antennen (500, 510).

7. Kommunikationsanordning enligt något av de föregående kraven, kännetecknad av att den öppna änden (570) av den första antennens (500) andra element (520) är nedbockad mot jordplanet på ett PCB, för att öka dess elektriska längd utan att påverka dess fysiska bredd W.

8. Kommunikationsanordning enligt något av de föregående kraven, kännetecknad av att den öppna änden (620) av parasitantennen är nedbockad mot jordplanet på ett PCB, för att öka dess elektriska längd utan att på- verka dess fysiska bredd W.

9. Kommunikationsanordning enligt kravet l, kännetecknad av att det första gränssnittet (420, 440) har en mikrofon och/eller en tangentsats för att ta emot information från användaren och att det andra gränssnittet (430) har en högtalare för att överföra information till användaren. unc; l". §".2 '. ". _. .z -- - ;-__-; _ ' 2001-12-04 P:\2a74 Ericsson M<>bi1e\1=\o12 ANraNNA\sE\2s74-012 031124 ändmdå.eàfiegfxåavrisiuqöreâäggagde.Qcc-Any g g; - _ _ _ I* I l i I I I n u p I n! at! :nu 'III II U 4523 443 'q

10. Inbyggt antennsystem för en radiokommu- nikationsanordning (400, 450) innefattande en första antenn (500), vilken är vikt till att bilda ett första element (510) och ett andra element (520)och avstämd till åtminstone ett första och ett andra frekvensband, en parasitantenn (600), som är placerad bredvid nämnda första antenn, varvid parasitantennen är avstämd till åtminstone ett tredje frekvensband då den samverkar elektromagnetiskt med den första antennen, kânnetecknat av att det första elementet (510) är försett med en jordanslutning (540) och en matningsanslutning (530), varvid det andra element har en öppen ände (570), att nämnda parasitantenn (600) är galvaniskt skild från nämnda första antenn och försedd med en jordanslutning i en första ände (610), varvid nämnda parasitantenn är öppen i en andra ände (620).

11. Inbyggt antennsystem enligt kravet 10, känne- tecknat av att det andra elementet (520) är vikt åtminstone 90 grader i förhållande till den längsgående axeln för det första elementet (510).

12. Inbyggt antennsystem enligt något av kraven 10 eller 11, kânnetecknat av att andra elementet (520) är vikt ca 180 grader i förhållande till den längsgående axeln för det första elementet (510).

13. Inbyggt antennsystem enligt något av kraven 10-12, kânnetecknat av antennsystemet är ordnat på ett substrat.

14. Inbyggt antennsystem enligt något av kraven 10-13, kânnetecknat av att parasitantennen (600) är an- :~¿"J :'u"u .... .¿ _H . . 2001-12-04 Pmzßn Ericsson M°bi1e\P\o12 ANTENNA\sE\2e74-o12 031124 andzadaâaimïfiravåshušförëlsggmdeçou AR- ; g; - _ _ :_ : z .v._' n. 'vf 1:0 H0 'zfl l' ' 523 443 2” ordnad nära intill och parallellt med den första antennen (500).

15. Inbyggt antennsystem enligt något av kraven 10-14, kännetecknat av att jordanslutningen (610) till parasitelementet (600, 630) är placerat nära intill matningsanslutningen (530) till den första antennen (500, 510).

16. Inbyggt antennsystem enligt något av kraven 10-15, kännetecknat av att den öppna änden (570) av den första antennens (500) andra element (520) är nedbockad mot jordplanet på ett PCB, för att öka dess elektriska längd utan att påverka dess fysiska bredd W.

17. Inbyggt antennsystem enligt något av kraven 10-16, kännetecknat av att den öppna änden (620) av parasitantennen är nedbockad mot jordplanet på ett PCB, för att öka dess elektriska längd utan att påverka dess fysiska bredd W.

18. Inbyggt antennsystem enligt något av kraven 10 till 17, kännetecknat av att nämnda antenn har en godtycklig två- eller tredimensionell form.