SE530778C2 - Antennanordning - Google Patents

Description

25 30 530 778 radiatorn, som är fallet med konventionella lösningar, vilket således gör telefonen tunnare.

EP 1439603 föreslår en lösning med en antennradiator integrerad i ett hölje och matad genom ett speciellt matningselement.

Ett problem i känd teknik med att integrera antennradiatorn i höljet är att den blir mer känslig för påverkan från handen tillhörande användaren av den mobila terminalen. Både antennens signalstyrka och frekvens kommer att påverkas när handen täcker antennen eller delar av antennen vilket orsakar ett reducerat täcknlngsområde för antennen och möjligen ett tappat telefonsamtal, såväl som en reducerad taltid eftersom terminalen måste öka uteffekt för att kompensera för den avtagande antennprestandan.

Således finns det ett behov för en förbättrad antennprestanda där antennradiatorn är integrerad i höljet till en mobiltelefon.

REDOGÖRELSE FÖR UPPFlNNlNGEN Ett syfte med föreliggande uppfinning är att erbjuda en antenn som kan integreras i höljet till en mobil terminalenhet, fortsättningsvis exemplifierad med en mobiltelefon, som eliminerar nackdelarna med känd teknik och att åstadkomma en lösning med mycket kompakta yttre dimensioner med enkel och kostnadseffektivtillverkning.

För att dra fördel av ett mobiltelefonhöljes relativt stora yta, kan flera antenner integreras i höljet såsom, GSM, TV och FM antenner eller separata antenner för sändning och mottagning. På så sätt reduceras antalet komponenter ytterligare vilket gör monteringen ändamålsenlig och kostnadseffektiv.

Dessa syften tillgodoses genom att erbjuda en antenn för en mobil terminalenhet innefattande radiofrekvenskretsar och åtminstone en 10 15 20 25 30 530 778 antennradiator ingjuten i ett icke ledande hölje till den mobila terrninalenheten och en anslutning mellan radiofrekvenskretsarna och den åtminstone ena antennradiatorn där anslutningen mellan den mobila terminalenhetens radio frekvenskretsar och den åtminstone ena antennradiatorn är utförd icke galvaniskt genom åtminstone ett dielektriskt gränssnitt som är integrerat med höljet.

Genom att använda de dielektriska gränssnitten med en relativt hög dielektricitetskonstant, företrädesvis omkring 20, kommer antennen att bli mindre känslig för inverkan från en hand som håller mobiltelefonen och som eller dielektricitetskonstanten kan emellertid användas såväl som lägre värden ner täcker, delvis täcker, antennen. Högre värden för till åtminstone 10, Känsligheten kommer att minskas i förhållande till skillnaden i dielektricitetskonstant mellan handen och det dielektriska gränssnittet, En ytterligare fördel med den föreliggande uppfinningen är möjligheten till förbättrad anpassning, d.v.s. att justera antennimpedansen till impedansen RF-kretsar. God betyder att transmissionsförluster mellan RF-kretsarna och antennen minimeras. hos mobiltelefonens anpassning Uppfinningen tillåter att anpassning utförs genom att justera olika parametrar hos det dielektriska gränssnittet vilket kommer att beskrivas i detalj nedan.

Detta eliminerar behovet att utföra anpassning med diskreta komponenter.

Antennradiatorn inkluderad i höljet kan vara av jordberoende eller jordoberoende typ. En jordberoende antenn samverkar med ett jordplan i mobiltelefonen, vanligen ett av lagren i ett flerlagers kretskort (PCB=Printed Circuit Board) innefattande mobiltelefonens elektroniska komponenter. Den jordoberoende typen av antenn kan fungera utan samverkan med ett jordplan. 10 15 20 25 30 530 778 4 Antennen är företrädesvis integrerad i det yttre bakre höljet till en mobiltelefon. Integration kan emellertid också utföras i ett inre icke ledande hölje eller i en vilken som helst passande icke ledande del av mobiltelefonen. uppfinningen omfattar också en mobil terminalenhet innefattande antennen enligt något av antennkraven.

Ytterligare fördelar åstadkommes om uppfinningen också ges ett eller flera särdrag enligt beroendekraven som inte är nämnda ovan.

