SE530709C2 - Tillverkningsmetod för antenn - Google Patents

Description

30 53Ü 709 2 samt att de elektriska signalerna kopplas från radiosändare till antennelement via fjädrande stift. Bäraren inkluderar fästen för att fästa antennen på mönsterkort. Mönsterkortet måste vara anpassat till bärarens fästen. Detta ger en lösning som främst lämpar sig för masstillverkning då formsprutningsverktyg är kostsamma samt att flexfilm måste tillverkas i stora antal för att ge ett lågt pris. Flexfilmen kan ersättas av en stansad plåt av elektriskt ledande material som appliceras med häftämne eller med ultraljudssvetsning men även här måste bäraren anpassas till varje produkt vilket endast lämplig för masstillverkning. Med masstillverkning menas antal överstigande 100 000 enheter. En metod som är vanligare för mindre serier är att etsa antennmönster ur ett så kallat mönsterkort av exempelvis glasfiberförstärkt epoxylaminat eller andra material anpassade för kretskortsframställning. Denna metod är flexibel men har begränsningen billigare material av typ FR4 ger antenner med avsevärda förluster och då materialen har goda elektriska egenskaper blir materialkostnaden hög. För plana àntenner krävs också tillräckligt avstånd mellan antenn och jordplan för att uppnå tillräcklig effektivitet och bandbredd vilket leder till att materialåtgàngen och därmed kostnaden blir hög.

En metod som beskrivs i US 7053833 där används polymerer istället för glasfiberförstärkt epoxy. Den fästs med adhesiv till ett antennelement och även till jordplanselement med ett annat adhesiv. Därefter ansluts en elektrisk ledare genom polymeren vilken löds fast på antennelementet. Denna metod har flera nackdelar. Det är flera komponenter som krävs och flera monteringsmoment.

Metoden beskriven i US 6675461 anger tillverkningsmetod för antenn av plåt vilken är böjd så att den har en icke obetydlig area som är överlappande och där en distanskloss fästs mellan två överlappande sektioner. Har flera bockningar och mera materialåtgång än föreliggande uppfinning vilket ger ökade 10 15 20 25 30 53Û 795 3 kostnader och en mera komplicerad tillverkning samt svårare anslutning till exempelvis mönsterkort.

Redogörelse för uppfinningen Föreliggande uppfinning har följande egenskaper vilket ger klart förbättrad flexibilitet och även låg kostnad.

Tillräckligt styvt antennelement där styvheten ger möjlighet montera en icke unik bärare av elektriska isolatorer för olika storlekar och utförande av antennelement. Bäraren kan därigenom bestå av generellt utformade distansklossar av icke elektriskt ledande material vilka monteras med häftämne av olika slag vilket ger möjlighet till flexibel placering av distansklossar på antennelementet. Antennen monteras även med häftämne vid applicering på exempelvis mönsterkort vilket även det ger flexibilitet och att mönsterkort inte behöver speciell anpassning för monteringen av antennen.

Bockning av minst en del av antennelement för att skapa en enkel och flexibel överföring av radiosignal till antennelement.

Genom att antennelementet är styvt behöver inte distansklossar eller isolatorerna täcka hela antennelementets area. De behöver dock inte täckas av antennelementet utan kan sticka utv från kanten eller genom hål eller slitsar i antennelementet.

Det är en klar fördel om distansklossar har låg dielektrisk konstant vilket ger möjlighet att placera dem på olika positioner utan att påverka antennens resonansfrekvens 10 15 20 25 30 530 7Û9 11 nämnvärt. Ofta är det lämpligt att använda porösa material som har en relativ dielektrisk konstant som understiger 2.

För att erhålla en antenn med låga förluster och som även har tillräcklig bandbredd för att både täcka hela kommunikationsband och även ge en robust konstruktion som kan placeras på flera olika produkter, är det ofta nödvändigt att antennelementet är placerat på tillräckligt avstånd ifrån underliggande material, exempelvis ett mönsterkorts jordplan.

Ofta har moduler med radiosändare och/eller mottagare en kontakt för inkoppling av antenn. Genom att montera en koaxial kabel på antennelementets terminaler med en lämplig koaxial anslutning passande radiomodulen på andra änden erhålls en flexibel antenn även för dessa applikationer.

