SE524871C2 - Antennanordning för portabel radiokommunikationsanordning - Google Patents

Description

l5 20 25 30 35 40 524 871 2 Möjligen skulle denna teknik kunna skalas ner till de ñekvensområden, som används inom mobiltelefonin. Dock innebär längdinställningen av sprötanten- nen stora problem eftersom en sådan inställning skulle lcäva något slags servomotor, vilken pga strömförbrulaiingen icke är acceptabel i en mobil- telefon med batteridrift.

Mekaniska, inställbara komponenter är inom det här aktuella teknikornrådet ej aktuella pga sin storlek och ett krav på något slags elektrisk driven manöver- anordning. Varaktorer och FET-switchar medför problem genom att de ger upphov till intermodulation och Switchar, som bygger på Pindiodteknik är oanvändbara åtminstone i batteridrivna applikationer pga sin strömförbruk- ning.

Slutligen är det tidigare känt antennanordningar, som är sammansatta av ett antal strålande komponenter vilka är hopkopplingsbara eller in- och urkopp- lingsbara i olika kombinationer.

PROBLEMSTÄLLNING Den föreliggande uppfinningen har till ändamål att så utforma den inled- ningsvis angivna antennanordningen att denna kan arbeta vid ett flertal olika arbetsfrekvenser inom ett brett frekvensband. Uppfinningen har också till ändamål att åstadkomma en antennanordning som är enkel och billig i till- verkning samt säkeri drift samt har en ytterst låg eller helst ingen egen ström- förbrukning. Slutligen har uppfinningen till ändamål att åstadkomma en antennanordning med kompakta yttermått.

PROBLEMLÖSNING Den till grund för uppfinningen liggande målsättningen uppnås om den inled- ningsvis antydda antennanordningen kännetecknas därav att det inom åtrnin- stone någon av de strålande ledarna finns med kopplingsorgan försedda över- kopplingsbryggor, medelst vilka olika partier av en och samma ledare är sammankopplingsbara med och frånskiljningsbara från varandra.

SAMMANSTÄLLNING ÖVER RITNINGSFIGURER Uppfinningen skall nu beskrivas närmre under hänvisning till bifogade ritningsfigurer. På dessa visar: fi g 1 en utfóringsforni av en strålande anordning enligt känd teknik; 10 15 20 25 30 35 40 524 871 3 fig 2 en första utföringsform av en strålande anordning enligt upp- finningen; fig 3 en andra utföringsforrn av en strålande anordning enligt upp- finningen; och fig 4 en tredje utföringsfonn av en strålande anordning enligt upp- finningen.

FÖREDRAGEN UTFÖRINGSFORM På marknaden finns sedan någon tid en grupp komponenter, som är fram- ställda med MEMS-teknik (Micro Electro Mechanical Systems) och som innefattar Switchar, kapacitanser, både fasta och variabla, samt induktanser, även här fasta och variabla. Komponentema är fysiskt små, i storleks- ordningen 0,5 till någon eller några mm men i vissa fall ändå mindre, och kan enkelt integreras i större enheter.

Massan hos de rörliga delarna är ytterst liten, varför dessa komponenter dels kräver ytterst lite energi för sin manövrering och dels kan göras ytterst snabba. De ger ej upphov till interrnodulationsproblem.

Manövreringen av MEMS-komponenter kan vara elektrostatisk eller elektro- magnetisk. Den elektrostatiska manövreringen kräver en förhållandevis hög spänning på IOV eller mer men förbrukar i gengäld ingen ström. Den elek- tromagnetiska manövreringen förbrukar en viss ström men behöver å andra sidan ingen hög spänning.

Uppfinningens målsättning kan uppnås genom förändringar i den radiator eller strålande struktur som sänder ut och tar emot RF-energi.

Två principiellt olika varianter är möjliga, nämligen för det första en strålande struktur som har ett antal strålande komponenter vilka medelst kopplings- organ, som är styrda av en styrenhet är in- och urkopplingsbara till respektive från en strålande komponent, som i sin tur är direkt eller indirekt ansluten till en matningsledning och för det andra en strålande struktur i form av en sammanhängande ledare där åtminstone ett första och ett andra parti av leda- ren medelst kopplingsorgan, som är styrda av en styrenhet, är sammankopp- lingsbara och frånskiljningsbara med respektive fiån varandra. 10 15 20 25 30 35 40 524 871 4 Kombinationer av dessa båda principiellt olika varianter är också möjliga lik- som kombinationer med de ovan beskrivna omkopplingsbara eller föränder- liga matchningsnäten.

