SE511255C2 - Antennanordning för dubbla frekvensband - Google Patents

Description

15 20 25 30 35 511 255 2 utan användning av mekaniska eller andra Switchar. Uppfinningen har vidare till ändamål att utforma antennanordningen på ett sådant sätt att den kan till- verkas enkelt och billigt samtidigt som den får en god mekanisk hållfasthet.

PROBLEMLÖSNING Den till grund för uppfinningen liggande målsättningen uppnås om den in- ledningsvis antydda antennanordningen kärmetecknas därav att det spröt- formade antennelementet i området för det helixformade antennelementets matningsände har en matningsdel, som åtminstone delvis och på något av- stånd omger det helixformade antennelementets yttre mantelyta eller dess förlängning bort från det helixfonnade antennelementet.

Ytterligare fördelar uppnås enligt uppfinningen om uppfinningsföremålet även ges ett eller flera av särdragen enligt patentkraven 2-7.

SAMMANSTÄLLNING ÖVER RITNINGSFIGURER Uppfinningen skall nu beskrivas närmre under hänvisning till bifogade rit- ningar. På dessa visar: fig l en komplett, dubbelbandig antennanordning avsedd för en icke visad mobiltelefon där antennanordningen är omställbar mellan ett stand-by läge och ett talläge, fig 2 antennanordningen enligt fig 1 i stand-by läge, fig 3 ett snitt genom ett övre parti av antennanordningen enligt fig 2, fig 4 ett undre parti av antennanordningen enligt fig 2, fig 5 ett modifierat utförande av det undre partiet enligt fig 4, fig 6 det andra antennelementet i perspektiv, och fig 7 det andra antennelementet i en vertikal planvy. 10 15 20 25 30 35 511255 3 FÖREDRAGEN UTFÖRINGSFORM Uppfinningen kommer att beskrivas såsom ingående i en antennanordning, vilken utöver antennelement för stand-by läge, paging mode, även innefattar antennelement för talläge, talk position. Antennanordningen, vari uppfin- ningsföremålet ingår, är därför en komplett dubbelbandig antenn omställbar mellan stand-by läge och talläge.

Av fig 1 och 2 sammantaget framgår att antennanordningen innefattar en forsta antennenhet l, vilken är utförd som ett sprötarrangemang 3, och en andra antennenhet 2, vilken är åtminstone delvis utförd som ett helixarran- gemang 4. Såväl sprötarrangemanget 3 som helixarrangemanget 4 är utförda för att arbeta i minst två frekvensband utan användning av Switchar. Helix- arrangemanget 4 är vidare fast i den radiokommunikationsapparat, i dagligt tal mobiltelefon, som antennarrangemanget är avsett att betjäna.

Den första antennenheten 1 är utförd dubbelbandig för att samtidigt kunna arbeta inom de båda frekvensband, som mobiltelefonen är anordnad för.

Samtidigt skall i detta sammanhang tolkas så att både sändning och mottag- ning kan ske i två frekvensband samtidigt; däremot kommer sändning i ett frekvensband och mottagning i ett annat frekvensband att vålla problem. På motsvarande sätt är också den andra antennenheten 2 utförd dubbelbandig för samma frekvensband som den första antennenheten. Den första antennenhet- en är avsedd för mobiltelefonens talläge, talk position, medan den andra antennenheten 2 är avsedd för mobiltelefonens stand-by läge, paging mode.

Omställning mellan talläget och stand-by läget âstadkommes genom den första antennenhetens l förskjutning i sin längdriktning genom den andra antennenheten 2 mellan de båda tillstånd, som visas i fig 1 och 2. Påpekas skall att i tillståndet för stand-by läge (fig 2) är det endast den andra antenn- enheten 2 som är synlig på utsidan av mobiltelefonens ytterhölje.

Antennanordningen innefattar medel för elektrisk ornkoppling mellan stand- by läge och talläge och omställningen mellan dessa lägen åstadkommes genom den nämnda förskjutningsrörelsen hos den första antennenheten 1.

Medlen för omkoppling mellan talläge och stand-by läge kan innefatta an- tingen en elektrisk omkopplingsanordning eller en anordning för att bringa endera av antennenheterna till ett resonansläge som befinner sig på betryg- 10 15 20 25 30 35 511 255 4 gande avstånd utanför de valda frekvensbanden när den aktuella antenn- enheten inte skall användas.