Antennen enligt föreliggande uppfinning placeras med fördel på mönsterkort som ofta även innehåller kretsar för radiosändning eller mottagning men den kan även placeras på ett mönsterkort som inte innehåller radiosändare eller mottagare.

Figurbeskrivning: Figur l: visar en vy från sidan av komplett antenn.

Figur 2: Antenn från annan vy med distanskloss som.inte täcker hela antennelementet.

Figur 3: Antenn med fjädrande anslutningsterminaler utformade för kontakt utan lödning.

Figur 4: Antenn med anslutningsterminaler bockade för att monteras anslutningspunkter, exempelvis ovanpå ett mönsterkort.

Figur 5: Antenn enligt figur l monterad på ett mönsterkort. 10 15 20 25 36 53Ü 'F09 5 Figur 6: Antenn enligt figur 2 monterad på ett mönsterkort via lödning i genomgående hål.

Figur 7: Antenn enligt figur 4 monterad på ett mönsterkort via lödning på anslutningspunkter ovanpå mönsterkort.

Figur 8: Antenn enligt figur 3 monterad på mönsterkort med anslutning av signal genom fjädrande kontakter.

Figur 9: Antenn med anslutning via koaxial kabel.

Figur l0: Olika antennplaceringar på ett mönsterkort.

Figur ll: Olika utformningar och placering av distansklossar på antennelement.

Figur 12: Visar ett exempel på hur antenn enligt uppfinningen kan monteras.

Föredragna utföringsformer Föreliggande uppfinning består av ett antennelement som utformas av elektrisk ledande material med tillräcklig styvhet, exempelvis plåt, samt en bärare eller distansklossar bestående av en elektrisk isolator. Plåtens utformas för att skapa de egenskaper applikationen kräver och tillverkas med lämplig metod. Några metoder är stansning, etsning eller skärning. En eller flera elektriska distansklossar tillverkas till lämplig form och storlek vilket i allmänhet avviker ifrån antennelementets form och storlek, och på distansklossarna placeras häftämne. Några tillverkningsmetoder för distansklossar är stansning, skärning eller gjutning. Till häftämne väljs någon typ som ger lämpliga egenskaper och det kan appliceras på valfritt sätt. Antennelementet och distansklossarna sammanfogas med häftämnet. På minst en av klossarna, vanligtvis alla, appliceras häftämne för senare montering på den produkt där antennen slutligen skall monteras. Häftämnet kan ha en skyddsfilm för att inte skadas i 10 15 20 25 30 530 'F09 ó hanteringen mellan antennelementets montering och slutliga monteringen på avsedd produkt. För att erhålla ett antennelement med tillräcklig styvhet krävs i allmänhet ett elektriskt ledande material med tjocklek överstigßnde 50 mikrometer. Tunna plåtar av koppar, silver, tenn, zink eller andra elektriskt ledande material och legeringar av olika material är ofta lämpliga.

Det är även möjligt att utforma anslutningsstift, så kallade terminaler, som del av antennelementet och denna del kan även bockas för att enkelt kunna överföra radiosignalen från exempelvis ett mönsterkort. Denna metod ger en billig och flexibel anslutning av signalen till antennelementet. Med hänvisning till figur 1 visas antennelementet (ll) med en bockning där delen (12) därigenom inte ligger i samma plan som övriga antennelementet och där distanskloss (13) antennelement (ll) och är monterade med häftämne (14) och där häftämne (15) och skyddsfilm (16) har applicerats på distansklossen. Figur 2 visar en annan vy där antennelementet (21) har två terminaler (22, 23) vilka har bockats för att skapa enkel anslutning av radiosignal. Distansklossen (24) är mindre än antennelementet vilket ger mindre materialåtgång, ökad flexibilitet för tillverkning av olika storlekar av antenner samt minskar den yta som distansklossen upptar vid montering på underlag som exempelvis mönsterkort. Figur 3 och 4 visar några andra utförandeformer av anslutningsterminaler.