Kopplingsorganen är företrädesvis av MEMS-typ och kan vara utförda för galvanisk koppling, kapacitiv koppling eller induktiv koppling. Även varian- ter där en varierande kopplingsgrad finns kan vara aktuella i samtliga utför- ingsformer.

Fig l visar en känd antennanordning, vilken i elektriskt hänseende kan jäm- föras med en sprötantenn med variabel längd.

Av ritningen framgår att en koaxialkabel 41 har en rnatningspunkt 43 på en långsträckt strålande komponent 42 i förrn av en elektrisk ledare. Anslut- ningen mellan koaxialkabeln 41 och ledaren 42 är permanent.

Antennanordningen enligt fig l innefattar ytterligare, strålande komponenter i form av ledare 44, 45 och 46. Även dessa ledare 44-46 är långsträckta till formen och är i en praktisk utföringsform arrangerade betydligt närmre var- andra i antennanordningens längdriktning än vad som antyds på ritningen.

Mellan närbelägna ledare är det anordnat kopplingsorgan 47, 48 och 49 vilka på ritningen är visade som switchar.

I ñg 1 är samtliga switchar 47-49 öppna men om switchen 47 slutes kommer detta att få till följd att antennanordningens effektiva längd fördubblas jämfört med om switchen 27 är öppen. Detta får till följd att antennanordningens resonansfrekvens halveras.

Genom slutning även av switchen 48 åstadkoms ytterligare en förlängning av antennanordningen varför resonansfrekvensen ytterligare sjunker. På mot- svarande sätt blir resonansfrekvensen ytterligare lägre om även ledaren 46 kopplas in till antennanordningen genom slutning av switchen 49.

I figuren är ledarna 42 och 44-46 visade med olika längd vilket innebär att frekvensändringsstegen blir olika stora när switchama slutes. Givetvis kan också ledarna ha samma längd och givetvis kan de också vara såväl fler som färre till antalet.

I ñg 2 visas en principiellt annorlunda utföringsform av antennanordningen enligt uppñnningen jämfört med fig 1. I denna utföringsfonn finns en enda sammanhängande ledare 71 vilken har formen av en ungefärligen C-fonnad 10 15 20 25 30 35 40 524 871 5 ram med ungefárli gen rätvinkliga höm. Ramen har en öppning 72 vilken är överbryggningsbar eller hopkopplingsbar via ett kopplingsorgan 73 visat så- som en switch. Med kopplingsorganet 73 slutet kommer ledaren 71 att få formen av en sluten, fyrkantig ring, medan den med kopplingsorganet 73 öppet får den tidigare beskrivna öppna, fyrkantiga C-forrnen.

Ledaren 71 har en matningspunkt 74 och en jordningspunkt 75 via vilka den är ansluten till en koaxialkabel 76.

I fig 3 visas ytterligare en utföringsforni av antennanordningen enligt uppfin- ningen. I denna utforingsform används en ledare 77 i form av en meander, vilken i sin ena ände har en matningspunkt 78 via vilken den är ansluten till en koaxialkabel 79. En vindling i den meanderforrnade ledaren 77 är kortslut- ningsbar medelst ett kopplingsorgan 80 i form av en switch.

Den visade placeringen for kopplingsorganet är endast gjord i exemplifie- rande syfte varfor placeringen kan vara mellan vilka som helst två närbelägna partier av meandem 77. Naturligtvis kan också flera kopplingsorgan använ- das, vilka är avsedda for sammankoppling av andra, närbelägna partier av meandem.

I fig 4 visas ytterligare en utfóringsforrn av antennanordningen enligt upp- finningen. I denna utfóringsform används en ledare 81 i forrn av en fyrkantig, plan spiral, vilken i sin yttre ände har en matningspunkt 82, via vilket den är ansluten till centrumledaren i en koaxialkabel 83. Även i denna utfóringsforrn är närbelägna partier av ledaren 81 sarmnan- kopplingsbara med varandra via kopplingsorgan 84 och 85, vilka är utförda såsom switchar.

Den i ritningen visade placeringen av kopplingsorganen 84 och 85 är endast gjord i exemplifierande syfte varfor helt andra placeringar kan vara aktuella liksom endast ett kopplingsorgan men även fler än två.