Antennanordningen innefattar vidare medel för koppling av de båda antennenhetema l och 2 till de aktuella frekvensbanden. Dessa medel är utförda på ett sådant sätt att däri icke ingår någon mekanisk ornkopplings- anordning. Istället åstadkommes omställningen mellan frekvensbanden genom att i antennenhetema ingående strålande antennelement kopplas kapacitivt eller induktivt.

Pig 3 visar ett snitt genom helixarrangemanget 4 och ett övre parti av det därigenom sig sträckande sprötarrangemanget 3. Av figuren framgår att antennanordningen är uppbyggd kring en av metall framställd bussningsdel 5, vilken är avsedd för antennanordningens fastsättning i ett icke visat hölje till mobiltelefonen. Bussningsdelen 5, som är galvaniskt ansluten till mobil- telefonens kretsar, har en central, genomgående kanal för upptagning av sprötarrangemanget 3 samt vidare ett övre i huvudsak cylindriskt parti 6, på vilket en rörformad av elektriskt isolerande material framställd bärdel 7 är anordnad. Bärdelen 7 är fäst på det övre, cylindriska partiet 6 genom att detta är försett med omloinggående hullingar, rillor eller gängor som ingriper i bärdelens 7 material vilket lämpligen är ett åtminstone till viss del eftergiv- ligt eller halvhårt plastmaterial. Den cylindriska bussningsdelen 5 har vidare ett undre parti 8 med en gänga 9, vilken tjänar till antennanordningens fast- sättning i mobiltelefonen.

Bärdelen 7 har en central, i huvudsakligen cylindrisk kanal 10, vilken är öppen i den övre änden av bärdelen. Invändigt i bärdelens 7 kanal 10 är det anordnat ett första antennelement 11, vilket är utfört som en helix. Det första antennelementet är avstämt för det lägre frekvensbandet för antennanord- ningen och är galvaniskt förbindbar med mobiltelefonens elektriska kretsar. I paging mode finns den galvaniska förbindelsen medan den i talkposition eventuellt kan vara uppbruten.

Helixen ll är fjädrande och axiellt hoptryckbar inne i kanalen 10. Helixens övre ände vilar mot en ansats vid kanalens 10 övre ände, medan helixens undre ände vilar på en bricka 26 på bussningsdelen 5. I övrigt är helixen löst anordnad i kanalen. 10 15 20 25 30 35 511 255 5 På utsidan av bärdelen 7, eventuellt försänkt i dennas yttre mantelyta, men eventuellt också helt och hållet innanför denna mantelyta, är det anordnat ett andra antennelement 12, vilket huvudsakligen har formen av en ståndar- antenn. Det andra antennelementet 12 är avstämt for det högre frekvens- bandet och är galvaniskt skilt från det forsta antennelementet l 1, bussnings- delen 5 och från mobiltelefonens elektriska kretsar.

Såsom framgår av fig 3 har det andra antennelementet 12 en sprötdel 18, som är anordnad utanför det forsta antennelementet 11, dvs helixen, utefter denna och ungefarligen parallellt med dennas centrumaxel. I den undre änden har sprötdelen 18 en matningsdel 19, vilken har formen av en ringformad bild- ning, som befinner sig på utsidan av den yttre mantelytan till helixen 1 1.

Matningsdelen kan lämpligen vara tillverkad i ett stycke med sprötdelen och är anordnad vid helixens ll undre ände, dvs dess matningsände, som är galvaniskt ansluten till mobiltelefonens kretsar via bussningsdelen 5.

Matningsdelen 19 är såsom ovan nämnts ringfonnad och kan i omlcretsrikt- ningen sträcka sig ifrån väsentligen ett fullt varv till en betydligt mindre om- slutningsvinkel kring helixen ll. Matningsdelen 19 ligger huvudsakligen i ett plan, som är vinkelrätt mot centrumaxeln for helixen. Vidare kan höj dläget för matningsdelen 19, dvs läget utefter helixens axel, variera från ett övre läge ungefarligen enligt fig 3 eller eventuellt något högre, till ett undre läge där matningsdelen 19 befinner sig omkring det cylindriska partiet 6 på buss- ningsdelen 5.