Isolatorn kan med fördel utformas mindre än antennelementet och därigenom uppta mindre yta på exempelvis ett mönsterkort så att frilagd yta kan användas för exempelvis elektriska komponenter. Figur 2 visar ett antennelement (ll) med distanskloss (13) som inte täcker hela antennelementet och som 10 15 20 25 30 530 709 7 för övrigt är utformad enligt figur 1. Givetvis kan flera distansklossar appliceras för att uppnå stabilitet mot det underlag de skall monteras på. De kan även ha olika storlek på ett antennelement. Genom detta kan antennelementet vara tillräckligt stort för att ge god effektivitet och bandbredd men ändå uppta en inte för skrymmande del på mönsterkortet och ge ett utmärkt totalkoncept. Figur 11 visar en vy där distansklossarna placering under antennelementet visas på tre olika utföranden på antennelement. Figur lla visar ett mindre (111) (112), figur llb visar ett större antennelement (113) där tre distansklossar (114, 115, antennelement med distanskloss 116) placerats för att erhålla stabilitet och figur llc visar ett antennelement (117) med en slits där en distanskloss (118) placerats över slitsen för att erhålla stabilitet och där en annan distanskloss med avvikande storlek och form (119) placerats på annan position för att ytterligare öka stabiliteten. Placering av distansklossar är inte kritiskt utan de kan placeras där det anses lämpligt ur olika synpunkter. Om antennelementet kräver ett större avstånd till underlaget än vad en distanskloss erhåller kan flera klossar placeras ovanpå varandra och förbindas med häftämne.

Det fördelaktigt att använda mera porösa material som innehåller en betydande mängd luft som distansklossar för att inte påverka antennens egenskaper beroende på dess placering.

Med porösa material menas material med en dielektrisk konstant som understiger 2. Det kan även vara klossar med hål vilket också minskar den totala dielektricitetskonstanten för klossen.

Genom att antennelement och anslutningsterminaler i allmänhet utformas i ett och samma plåtstycke kan impedansanpassning förenklas då det ofta krävs att elektriska längden, och därmed induktansen mellan signal och jord, är mindre än det som är 10 15 20 25 30 530 ?Ü9 8 möjligt att erhålla om stiften ansluts till antennelementet vid dess plan, utan de kan kopplas ihop i ett plan närmare jordplanet. Därigenom är det möjligt att placera antennelementet på ett tillräckligt stort avstånd till jordplanet för att erhålla tillräcklig bandbredd och därigenom en mer robust konstruktion som passar till flertal produkter utan att antennelementets utformning behöver förändras. Även kommunikationsstandarder som kräver stor bandbredd kräver också antenner som har motsvarande bandbredd vilket i sin tur ofta kräver antennelement som.placeras ett gott stycke ifrån dess underlag.

Om anslutning till radiosändare och/eller mottagare sker via kabel, vanligen av koaxial typ, löds eller pressas antennens terminaler till kabelns två ledare för att erhålla säker elektrisk kontakt. Figur 9 visar antennelement (91), två terminaler eller anslutningsstift (92, 93) vilka har elektrisk kontakt till koaxialkabelns (95) jord (96) och centrala ledare (97).

Distanskloss (94) är applicerad på sedvanligt sätt med häftämne till antennelementet.

Antennen monteras genom att skyddsfilm eller papper avlägsnas från isolatorn och antennen trycks fast mot det underlag där antennen är avsedd att placeras. I figur 5, 6, 7 och 8 har antennen skyddsfilm tagits kort och dess häftämne (55, 65, 75, 85) fäster antennen mot underlaget (53, 63, 74, 83). Ofta är underlaget ett mönsterkort vilka har avsedda anslutningspunkter dit antennelementets terminaler skall placeras. Denna elektriska kontakt kan ske antingen genom lödning, fjädrande kontakt eller montering av koaxialkabelns terminaler antingen genom kontaktdon eller lödning. Lödning kan antingen utföras i det hål som antennens terminal placeras i där figur 5 och 6 visar hur anslutningsterminalerna (52, 62) 10 15 20 25 30 530 709 f? (53, 63) hål (54, 64) vilket i sin tur har elektrisk kontakt till radiosändare och/eller mottagare. placerats i mönsterkortets Terminalerna kan lödas fast till hålet för att erhålla en elektrisk kontakt med det kan även vara friktionskontakt för att erhålla en signalöverföring till antennelementet. Figur 6 visar även hur en mindre distanskloss skapar ett utrymme (66) där komponenter kan placeras för att mera effektivt utnyttja ett mönsterkorts yta. Figur 7 visar hur antennelementets (71) terminal (72) där en extra bockning ger en yta (73) som placeras på en anslutningsyta ovanpå mönsterkortet och därefter löds fast. Figur 8 visar hur fjädrande kontakt (83) (81) som med lämplig fjäderkraft ger elektrisk kontakt vid (84) kan utformas för att erhålla en antenn punkten vilken även har elektrisk kontakt till radiosändare och/eller mottagare. Det är i många fall nödvändigt med guldplätering av terminalerna för att inte oxider skall försvåra den elektriska kontakten.