KORTFATTAD BESKRIVNING AV RITNINGAR Uppfinningen skall nu beskrivas mer i detalj med hänvisning till de bifogade ritningarna där: Figur 1 schematiskt visar en mobiltelefon innefattande en antenn eniigt den föreliggande uppfinningen.

Figur2 är en genomskärning av höljet som visar radiatorelement och Dielektriskt Gränssnitt (DG) gjutet till höljet.

Figur 3 Dielektriskt Gränssnitt (DG) fastsnäppat med höljet. är en genomskärning av höljet som visar radiatorelement och Figur4 uppfinningen som visar en konventionell flerbands antennstruktur av PlFA typ med Dielektriska Gränssnitt för RF och jord inneslutna i ett bakre hölje till en mobiltelefon. är en schematisk vy uppifrån sett av en utföringsform av Figur 5 är en schematisk vy uppifrån sett av en antennradiator av PlFA typ struktur med Dielektriska Gränssnitt för RF och jord. 10 15 20 25 30 530 778 5 Figur 6 är en schematisk vy uppifrån sett av en antennradiator med tre halwågsresonanta, jordoberoende element, matade med ett gemensamt Dielektriskt Gränssnitt.

Figur 7 är en schematisk vy uppifrån sett av en antennradiator med en ”trädstruktur” av kvartsvågselement med olika resonanser.

Figur 8 innefattande ett patch element. är en schematisk w uppifrån sett av en antennradiator Figur 9 är en schematisk vy uppifrån sett av en antennradiator med en dubbeiresonant spiral struktur.

UTFÖRlNGSFORM (ER) AV UPPFINNINGEN Uppfinningen kommer i det följande att beskrivas i detalj med referens till ritningarna.

Figur 1 visar en mobiltelefon 101 innefattande en kontrollenhet 107 kontrollera "WW" kommunikationssystem 103. Ett tangentbord 113, en display 115 och radio frekvens (RF) kretsar 109 är anslutna till kontrollenheten 107 vilken att etablera ett mobila konfigurerad att kommunikation med ett tillsammans med en antenn 111 är arrangerad för 105 för kommunikationssystemet 103. radiogränssnitt kommunikation med det Figur 2 visar radiatorn 201 innesluten i det bakre höljet 203. Höliet kan vara det bakre icke ledande höljet till en mobiltelefon, ett inre icke ledande hölje eller en inre icke ledande komponent såsom en plastbärare för en högtalare.

I fallet med en vikbar telefontyp är radiatorn företrädesvis innesluten i det bakre höljet till över- eller under-delen. 10 15 20 25 30 530 778 6 Radiatorn kan inneslutas i höljet genom att använda IMF (ln Mould Foil), IMD (ln Mould Decoration) eller IML (ln Mould Label) teknik. Radiatorn kan placeras nära den yttre ytan 205 av höljet eller den inre ytan 207. När radiatorn är placerad vid ytan 205, kan en skyddande film appliceras på den yttre ytan före eller efter gjutprocessen.

Radiatorn 210 kan vara böjd i två eller tre riktningar och formad för att följa höljets 203 form. Radiatorn kan vara vilket som helst RF-lämpligt, ledande material känt av fackmannen. Företrädesvis används en kopparfolie med en tiocklek av 5 pm eller tjockare. En flexfilm inkluderande radiatorrnönstret kan också användas. När IML teknologi används kan etiketten, som är radiatorn, i förväg formas till önskad form.

Ett DG (Dielektriskt Gränssnitt) 209, lokaliserad len nedsänkning i höljet 203, är gjutet till höljet 203 efter ingjutningen av radiatorn 201. Alternativt kan det inkluderas i vilken som helst av ingjutningsprooesserna nämnda ovan. Vilken annan konventionell metod som helst, som t.ex. limning, kan användas för att fästa det Dielektriska Gränssnittet, DG, 209, till höljet 203. DG har ledande kontaktytor 211 för kontaktering med RF kretsar 109. Kontakten kan etableras med vilken konventionell metod som helst såsom en pogo-pin 213 eller ett kontaktstift 215. Dessa kontaktelement 213 och 215 är fästa mot antingen en kontaktyta på ett kretskort (Printed Circuit Board, PCB) bestyckat med RF-kretsarna 109 eller mot den ledande kontaktytan 211 på det Dielektriska Gränssnittet, DG. Fastsättningen kan göras .på vilket konventionellt sätt som helst som t.ex. genom lödning för att etablera en galvanisk kontakt mellan det Dielektriska Gränssnittet, DG, och RF-kretsarna 109. Det Dielektriska Gränssnittet, DG, är tillverkat av ett dielektriskt material med en relativt hög dielektricitetskonstant, företrädesvis omkring 20, men högre och lägre värden ner till åtminstone 10 kan också användas. Det Dielektriska Gränssnittet, DG, kan realiseras som block eller puckar av dielektriskt material som har en ledande kontaktyta 211. En utförandeform av DG är en keramisk resonator såsom tex. en koaxialresonator välkänd för 10 15 20 25 30 530 778 7 fackmannen. DGs övre yta 217 är i en föredragen utföringsform huvudsakligen parallell med radiatorn 201.

