SE517564C2 - Antennanordning för en bärbar radiokommunikationsanordning, bärbar radiokommunikationsanordning med sådan antennanordning och metod för att driva nämnda radiokommunikationsanordning - Google Patents

Description

20 25 30 35 517 564 _2_ vissa problem vid konstruktion av antennarrangemanget, som är avpassat för att användas med båda systemen.

Det är tidigare känt antennarrangemang, som innefattar en fordonsantenn för satellitnavigering och för I US 5 706 015 beskrivs ett arrangemang som innefattar både en GPS-antenn och en antenn mobilradiokommunikation. som arbetar i GSM-banden. Detta arrangemang är emellertid en plant avslutad antennanordning som är avsedd för att arrangeras på en ledande yta. De olika antennernas strålnings- och mottagningselement är väsentligen inbördes parallella och ligger i olika plan.

I EP O 895 299 beskrivs en radiokommunikationsanordning som har en konventionell cellulär antenn och en GPS-antenn i form av en helixantenn, som är placerad i en avlång antennhållare, vilken påminner om en konventionell sprötantenn. Helixantennen är skild från terminalens kropp genom en kommunicerande sektion i antennhållaren. I en alternativ utföringsform visar detta dokument ett patchliknande antennelement i den övre delen av terminalens kropp, som är monterat på ett platt substrat. På substratets undersida finns det ett jordplan för det patchliknande antennelementet. Denna utformning är inte lämpad för användning tillsammans med en bärbar beroende radiokommunikationsanordning, tex en mobiltelefon, på den utrymmeskrävande utformningen.

I US-patentet nr 5 929 812 beskrivs en mobil antenn med en alternativ patchantenn för högre frekvenser. Denna utformning är begränsad till användning tillsammans med ett fordon.

I US-patentet nr 5 444 452 beskrivs en antennanordning för mottagning av GPS-signaler med två skilda frekvenser. Någon antennanordning avsedd att användas i ett cellulärt mobilnät beskrivs inte. 10 15 20 25 30 35 517 564 ä* ïIÉï- ëíš _3._ I den europeiska patentpublikationen EP O 821 428 A2 beskrivs en portabel radiokommunikationsapparat för satellitkommunikation. Kombinationen av en intern mobiltelefonantenn och en GPS-antenn beskrivs inte. Ändamål med uppfinningen Ett syfte med föreliggande uppfinning är att åstadkomma en kompakt antennanordning, som omfattar både en antenn för cirkulärt polariserade elektromagnetiska vågor, t.ex. för GPS-systemet, och åtminstone en antenn för linjärt polariserade elektromagnetiska vågor, tex för cellulära mobiltelefonsystem.

Ett annat syfte är att åstadkomma en radiokommunikations- anordning, som innefattar ett antennarrangemang vilket arbetar både med linjärt och cirkulärt polariserade radiosignaler.

Uppfinningen i sammandrag Uppfinningen är grundad på insikten att ett avlångt element kan användas som antenn för mottagning av cirkulärt polari- serade elektromagnetiska vågor, tex sådana som används i GPS-systemet, och att ett gemensamt jordplan kan användas för antenner, som arbetar med olika slags polarisation.

Enligt föreliggande uppfinning åstadkommes en antennanordning, som definieras i patentkravet 1.

Detta sörjer för en kompakt antennanordning, som är avpassad för att användas tillsammans med fler än ett kommunikationssystem.

Enligt föreliggande uppfinning åstadkommes även en bärbar radiokommunikationsanordning, som innefattar en sådan antennanordning och som definieras i patentkravet 16, samt en i patentkravet 19 definierad metod för att driva en sådan bärbar radiokommunikationsanordning. 10 15 20 25 30 35 - "- .fl x u . . _ v u n o I 5 ' .n .n . n n . n Ytterligare föredragna utföringsformer definieras i de beroende patentkraven.

Kortfattad beskrivning av ritningen Uppfinningen beskrivs nedan med hjälp av exempel och med hänvisningar till ritningen, på vilken: Fig l är en perspektivvy av en antennanordning enligt uppfinningen; Fig 2 är en sidovy av anordningen i fig 1; Fig 3 är en ändvy av anordningen i fig l; och Fig 4 är en planvy av anordningen i fig 1.

Detaljerad beskrivning av uppfinningen Nedan följer en detaljerad beskrivning av en föredragen utföringsform. I denna beskrivning skall man ha klart för sig, att antennanordningen enligt uppfinningen kan sända och/eller ta emot RF-signaler. Även om ett här använt uttryck tyder på en speciell signalriktning skall det uppfattas så att situationen kan täcka denna signalriktning och/eller den omvända, om inte annat särskilt anges.