Kopplingen av det andra antennelernentet 12 till mobiltelefonens kretsar sker kapacitivt mellan matningsdelen 19 och helixens ll undre ände eller buss- ningsdelens 5 cylindriska parti 6 eller kombinationer av dessa. I beroende av omslutningsvinkeln for matningsdelen 19 blir den kapacitiva kopplingen mer eller mindre ”hård”, där hårdare kopplingsgrad, dvs stor omslutningsvinkel for matningsdelen, ger en smalbandigare funktion åt det forsta antenn- elementet 11, medan större bredbandighet uppnås, om matningsdelens 19 omslutningsvinkel minskas alternativt avståndet från matningsdelen 19 till helixen eller det cylindriska partiet 6 ökas, dvs kopplingskapacitansen minskas.

En viss strökapacitans förekommer givetvis mellan andra antennelementets 12 sprötdel 18 och helixen ll, men denna strökapacitans bidrar endast i obe- tydlig omfattning till kopplingen mellan de båda antennelementen ll och 12. 10 15 20 25 30 35 511 255 För att minska den fysiska längden hos sprötdelen 18 vid en viss given frekvens, har sprötdelen 18 i sin övre ände en topplast 20 utförd som en s k ”gloria”, vilken är en ringformad bildning, som ligger i ett plan, som är tvär- riktat mot sprötdelens 18 längdriktning och som är ungefarligen parallellt med planet för matningsdelen 19. Såväl topplasten 20 som matningsdelen 19 är såsom framgår av fig 6 öppna, dvs de är inte några helt slutna ringar. Även omslutningsvinkeln för topplasten 20 kan variera från det i fig 6 visade stora värdet i närheten av ett varv till betydligt mindre omslutningsvinkel.

Med de avstämningsfrekvenser, dvs 900 MHz och 1800 MHz, är det möjligt att göra det andra antennelementet 12 med ungefärligen samma axiella ut- sträckning, dvs fysiska längd, som helixen 11. Detta utförande illustreras också i fig 3.

I en antennanordning, som är utförd för att arbeta med tre olika frekvensband, kan man till den i fig 6 visade matningsdelen 19 anordna ytterligare en spröt- del, vilken då bör vara belägen ungefarligen diametralt mittemot sprötdelen 18.

Elektriskt fungerar helixarrangemanget 4 på följande sätt. Det första antenn- elementet 11, dvs den invändigt i bärdelen 7 anordnade helixen är galvaniskt ansluten till mobiltelefonens kretsar via en metallbricka 26, som vilar på bussningsdelens 5 övre cylindriska del 6. När antennelementet 1 1 matas med eller tar emot elektromagnetisk strålning inom det lägre frekvensbandet kommer denna strålning att passera förbi det andra, dvs det yttre antenn- elementet 12, utan att påverkas i någon större grad av detta eftersom det yttre antennelementet 12 har en resonansfrekvens på betryggande avstånd från resonansfrekvensen för det inre antennelementet 1 1 och vidare därför att det är så "glest" att det inte har någon nämnvärd avskärmande inverkan.

Det andra antennelementet 12 är avstämt till det högre frekvensbandet. Om sändning sker inom detta högre frekvensband kommer det andra antenn- elementet 12 att fungera som strålande element, vilket är kapacitivt kopplat till den inre helixens ll undre ände, brickan 26 eller det cylindriska partiet 6 eller en kombination av dessa. På motsvarande sätt kommer vid mottagning inom det högre frekvensbandet, en kapacitiv koppling att finnas, så att mot- tagen energi överförs till apparatens kretsar. 10 15 20 25 30 35 511 255 7 Om placeringen av de båda antennelementen ll och 12 vore den omvända mot vad som visas på ritningen, så att helixen l l placerades ytterst, skulle anordningens funktion avsevärt försämras, eftersom den yttre helixen i detta fall skulle fungera som en effektiv skärm for det innanför liggande antennelementet 12.

