SE509641C2 - En antennanordning försedd med en matchningsanordning - Google Patents

Description

15 20 25 30 509 641 En radiator av kvartsvágstyp behöver inte nödvändigtvis en anordning för impedansmatchning för att anslutas till 50 ohms kretsar. Ibland är en kvartsvàgsradiator att föredra eftersom den tillàter antennanordningen att vara relativt kort och inte hindrande. En nackdel med kvartsvàgsradiatorer, t ex i cellulära telefoner, är emellertid att strömmar oundvikligen genereras pà telefonens chassi. Antennens prestanda är dà känsliga för pàverkan av t ex att användaren häller telefonen eller trycker den mot sitt öra.

Ocksà frán en annan synvinkel är det önskvärt att använda en radiator med relativt hög impedans, t ex en halvvàgsradiator eller liknande. Allmänt ger en halvvàgsradiator en högre verkningsgrad och en större total längd, vilket resulterar i mindre skärmning. Speciellt vid cellulära telefoner med liten storlek är avskärmning med användarens huvud ett problem i fraga om räckvidd och absorption av strålning i människokroppen.

En antennanordning, benämnd RA 3137 och konstruerad av Allgon Antenn AB är 1993, innefattar ett hölje som bär en rak radiator väsentligen av halvvàgstyp, en koaxiell anslutning och en impedansmatchande anordning som förbinder radiatorn och anslutningen. Anordningen för impedansmatchning bestàr huvudsakligen av en spole placerad inuti en cylindrisk jordad del och förbinder radiatorns matningspunkt och anslutningens mittstift. Bàde spolen och anslutningen är komponenter som är dyra att framställa och montera. Ra 3137 anses vara den kända teknik som ligger närmast uppfinningen.

US-A-5 300 940 beskriver en liknande antennanordning för en mobil radiokommunikationsanordning_ Denna antennanordning innefattar en helixformad eller rak radiator och åtminstone ett reaktivt element i form av t ex en spole pà en kärna för 2269lSV.DOC; 97-9-3 10 15 20 25 30 35 3 509 641 anpassning av radiatorns impedans och för erhållande av en önskad bandbredd.

De två ovan nämnda antennanordningarna är inte kostnadseffektiva eller kompakta och sörjer inte för enkelhet i framställning i stora kvantiteter.

WO 94/10720 visar en antennanordning som innefattar ett hölje som uppbär en helixradiator och en utdragbar rak radiator av halvvàgstyp, vilka är förbundna med en anordning för impedansmatchning inuti en bärbar telefon. Innehållet i WO 94/10720 inkorporeras häri genom referens.

Uppenbarligen finns det problem som är relaterade till användningen av radiatorer av halvvågstyp i mobila radiokommunikationsanordningar (en telefon), nämligen närvaron av en matningsledning med hög impedans, vilken är känslig för störningar, och behovet av en impedansmatchande krets, vilken i alltför hög grad upptar utrymme i telefonen eller antennbasen.

Ett ändamål med föreliggande uppfinning är att tillhandahålla en antennanordning enligt ingressen till krav l, varvid det första elementet är huvudsakligen direkt anslutet till anordningen för impedansmatchning, och varvid den impedansmatchande anordningen är kompakt.

Andra ändamål med uppfinningen är att tillhandahålla antennanordningar som är lämpliga för produktion i stora kvantiteter och som underlättar deras konstruktion.

Dessa ändamål uppnàs med en antennanordning enligt den kännetecknande delen av krav l.

En ytterligare fördel med antennanordningen enligt uppfinningen är att den möjliggör en väldefinierad och standardiserad 2269lSV.DOC; 97-9-3 10 15 20 25 30 509 641 impedans hos telefonens gränssnitt. Detta underlättar till stor del provning av telefonen vid produktion och service när antennen är borttagen, eftersom provningsinstrument normalt har gränssnitt med standardiserad impedans.

Anordningens strålande element kan vara av olika typer som erfordrar impedanstransformation för anslutning till sändar- /mottagarkretsar, men stràlande element av halvvàgstyp är att föredra. Sàdana antenner är väsentligen oberoende av ett jordplan.

För massproduktion är det fördelaktigt om substratet är ett tryckt miniatyrkretskort, eller ett flexibelt filmsubstrat, som har ledande filmkretsar, möjligen också inkluderande reaktiva strukturer. Vidare är en cirkulär eller ringformad geometri hos substratet att föredra för underlättande av montering i en bas till huset vinkelrätt mot en riktning i vilken det första elementet sträcker sig. Flera andra geometrier och orienteringar av substratet är möjliga, innefattande en làngsträckt eller fyrkantig form arrangerad parallellt med det första elementet (möjligen försett med nàgon typ av kant eller kantmonterad anslutning för bildande av kontakt med telefonen) och även substrat som har böjar eller vinklar.