Bredden på spalten 219 kan varieras för att erhålla en bra impedansanpassning 109. lmpedansanpassningen kan också justeras genom att använda olika s- värden för DG och genom att ändra storleken på den yta DG vänder mot mellan radiatorn och RF-kretsarna radiatom 201. Uppfinningen tillhandahåller således flera parametrar för att justera impedansen såsom; a-värdet, spaltbredden och storleken på den yta DG vänder mot radiatorn. Detta gör det möjligt att erhålla god anpassning och att undvika behovet att använda diskreta elektroniska komponenter i RF- kretsen 109.

Radiatorn 201 i figur 2 är en enkel radiator med en RF-matning åstadkommen till följd av det Dielektriska Gränssnittet, DG, 209. Radiatorn kan i detta fall vara en monopolantenn som inte erfordrar ett jordplan för sin funktion eller vilken annan jordoberoende antenntyp som helst.

Figur 3 skiljer sig från figur 2 endast på det sätt som det Dielektriska Gränssnittet DG är fäst till höljet. l detta utförande är det Dielektriska Gränsnittet DG fäst genom att snäppa fast det mot höljet genom att använda snäppen 301 eller någon annan snäppanordning välkänd av fackmannen.

Figur 4 är en vy uppifrån sett av en radiator 401 ingjuten i ett hölje 400. l detta fall har radiatorn en typisk PlFA konfiguration med två grenar sett från jordningspunkten. Detta gör det möjligt att ha två resonanser, en för varje gren, och på så sätt åstadkomma en tvåbands antenn. Denna antenntyp erfordrar samverkan med ett jordplan. I en mobiltelefon kan kretskortets jordplan användas. Anslutning till jordplanet åstadkommas med ett DG 405 utformat på samma sätt som det Dielektriska Gränssnittet DG 209 beskrivit ovan. Spaltbredden för det Dielektriska Gränssnittet DG 405 till radiatorn 401 är typiskt omkring 0,1 mm för att åstadkomma en tillräcklig koppling mellan 10 15 20 25 30 530 778 radiator och jord vid de lägsta driftsfrekvenserna. RF-matningen åstadkommes med DG 403 på samma sätt som beskrivits för figur 2 ovan. lngjutningen av radiatorn och fastsättningen av de två Dielektriska Gränssnitten DG åstadkommes på samma sätt som beskrivits ovan. På detta sätt åstadkommes en separat enhet innefattande hölje, antenn, impedansanpassning tiil följd av DG och kontaktytor till mobiltelefonens RF- del. l en utförandeform med en flexfilm som radiatorelementet kan det Dielektriska Gränssnittet DG monteras jäms med flexfilmsubstratets undersida och flexfilmsubstratet blir då det dielektriska materialet mellan det Dielektriska Gränssnittet DG och radiatorn vilken är anbringad på flexfilmsubstratets ovansida.

Genom att använda ett DG med en dielektricitetskonstant företrädesvis omkring 20, men även högre och lägre värden ner till åtminstone 10 kan användas, åstadkommes en "isolering" mellan en hand som håller telefonen och som täcker delar av, eller hela radiatorn, innesluten i höljet och RF och jord delarna i telefonen. I en konventionell lösning kommer handen att påverka antennprestanda på ett negativt sätt. Amplituden på mottagna eller utsända signaler kommer att reduceras och antennens frekvensområde båda antennprestanda. Dessa negativa effekter kommer att reduceras mycket kommer att förskjutas, effekterna medförande avtagande genom att introducera ”isoleringen” tack vare DG och den höga dielektriska konstanten.