För styrning av antennanordningarna enligt fig 1-4 används en styrenhet, som kan vara integrerad i den strålande strukturen eller vara utformad som en separat enhet. Styrenheten tar emot styrsignaler, som kan vara av två princi- piellt skilda slag, nämligen styrsignaler, som avspeglar drifttillståndet i mobiltelefonens sändar-/mottagarlcretsan och styrsignaler som avspeglar om- givningens inverkan på mobiltelefonen. Som exempel på det forsta slaget styrsignaler kan nämnas frekvens (utsänd respektive mottagen) och drift- 10 l5 20 25 524 871 6 tillstånd (t ex GSM, PCS, DCS, AMPS eller UMTS). Som exempel på det andra slaget styrsignaler kan nämnas RSSI (receiver signal strength indicator), sändarens VSWR (voltage standing wave ratio), BER (bit error rate) och signal/brusförhållande (C/N, Carrier/noice).

Programvaran i styrenheten styr så att någon av parametrarna eller en kombi- nation av dem optimeras. På detta sätt kopplas den kombination av kopp- lingsorganen in som ger den resonansfrekvens som i sin tur ger optimal funk- tion med hänsyn till drifttillstånd och aktuella omgivningsförhållanden.

För olika drifttillstånd enligt ovan är förinställda värden inprogrammerade.

Om telefonen används för GSM ställs således tillstånd Sl-S10 in i fór- programrnerade lägen som ger optimal funktion över GSM-ornrådet när tele- fonen används i nonnalt talläge. Om någon av styrsignalema t ex RSSI visar ett lågt värde går styrenheten in och provar ut den kombination tillstånd som ger den bästa resonansfrekvensen for den aktuella fi-ekvens som används.

Konventionella strålande strukturer görs om möjligt för anpassning mot 50 ohm. Den verkliga impedans som telefonen uppvisar kan emellertid vari- era och avvika från 50 ohm men transforrneras oftast till detta värde. Med styrenheten enligt uppfinningen kan impedansen anpassas till den aktuella impedans som telefonens kretsar uppvisar före impedanstransfonneringen till 50 Q.

Claims (7)

10 15 20 25 30 35 524 871 7 PATENTKRAV

1. l. Antennanordning for en portabel radiokommunikationsanordning, t ex en s k mobiltelefon, med minst en men företrädesvis flera arbetsfrekvenser inom ett frekvensområde med en bredd på flera gånger frekvensområdets undre gränsfrekvens, t ex 800-2200 MHz, innefattande en strålande struktur med ett antal separata strålande ledare (42, 44-46), där en forsta strålande ledare (42) har en anslutning (43) till en matningsledning (41) och att ett antal ytterligare strålande ledare (44-46) medelst kopplingsorgan (47-49) styrda av en styrenhet är direkt eller indirekt in- och urkopplingsbara till den forsta strå- lande ledare, k ä n n e t e c k n a d därav, att det inom åtminstone någon av de strålande ledarna finns med kopplingsorgan (73, 84, 85, 88) försedda överkopplingsbryggor, medelst vilka olika partier av en och samma ledare är sammankopplingsbara med och frånskiljningsbara från varandra.

2. Antennanordning enligt kravet 1, k ä n n e t e c k n a d därav, att kopp- lingsorganen (73, 84, 85, 88) är anordnade for galvanisk koppling.

3. Antennanordning enligt kravet 1, k ä n n e t e c k n a d därav, att kopp- lingsorganen (73, 84, 85, 88) är anordnade för induktiv koppling.

4. Antennanordning enligt kravet 1, k ä n n e t e c k n a d därav, att kopp- lingsorganen (73, 84, 85 , 88) är anordnade for kapacitiv koppling.

5. Antennanordning enligt något av kraven 1-4, k ä n n e t e c k n a d därav, att kopplingsorganen (73, 84, 85, 88) är av MEMS-typ.

6. Antennanordning enligt något av kraven 1-5, k ä n n e t e c k n a d därav, att styrenheten åtminstone har insignaler, som avspeglar drifttillståndet i mobiltelefonens sändar/mottagarkretsar.

7. Antennanordning enligt något av kraven 1-6, k ä n n e t e c k n a d därav, att styrenheten åtminstone har insignaler, som återspeglar omgiv- ningens påverkan på mobiltelefonen.