Antennanordningen är med fördel ansluten till radiokommunikationsanordningen via en transmissionsledning, vilken inte är koaxiell för att undvika komplicerade och dyra anslutningar.

I en antennanordning för cellulära telefoner med liten storlek, är det att föredra att ha átminstone ett helixformigt stràlande element. För bättre prestanda, när sä erfordras, kan helixelementet kombineras med en huvudsakligen rak radiator som är utdragbar och inskjutbar. Substratet kan dà uppbära ett 2269lSV.DOC; 97-9-3 10 15 20 25 30 35 5 509 641 kontaktelement för kontaktering av den raka radiatorn när den är utdragen.

Speciellt kan uppfinningen med fördel tillämpas när ytterligare strålande element innefattas i det gemensamma huset för användning inom ett vidare frekvensband eller inom tvá mer separerade frekvensband. Impedansen kan behöva ett större antal reaktiva komponenter, men det är även möjligt att tillhandahålla separata anslutningar till telefonen för separata frekvensband.

Utföringsformer av uppfinningen kommer att beskrivas i detalj nedan, med hänvisning till ritningarna, på vilka: Fig 1 visar, delvis i tvärsnitt, en första utföringsform av en antennanordning, som är försedd med en helixradiator och en impedansmatchande krets och som är monterad pà en cellulär telefon; Fig 2 är en perspektivvy av den impedansmatchande kretsen i fig l i form av ett tryckt kretskort med reaktiva komponenter; Fig 3 visar, delvis i tvärsnitt, en andra utföringsform av en antennanordning, vilken skiljer sig fran den i fig l huvudsakligen genom att den även innefattar ett utdragbart och inskjutbart antennspröt försett med en rak radiator i en undre del; Fig 4 är en perspektivvy av den impedansmatchande kretsen i fig 3, vilken skiljer sig fràn den i fig 2 huvudsakligen genom att den även innefattar ett kontaktorgan som en del av kretsen för kontaktering av den raka radiatorn när sprötet är utdraget; Fig 5 visar, delvis i tvärsnitt, en tredje utföringsform av en antennanordning, vilken skiljer sig frán den i fig 3 2269lSV.DOC; 97-9-3 10 15 20 25 30 35 509 641 e huvudsakligen genom att dess helixradiator börjar med en huvudsakligen rak del och att dess impedansmatchande anordning är placerad vid botten av antennens hus, vilket sträcker sig in i telefonens chassi; Fig 6 är en vy underifrån av antennanordningen och telefonen i fig 5.

Med hänvisning till fig 1, innefattar antennanordningen i en första utföringsform ett väsentligen cylindriskt antennhus 1 av ett flexibelt dielektriskt material, vilket är monterat, medelst insnäppande monteringsorgan 2, i en väsentligen cirkulär öppning i ett chassi 13 till en cellulär telefon 3.

Huset 1 uppbär en helixradiator 4 som har en matningspunkt 5, vilken uppvisar en relativt hög impedans, t ex 200 ohm, en impedansmatchande anordning 6, som bildas av ett tryckt miniatyr-kretskort 12 i form av en skiva placerad i en nedre ände av huset, vinkelrätt mot en axel, vilken är gemensam för huset och helixradiatorn, och som har ytmonterade reaktiva komponenter 11, ett första och ett andra anslutningsorgan 7, 8 anslutna till radiatorn 4 resp., via metalliska ledarsegment 9, 10, till telefonens 3 sändar-/mottagarkretsar (icke visade), varvid kretsarna uppvisar en relativt làg impedans, t ex 50 ohm, Telefonen 3 innefattar ett tryckt kretskort 14 som har anslutningsorgan 15, 16 för mottagning av de metalliska ledarsegmenten 9, 10. Anslutningsorganen 15, 16 är konventionellt använda honkontakter hoplödda med kretskortsledare 17, 18 som leder till sändar- /mottagarkretsanordningarna.

Med hänvisning till fig 2, innefattar den impedansmatchande anordningens 6 tryckta kretskort 12 ett ledarsegment 19, som förbinder det första anslutningsorganet 7 med en första ände av 2269lSV.DOC; 97-9-3 10 15 20 25 30 35 7 509 6411 en första reaktiv komponent ll, ett ledarsegment 20, som förbinder det andra anslutningsorganet 8, 9 med en första ände av en andra reaktiv komponent 11, och med den andra änden av den första reaktiva komponenten ll, samt ett ledarsegment 21, som förbinder det andra anslutningsorganet 8, 10, med den andra änden av den andra reaktiva komponenten ll.