Av det ovan sagda framgår att antennanordningen enligt uppfinningen i mobiltelefonens stand-by läge, paging mode, fungerar utan användning av några mekaniska omkopplingsarrangemang mellan de båda antennelementen ll och 12. Vidare kan antennelementet för det lägre frekvensbandet under paging mode vara permanent och galvaniskt anslutet till mobiltelefonens kretsar.

Den kompletta antennanordningen innefattar såsom nämnts ovan utöver helixarrangemanget 4 också ett sprötarrangemang 3. Detta visas endast schematiskt på ritningarna.

I fig 1 antyds att sprötarrangemanget 3 har ett övre parti 17 vilket är fram- ställt av elektriskt isolerande och omagnetiskt material. Längdutsträclmingen för detta övre parti 17 är sådan att, när antennanordningen befinner sig i läget enligt fig 2, så skall det övre partiet l7 i längdled fylla ut åtminstone helix- arrangemanget 4 och dess undre monterings- och anslutningsdetaljer. Anled- ningen härtill är den att i stand-by läget, fig 2, där helixarrangemanget 4 be- finner sig i drift, kan det inte ñnnas något elektriskt ledande eller magnetiskt material invändigt i helixarrangemanget 4 utan att kraftigt störa dess funk- tion.

Sprötarrangemanget 3 har vidare ett tredje antennelement 15 till övervägande del avsett för det lägre frekvensbandet och ett fjärde antennelement 16 till övervägande del avsett för det högre frekvensbandet.

Sprötarrangemanget 3 har i sin undre ände en metallhylsa 22 via vilken det matas elektriskt. Den övre änden av metallhylsan 22 har en utskjutande kant 27, i utföringsformen enligt ñg 5, anordnad på en plastring 28, vilken ingår i medlen för omställning av antennanordningen mellan stand-by läge och tal- läge.

Ovan har givits en detaljerad beslaivning av helixarrangemanget 4 och en kort beskrivning av Sprötarrangemanget 3 både elektriskt och mekaniskt var 10 15 20 25 30 35 511255 8 för sig. Under hänvisning till fig 3 kommer att anges hur samverkan dem emellan sker.

Bussningsdelen 5 har såsom ovan nämnts en genomgående kanal genom vilken sprötarrangemanget 3 är skjutbart i sin längdriktning. För att hindra glapp och ge önskad elektrisk kontakt är det invändigt i bussningsdelen 5 an- ordnat metalliska fiäderelement 25, vilka glider längs sprötarrangemangets 3 isolerande ytbeläggning när sprötarrangemanget förskjuts. I utdraget läge för sprötarrangemanget, i talläget, som visas i fig 1, åstadkommer bussnings- delen 5 med sina fjäderelement 25 elektrisk kontakt med sprötarrange- mangets undre kontakthylsa 22, varigenom sprötarrangemanget blir direkt galvaniskt kopplat till mobiltelefonens kretsar.

I sprötarrangemangets läge enligt fig 2, dvs i stand-by läget, vilar den inre helixens 1 1 undre ände på en elektriskt ledande bricka 26, vilken i sin tur vilar på ovansidan av bussningsdelen 5 cylindriska övre parti 6. Härigenom råder en elektrisk galvanisk förbindelse mellan bussningsdelen och den undre änden av helixen 1 1. I detta läge vilar fjäderelementen 25 på sprötarrange- mangets isolerande ytterhölje varför sprötarrangemanget är bortkopplat från mobiltelefonens kretsar.

Vid utdragning av sprötarrangemanget från det i fig 2 till det i fig 1 visade läget kommer sprötarrangemanget att glida igenom helixarrangemanget 4 till dess ett utskjutande kantornråde 27 (fig 4 och 5) på metallhylsans 22 övre ände kommer till anliggning mot brickans 26 undre sida. Vid fortsatt lyftning kommer brickan 26 att följa med i sprötarrangemangets 3 uppåtriktade rörelse varigenom helixen 11 tryckes samman i axiell riktning. Helixen ll är visserligen fortfarande galvaniskt kopplad till mobiltelefonens elektriska kretsar men kommer genom denna axiella hoptryckning först att få en miss- anpassning (avstämd till lägre resonansfrekvens) beträffande frekvensen och därefter helt att upphöra att existera som strålande antennelement. Härigenom är naturligtvis också det yttre antennelementet 12 elektriskt bortkopplat till den del kopplingen sker med helixens ll undre ände och brickan 26. Om däremot matningsdelen 19 huvudsakligen kopplar till det cylindriska partiet 6 är det yttre antennelementet 12 fortfarande inkopplat när sprötarrangemanget 3 befinner sig i drift i det högre frekvensbandet. Vid drift i det läge frekvens- bandet däremot är antennelementet 12 missanpassat, varför det ej fungerar. 10 l5 20 511 255 9 I ett altemativt utförande kan man på ovanänden av den metallhylsan 22 på sprötanordningens 3 undre ände placera en ring 28 av isolerande material.