Fig l visar antennanordningen 1, som innefattar ett organ 10 för att uppbära utstrålande element, se nedan. Organet 10 är ett allmänt platt dielektriskt stöd och är försett med en bockning som ger en form, vilken sett från sidan påminner om ett L, se fig 2. Det finns monteringsorgan (visas ej) för att fästa organet 10 till ett väsentligen (PCB) en bärbar mobiltelefon. 20 hos en bärbar radiokommunikations- Kretskortet 20 är som fungerar plant kretskort anordning, t.ex. försett med relativt stora ledande partier, som ett jordplan 22 för antennanordningen. Jordplanet är försett med ett övre ändparti 22a och ett nedre ändparti 22b, se fig 2. Hänvisningarna till "övre" och nedre" avser den allmänna orientering anordningen har under drift.

Såsom framgår av fig l är anordningens l0 övre yta försedd med ett ledande skikt 12, vilket fungerar som ett första utstrålande och mottagande element hos en cellulär mobil- 10 15 20 25 30 35 517 564 šïï* ïIÉï- _5_ telefonantenn, vars jordplan är jordplanet 22. Skiktet 12 är försett med ett övre ändparti 12a och ett nedre ändparti 12b, Det ledande skiktet 12 och jordplanet 22 är belägna i inbördes väsentligen parallella plan, se fig 2. som åtskiljs av ett i förväg bestämt mellanrum dl. Det ledande skiktet 12 har ett matningsparti (visas ej) och är anslutet till jordplanet medelst jordanslutningsorgan (visas ej), varigenom bildas en s.k. PIFA (Planar Inverted F Antenna).

Organets 10 vikta parti innefattar ett rektangulärt substrat, på vilket det finns ett andra element i form av ett vid ledande skikt 14. Elementet 14 har avlång form och är ena änden försett med ett matningselement (visas ej).

Det det avstånden mellan de första och andra utstrålande elementen andra elementet 14 befinner sig på avståndet d3 från första elementets 12 övre ändparti l2a. De inbördes 12, 14 och jordplanet är av avgörande betydelse för antennanordningens prestanda. Således är företrädesvis avståndet dl mellan jordplanet 22 och det första elementet 12 mindre än avståndet d3 mellan det första och det andra 14. mellan jordplanet och det andra elementet 14 mindre än 14. elementet 12, Företrädesvis är också avståndet d2 avståndet d3 mellan de två utstrålande elementen 12, Trots skiktets 14 form har det överraskande nog visat sig att det fungerar bra som ett mottagande GPS-antennelement, dvs som ett element för mottagning av cirkulärt polari- serade vågor. Såsom framgår av fig 2 är elementet 14 be~ läget väsentligen i jordplanets 22 plan och på ett i förväg Elementet 14, som väsentligen valt avstånd d2 från detta. har formen av ett band, är beläget väsentligen vinkelrät mot jordplanet 22. Ett lämpligt inbördes avstånd d2 mellan jordplanet 22 och det andra elementet 14 är ca 7-9 mm.

Således använder GPS-antennen detta skikt 22 som jordplan.

Denna placering har visat sig ge särskilt goda egenskaper för GPS-antennen. 15 20 25 30 35 n - o u an a 517 564 _6_ Man skall inse att det andra elementet 14 inte är i stånd att sända cirkulärt polariserade vågor med den här beskrivna utformningen. Emellertid är detta inte något problem i denna speciella tillämpning av GPS, eftersom den endast omfattar kommunikation i en riktning, dvs mottagning av inkommande vågor.

Den totala formen hos höljet 30 till en radiokommunika- tionsanordning eller terminal, tex en mobiltelefon, visas med streckade linjer i fig 4, som är en planvy av anordningens baksida, dvs den sida som vid drift är vänd bort från användaren. Terminalen är försedd med en kappsats (visas ej) som fungerar som ett användargränssnitt.

Det framgår att antennanordningen är placerad i terminalens övre del, dvs det högra partiet såsom visas i fig 4. Detta ger ett läge för elementet 14 som är särskilt lämpat i sam- band med satellitkommunikation, eftersom användaren kommer att peka rakt uppåt med terminalens antennelementparti när terminalen används. I GPS-drift är således antennanord- ningen orienterad med jordplanets 22 övre ändparti 22a uppåt och med GPS-antennelementet 14 placerat ovanför jordplanet med avståndet d2.

Elementets 14 längd är avpassad till GPS-systemets fre- dvs 1,575 GHz. formen är längden en fjärdedel av våglängden, dvs GPS- kvens, I den visade föredragna utförings- antennen är en s.k. kvartsvågsantenn med längden approxi- mativt 5 cm för GPS-systemet. Det skall påpekas att denna längd avser den totala effektiva längden från elementets 14 matningspunkt.