Denna integrering av den impedansmatchande anordningen 6 i huset 1 erfordrar praktiskt taget ingen längd av en transmissionsväg med en hög impedans mellan matningspunkten 5 och de reaktiva komponenterna ll. Sàlunda är inflytanden fràn omgivningarna pá en sàdan högimpedansväg minimerade. Vidare erhalls huvudsakligen genom segmenen 9, 10, anslutningarna 15, 16 och de tryckta kretsarna 17, 18 en 50 ohms transmissionsledning, eller liknande, beroende pà det speciella fallet. Alternativt kan anslutningarna 15, 16 pà telefonens kretskort 14 bildas av flexibla metalltungor.

Med hänvisning till fig 3, har antennanordningen i en andra utföringsform alla särdrag beskrivna ovan i anslutning till den första utföringsformen. Vidare omfattar den andra utföringsformen ett antennspröt 22 som har en icke ledande övre änddel 24 och en väsentligen rak radiator 23 i dess nedre del.

Antennsprötet 22 uppbärs av huset 1, sà att det är utdragbart och inskjutbart längs en för huset 1 och helixradiatorn 4 gemensam axel. Den impedansmatchande anordningens 6 tryckta kretskort 12 är försett med en öppning genom vilken antennsprötet 22 är rörligt.

När antennsprötet 22 är inskjutet (inte visat) sträcker det sig in i telefonens 3 chassi genom ett icke-ledande rör 26, vilket är fäst i antennhuset l, och den övre änddelen 24 sträcker sig inuti helixradiatorns 4 hela höjd. I inskjutet läge utför helixradiatorn 4 praktiskt taget all antennfunktion. 22691SV.DOC; 97-9-3 10 15 20 25 30 35 509 641 s När antennsprötet 22 är utdraget (visat i fig 3) sträcker det sig uppåt väsentligen från den impedansmatchande anordningen 6 genom huset 1 och helixradiatorn 4. Den raka radiatorn 23 är ansluten till den impedansmatchande anordningen 6 parallellt med helixradiatorn 4 med hjälp av ett anslutningsorgan 25 vid öppningen i kretskortet 12. I det utdragna läget utför den raka radiatorn 23 huvuddelen av antennfunktionen.

Med hänvisning till fig 4 innefattar den impedansmatchande anordningens 6 tryckta kretskort 12 i den andra utföringsformen alla särdrag hos den impedansmatchande anordningen i den första utföringsformen, och har därutöver ett ledarsegment 27, som förbinder det första anslutningsorganet 7 med den första änden av den första reaktiva komponenten ll och med anslutningsorganet 25, vilket gör kontakt med en nedre ände av den raka radiatorn 23 när antennsprötet 22 är i sitt utdragna läge.

Denna integrering av den impedansmatchande anordningen 6 i huset 1 ger samma fördelar som de som beskrivits i anslutning till den första utföringsformen. Ocksà här kan anslutningarna 15, 16 pà telefonens kretskort 14 alternativt bildas av flexibla metalltungor.

Med hänvisning till fig 5 och 6 innefattar antennanordningen i en tredje utföringsform de flesta särdragen hos den andra utföringsformen som visas i fig 3 och 4, med de huvudsakliga undantagen att antennhusets monteringsorgan 2 är anpassat för montering i en ganska hög cylindrisk öppning i telefonens chassi 30, att den impedansmatchande anordningen 6 är monterad i en nàgot konisk urtagning i den nedre änden av huset och är innesluten i telefonens chassi 30 (vilket emellertid är icke- ledande), att en nedre änddel 31 av helixradiatorn följer en väsentligen rak konfiguration fràn en chassits 30 övre ändnivà till den impedansmatchande anordningen 6 (dess reaktiva 2269lSV.DOC7 97-9-3 10 15 20 s 509 641 komponenter är inte visade), att den nedre änddelen 31 är försedd med en flexibel krök 32 som avviker frán den raka konfigurationen och bildar, i stället för den impedansmatchande anordningen själv, ett kontaktorgan för anslutning till den nedre delen av den raka radiatorn när den senare är i sitt utdragna läge, och att telefonens tryckta kretskort 14 är försett med flexibla metalltungor 28, 29 för anslutning till antennanordningen. Även om uppfinningen beskrivits i förhållande till specifika utföringsformer, skall det förstás att mànga fler variationer är möjliga inom uppfinningens ram. Sådana variationer är t ex att i den impedansmatchande anordningen inkludera en switchanordning som manövreras av utdragandet av det skjutbara antennsprötet, för att tillàta strålande element av olika typer (halv- och kvartsvàgs), att arrangera den impedansmatchande anordningens substrat i cylindrisk eller väsentligen platt konfiguration parallellt med antennhus- och radiatoraxlarna, och att anordna skilda kretsar i den impedansmatchande anordningen för två eller fler konduktivt åtskilda stràlande element. 2269lSV.DOC; 97-9-3