Mönsterkortet innehåller vanligtvis även radiosändaren och/eller mottagaren men det behöver inte vara nödvändigt.

Antennelementet kan även monterat på ett separat mönsterkort.

Antennelementet behöver inte placeras ovan ett jordplan utan det kan ibland med fördel placeras helt eller delvis utanför jordplan. Figur 10 visar ett mönsterkort med del (101) som inte täcks av något jordplan och del (102) som täcks av ett jordplan. Antennen kan placeras vid någon av positionerna (103, 104, 105). Antennens egenskaper ändras beroende på om den ligger på jordplan eller ej och antennelementet kan behöva annan utformning beroende på position.

Figur 12 visar ett flödesschema över de olika stegen i processen för tillverka antennen enligt uppfinningen. Det inses enkelt av fackman att stegen kan utföras i olika ordning 10 15 20 25 30 530 709 IO samt att vissa delar kan sammanfogas och andra steg läggas till. Vissa steg behöver inte heller utföras i produktion utan kan enkelt utföras vid montering pà slutgiltig produkt. Figur 12 skall endast ses som en utgångspunkt för en möjlig arbetsgång.

Vanliga förkommande isolatorer är luft, olika substrat för mönsterkort, plaster eller keramer. Vanligt förekommande elektriskt ledande material till antennstruktur och jordplan är koppar, silver, olika legeringar innehållande nämnda ämnen.

Radiosignalen kan, som fackmannen inser, kopplas till antennelementet med direkt eller indirekt koppling. Med direkt menas en galvanisk koppling och med indirekt menas en kapacitiv eller induktiv koppling eller en kombination av de båda.

Det kan även enkelt inses av fackman att antennen enligt uppfinningen kan användas till antennsystem som innehåller flera antenner exempelvis system för att förbättra antennvinst, få en rymd eller polarisationsdiversitet eller för antennsystem som bygger på MIMO-teknik det vill säga att noder i ett trådlöst system innehåller flera antenner både för sändning och mottagning.

Vilket enkelt inses av fackman kan antennen användas inom ett eller flera frekvensband både samtidigt eller vid olika tidpunkter. Antennen kan använda olika moder vilka kommer att generera olika stràlningsdiagram. Det kan enkelt inses att samma antenn kan fungera effektivt vid andra frekvenser och utnyttja andra, högre ordningens moder eller resonansfrekvenser på samma antenn. Uppfinningen hänförs inte till en specifik mod eller resonans utan inkluderar alla. 5310 7Û9 H Det kan även enkelt inses av faclanan att parasitelement exempelvis ett eller flera extra lager av elektriskt ledande material ett stycke ifrån antennelementet. Parasitelementet kan utformas så att antingen öka antennens bandbredd eller att erhålla en effektiv antenn på annat frekvensområde.

Parasitelement kan även användas som impedansanpassninq.

Claims (2)

1. 0 15 20 25 53Ü 709 12 Patentkrav l) 4) Antennelement bestående av ett elektriskt ledande material med en första och andra sida och en eller flera elektriska isolatorer kännetecknad av att minst en elektrisk isolator har minst två sidor belagd med häftämne där minst en av sidorna, eller maximalt en Sida mindre än antal belagda sidor, är sammanfogad med antennelementet. Antenn enligt krav 1, kännetecknad av att antennelementet har en eller flera böjda eller bockade sektioner. Antenn enligt något av kraven l-2, kännetecknad av isolatorn täcker en area tydligt mindre än antennelementets area. Antenn enligt något av kraven 1-3 kännetecknad av att isolatorn har den relativa dielektricitetskonstanten som understiger

2. 5)Antenn enligt något av kraven 1-4, kännetecknad av att en koaxialkabel är elektriskt ansluten till antennelement. 6)Antenn enligt något av kraven 1-5 kännetecknad av att antennelementet är avsett att monteras på mönsterkort. 'U Antenn enligt något av kraven 1-6 kännetecknad av att signal från radiosändare och/eller mottagare kopplas till antennelementet.