En ytterligare utföringsform som inte visas i figurerna är att de två DG 403 och 405 kan sättas på ett gemensamt substrat såsom ett kretskort (PCB) eller kretskortet självt utgör det dielektriska materialet och är indelat i så många DG-enheter som erfordras, där varje DG är försedd med en ledande kontaktyta för kontaktering med RF-kretsarna 109. 10 15 20 25 30 530 778 9 Figur 5 är en vy uppifrån sett av en antenn innefattande en radiator 501 med PIFA konfiguration och en separat jordanslutningsdel 503. Det Dielektriska Gränssnittet DG 504 för jordmatningen är jordanslutningsdel 503. RF-matningen hanteras av DG 505. På detta sätt kommer det att finnas en väldefinierad jordningspunkt 507 tiil PIFAn med lokaliserad ovanför möjligheten att lokalisera jordmatningen till en passande position separerad från PlFA antennens placering.

Figur 6 är en vy uppifrån sett av en ytterligare utföringsform där antennen består av tre radiatorelement, 601, 602 och 603. Varje element är halwågsresonant med olika resonansfrekvenser eftersom längden är olika för varje element. Elementen är matade av ett gemensamt DG 605 lokaliserat ungefärligen i mitten av varje element. En halvvågsresonant antenn är inte beroende av samverkan med ett jordplan och en jordmatning erfordras därför inte i denna utföringsform. En halwågsresonant antenn har en elektrisk längd som är en halv våglängd av antennens resonansfrekvens vilket är välkänt för fackmannen.

Figur 7 är en vy uppifrån sett av en radiator innefattande en ”trädstruktur” av kvartsvågselement 701, 702, 703 och 704, som har en elektrisk längd motsvarande en kvarts våglängd av resonansfrekvensen. Denna radiatortyp är jordberoende och erfordrar således en jordmatning. En kontaktyta 705 för jordmatning är därför inkluderad i radiatormönstret såväl som en kontaktyta 707 för RF-matning. Matningen tillhandahållas med DG 706 för jord och DG 708 för RF. De separata kontaktytorna för matning säkerställer effektiv elektromagnetisk koppling mellan RF-matning och jord i mobiltelefonen och antennen. Kontaktytorna kan också lokaliseras till lämpliga positioner som passar till lämpliga matningspunkter i mobiltelefonen. Ännu en utföringsform av radiatorn visas i figur 8. Det är en vy uppifrån sett av en patch radiator 801 matad ie n viss punkt genom det Dielektriska Gränssnittet DG 803. Patchradiatorn måste samverka med ett jordplan, vilket 10 15 20 25 53Ü 778 10 i detta fallet kan vara jordplanet till mobiltelefonens kretskort (PCB), men behöver inte en separat jordmatning. Patchen kan utformas att vara enkel- eller multi-resonant vilket är välkänt inom fackområdet. Matningsplaceringen väljs så att en god impedansanpassning erhålles.

Figur 9 är ännu en ytterligare utförandeform av ett dubbelresonant radiatorelement av spiraltyp sett uppifrån. Radiatorn har en spiral 901 med kontaktyta 905 för jordmatning och kortslutningsdel eller kortslutning 909.

Kortslutningen är verksam för högre frekvenser och gör således spirallängden kortare för dessa frekvenser. För lägre frekvenser fungerar inte kortslutningen och den elektriska längden för lägre frekvenser kommer att motsvara den totala spirallängden. Jordmatningen utföres genom DG 903 och RF-matningen genom DG 907. Detta åstadkommer en effektiv och kompakt dubbelresonant antenn.

Dagens mobiltelefoner behöver ofta flera antenner för olika funktioner i telefonen som tex. TV, FM-radio, GPS, Bluetooth. lbland krävs det också att ha separata mottagnings- och sändnings-antenner. Eftersom uppfinningen gör det möjligt att använda en stor yta för antenner, till exempel hela mobiltelefonens bakre hölje blir det möjligt att integrera flera antenner l höljet som till exempel en GSM och TV-antenn.

Utföringsformerna beskrivna ovan är enbart tänkbara exempel på hur uppfinnlngen kan realiseras och ska inte vara begränsande. Utöver de ovan beskrivna utföringsformerna är det naturligtvis möjligt inom ramen för uppfinningen att inkludera vilket som helst lämpligt radiatorelement, antingen jordberoende eller jordoberoende. Det är också möjligt att inkludera separata parasitelement som enbart matas från en huvudradiator.