Vid utdragning av sprötanordningen 3 kommer ringen 28 till anliggning mot brickan 26 och lyfter denna från elektrisk kontakt med bussningsdelen 5.

Härigenom kommer helixen ll elektriskt att kopplas bort från mobiltele- fonens kretsar så snart brickan 26 lyfts från elektrisk kontakt med bussnings- delen 5.

I ett praktiskt utförande är det yttre antennelementet 12 avstämt till DCS- bandet. I detta band har det yttre antennelementet 12, dvs sprötdelen 18 en axiell längd på ca 13 mm, medan såväl matningsdelen 19 som topplasten 20 är öppna och har en omslutningsvinkel i närheten av 360°. Vidare ligger av- ståndet mellan matningsdelen 19 och brickan 26 på det cylindriska partiet 6 i storleksordningen 2-3 mm. Det radiella avståndet in till helixen ll är ca 2 mm. På motsvarande sätt är den inre helixen ll avstämd for GSM-bandet och har en diameter på ca 5 mm, en stigning på ca 3 mm och ungefarligen 5 varv. Tråddiametem hos matningsdelen är ca 0,5-0,6 mm.

Uppfinningen kan modifieras inom ramen for bifogade patentkrav.

Claims (7)

10 15 20 25 30 35 511 255 10 PATENTKRAV

1. Antennanordning för en radiokommunikationsapparat arbetande i åt- minstone två frekvensband, innefattande ett helixforinat första antennelement (11) för det ena frekvensbandet, varvid det helixformade antennelementet har en matningsände galvaniskt ansluten till radiokommunikationsapparatens kretsar och ett andra, i huvudsak sprötfonnat antennelement (12) för det andra frekvensbandet, varvid det andra antennelementet är anordnat utefter och utanför det helixformade antennelementet, k ä n n e t e c k n a d därav, att det sprötfonnade antennelementet (12) i området för det helixformade antennelementets (l l) matningsände har en matningsdel (19), som åtmin- stone delvis och på något avstånd omger det helixfonnade antennelementets yttre mantelyta eller dess förlängning bort från det helixformade antenn- elementet.

2. Antennanordning enligt kravet l, k ä n n e t e c k n a d därav, att ett tredje, i huvudsak sprötforrnat antennelement är galvaniskt anslutet till mat- ningsdelen.

3. Antennanordning enligt kravet 2, k ä n n e t e c k n a d därav, att de båda sprötfonnade antennelementen (12) är belägna på motsatta sidor av det helix- formade antennelementet (1 l), företrädesvis ungefärligen diametralt motsatt varandra.

4. Antennanordning enligt något av kraven l-3, k ä n n e te c k n a d därav, att det eller de sprötfonnade antennelementen (12) är galvaniskt skilda från det helixformade antennelementet (1 1).

5. Antennelement enligt kravet l eller kravet 2, k ä n n e t e c k n at därav, att det helixformade antennelementet ( l 1) är avstämt till det lägsta frekvens- bandet.

6. Antennelement enligt något av lqaven 1-5, k ä n n e te c k n at därav, att det eller de sprötfonnade antennelementen (12) har en topplast (20) i form av en slinga (”gloria”), vilkens eller vilkas plan är i huvudsak parallella med ett plan för matningsdelen (19). 511 255 11

7. Antennanordning enligt något av kraven 2-6, k ä n n e t e c k n a d därav, att ett av de sprötforrnade antennelementen (12) har sin topplast (20) belägen i området fór det helixforrnade antennelementets (11) från matnings- delen (19) vända ände.