Claims (12)

10 15 20 25 30 35 5Û9 641 10 P A T E N T K R A V

1. En antennanordning för en portabel radiokommunikationsanordning som arbetar i UHF eller närliggande frekvensomràden, innefattande: - ett hus (1) försett med ett monteringsorgan (2) för montering pà en radiokommunikationsanordning (3); - ett strálande första element (4) uppburet av huset (1), - vilket första element (4) har en första matningspunkt (5), vid vilken det uppvisar en första impedans Zl; och - en impedansmatchande anordning (6), som uppbärs av huset (1) i närheten av den första matningspunkten (5) och som har första och andra anslutningsorgan (7,8) uppvisande väsentligen den första impedansen ZI respektive en andra impedans Z2, - vilket första anslutningsorgan (7) är anslutet till den första matningspunkten (5), - och vilket andra anslutningsorgan (8) innefattar första och andra ledande organ (9,lO) att anslutas till radiokommunikationsanordningen, - varvid den impedansmatchande anordningen (6) innefattar àtminstone ett reaktivt element (11) anslutet mellan det första och andra anslutningsorganet (7,8), k ä n n e t e c k n a d av - att den impedansmatchande anordningen (6) innefattar ett dielektriskt substrat (l2) uppburet av huset (1), och - att substratet (12) uppbär nämnda reaktiva element (ll) och ett ledningsmönster (l9,20,2l,27), vilket förbinder nämnda reaktiva element (ll) med anslutningsorganen (7,8).

2. Antennanordning enligt krav 1, k ä n n e t e c k n a d av att - det första elementet (4) är huvudsakligen av halvvàgstyp.

3. Antennanordning enligt nàgot av föregående krav, k ä n n e t e c k n a d av att 2269lSV.DOC; 97-9-3 10 15 20 25 30 11 5Û9 641 - substratet är ett tryckt kretskort.

4. Antennanordning enligt något av föregående krav, k ä n n e t e c k n a d av att - substratet är en flexibel filmbärare försedd med ledande filmkretsar.

5. Antennanordning enligt något av föregående krav, k ä n n e t e c k n a d av att - substratet är försett med en åtminstone delvis cirkulär yttre kant för montering i ett motsvarande spår eller en urtagning i husets bas, och att - substratet är monterat huvudsakligen vinkelrätt mot en riktning i vilken det första elementet sträcker sig.

6. Antennanordning enligt något av föregående krav, k ä n n e t e c k n a d av att - de första och andra ledande organen (9,lO) är icke-koaxiellt anordnade.

7. Antennanordning enligt något av föregående krav, k ä n n e t e c k n a d av att - det första elementet är helixformigt. 00

8. Antennanordning enligt något av kraven l - 6, k ä n n e t e c k n a d av att det första elementet är huvudsakligen rakt.

9. Antennanordning enligt något av kraven l - 7, k ä n n e t e c k n a d av att det strålande första elementet är helixformigt, - ett strålande andra element, som är en huvudsakligen rak radiator, är förskjutbart genom det första elementet längs en väsentligen gemensam axel, och 2269lSV.DOC; 97-9-3 10 15 509 641 12 - substratet är ringformigt för att tilláta det andra elementet att skjutas in genom detsamma.

10. Antennanordning enligt krav 9, k ä n n e t e c k n a d av att - substratet uppbär ett kontaktorgan för kontaktering av det andra elementet när det är utdraget.

11. ll. Antennanordning enligt nàgot av föregående krav, k ä n n e t e c k n a d av - ytterligare radiatoranordningar för användning inom ett vidare frekvensband eller inom tvà mer separerade frekvensband.

12. Antennanordning enligt nàgot av föregående krav, k ä n n e t e c k n a d av att - ett reaktivt element (11) som uppbärs av substratet (12) är anslutet mellan de första och andra ledande organen (9, 10). 22691SV.DOC; 97-9-3