Claims (14)

10 15 20 25 30 530 778 11 PATENTKRAV

1. Antenn för mobi| terminalenhet innefattande radiofrekvenskretsar (109) och åtminstone en antennradiator (201, 401, 501, 601-603, 701-704, 801, 901) ingjuten i ett icke ledande hölje (203) till den mobila terminalenheten (101) och en anslutning mellan radiofrekvenskretsarna och den åtminstone ena antennradiatorn k ä n n e t e c k n a d av att anslutningen mellan den mobila terminalhetens radiofrekvenskretsar (109) och den åtminstone ena antennradiatorn är utförd icke galvaniskt genom åtminstone ett dielektriskt gränssnitt (209, 403, 405, 504, 505, 605, 706, 708, 803, 907, 903) som är integrerat med höljet.

2. Antenn enligt krav 1, kännetecknad av att åtminstone en av antennradiatorerna (201, 401, 501, 601-603, 701-704, 801, 901) är en jordberoende antenn samverkande med ettjordplan.

3. Antenn enligt krav 2, kä n neteck n a d av att den åtminstone ena jordberoende antennradiatorn (401, 501, 701-704, 901) är ansluten till jord genom ett Dielektriskt Gränssnitt (405, 504, 706, 903) för jord och till RF genom ett Dielektriskt Gränssnitt (403, 505, 708, 907) för RF.

4. Antenn enligt krav 1, kännetecknad av att åtminstone en av antennradiatorerna (201, 605) är en icke jordberoende antenn som inte kräver samverkan med ett jordplan.

5. Antenn enligt något av föregående krav, k ä n n e t e c k n a d av att höljet (203, 400) är det yttre höljet till en mobil terminalenhet.

6. Antenn enligt något av kraven 1-4, k ä n n e t e c k n a d av att höljet (203, 400) är ett inre hölje till den mobila terminalenheten.

7. Antenn enligt något av kraven 1-4, k ä n n e t e c k n a d av att höljet (203, 400) är en inre icke ledande komponent till den mobila terminalenheten. 10 15 20 25 30 530 ??B 12

8. Antenn enligt något av föregående krav, k ä n n e t e c k n a d av att det Dielektriska Gränssnittet (209, 403, 405, 504, 505, 605, 706, 708, 803, 907, 903) innefattar en dielektrisk enhet med ledande kontaktytor (211) metalliserad på en del av sidan eller hela sidan som vänder sig bort från höljet för anslutning till den mobila terminalenhetens (101) RF-kretsar (109) och fäst till höljet (203, 400) genom gjutning.

9. Antenn enligt något av kraven 1-7, kännetecknad av att det Dielektriska Gränssnittet (209, 403, 405, 504, 505, 605, 706, 708, 803, 907, 903) innefattar en dielektrisk enhet med ledande kontaktytor (211) metalliserad på en del av sidan eller hela sidan som vänder sig bort från höljet för anslutning till den mobila terminalenhetens (101) RF-kretsar (109) och fäst till höljet (203, 400) genom ett snäpparrangemang.

10. Antenn enligt något av föregående krav, k ä n n e t e c k n a d av att det Dielektriska Gränssnittet (209, 403, 505, 605, 708, 803, 907) för RF och det Dielektriska Gränssnittet (405, 504, 706, 903) för jord är integrerade i eller på ett gemensamt dielektriskt substrat.

11. Antenn enligt något av föregående krav, k ä n n e t e c k n a d av att ha mer än en antennradiator lnnesluten i höljet, var och en med separata Dielektriska Gränssnitt och avsedda för olika frekvensband.

12. Antenn enligt något av de föregående kraven, k ä n n e t e c k n a d av att ha en separat radiator för sändarantenn och mottagarantenn, var och en med sitt eget Dielektriska Gränssnitt.

13. Antenn enligt något av de föregående kraven, k ä n n e t e c k n a d av att den åtminstone ena radiatorn (201, 401, 501, 601-603, 701-704, 801, 901) är integrerad i det bakre höljet (203, 400) till den mobila terminalenheten (101). 530 'F78 13

14. Mobil terminatenhet (101), k ä n n e t e c k n a d av att den innefattar en antenn enligt något av föregående krav.