Anordningen 1 är försedd med separata matningspunkter för elementen 12 och 14. Således kan funktionen kopplas om mellan de två antennerna i beroende av den önskade till- lämpningen. De två antennerna kan även användas samtidigt. 10 15 20 25 30 35 n Q ~ - nu 517 564 _7_ .Sn »- Den ovan beskrivna utföringsformen utgör en antennanordning som är kompakt, lätt att tillverka och lätt att montera.

Både anordningens höjd och bredd kan göras så att den passar in i en modern mobiltelefon av kompakt storlek.

Man inser att antennanordningen enligt uppfinningen kan varieras inom ramen för patentkravens skyddsomfång. De utstrålande och mottagande elementen har visats med speciella former. Man inser att de kan ha varje lämplig form, som är avpassad till de specifika fordringarna på ifrågavarande antennelement. Även om det första antenn- elementet 12 har visats med en väsentligen plan form inser man att det kan vara lätt välvt och därigenom vara avpassad till formen hos det hölje, i vilket antennanordningen monteras.

En PIFA har beskrivits i samband med den föredragna ut- föringsformen. Det säger sig självt att antennen 12, 22 för linjärt polariserade elektromagnetiska vågor kan ha varje lämplig antennutformning och innefatta ett utstrálande ele- ment såsom ett patchelement eller ett meanderformat element eller vara en modifierad PIFA eller en mikrostripantenn i 22 vara varje antenn- allmänhet. Således kan antennen 12, anordning, som är lämpad för inbyggnad i ett telefonhölje.

Det avlånga elementet 14 har beskrivits såsom fungerande som en GPS-antenn. Det är även möjligt att arrangera denna antenn så att den fungerar som antenn för andra cirkulärt polariserade, elektromagnetiska vågor.

GPS-antennens element 14 har beskrivits som ett avlångt, väsentligen bandliknande element. I en alternativ utföringsform ges detta element meanderform. På så sätt förlängs elementets effektiva längd, vilket ger en kompaktare antennanordning.

Alternativt kan elementet 14 utföras som en cirkulär tråd, varigenom dess tillverkning förenklas. Denna tråd kan vara 10 15 20 25 30 35 n > o ø ao n 517 564 _8_ försedd med ett inre parti som sträcker sig från en anslutningspunkt på kretskortet, och ett yttre parti som är bockat väsentligen 90° i förhållande till det inre partiet och har en utsträckning, som väsentligen motsvarar det andra elementets 14 utsträckning, som beskrevs i samband med den föredragna utföringsformen.

GPS-antennens element 14 har visats beläget i jordplanets 22 plan. Emellertid kan detta elements exakta läge variera.

Det kan finnas närmare det första antennelementets 12 plan eller till och med i detta plan. Detta innebär, att de två utstrålande elementen 12, 14 kan ligga på samma yta av substratet.

Antennelementen 12, 14 har visats monterade på ett L-format substrat 10. Man inser att de kan arrangeras på varje lämpligt sätt och på varje lämpligt substrat, så länge som de har det här beskrivna, inbördes läget.

Antennelementets 14 matningselement har beskrivits ligga vid en ände av elementet. Man inser att matningselementets läge kan varieras i beroende av antennelementets önskade egenskaper. Även om jordplanet 22 hr visats med rektangulär form skall man vara medveten om att det kan ha ett antal former när det utgör kretskortets 20 jordningsbanor. Företrädesvis är emellertid dess övre ändparti 22a väsentligen rakt.

Uttrycken "övre" och "nedre" ändpartier har använts för att beteckna de övre och nedre kanterna på det första utstrålande elementet 12 och jordplanet 22 såsom visas i figurerna. Med alternativa utformningar, tex ett meanderformat första utstrålande element, betecknar dessa uttryck de partierna som utgör de översta och nedersta partierna av elementet 12 och jordplanet 22 då anordningen används.

Claims (19)

70 15 20 25 30 35 517 564 _9.. Patentkrav

1. Antennanordning för en bärbar radiokommunikationsanordning innefattande: - en jordledare (22) som är placerad i väsentligen ett plan och har främre och bakre ytor och ett övre (22a) och ett (22b) - ett första antennelement (12), som har ett matningsparti nedre ändparti, och ett övre (l2a) och ett nedre (12b) ändparti, varvid detta första element är väsentligen parallellt med och åtminstone delvis överlappar med och har ett första, i förväg valt avstånd (dl) till jordledarens bakre yta, och (14) och har ett andra, i förväg valt avstånd (d2) till jordledarens (22) (22a) i förväg valt avstånd (d3) till det första - ett andra antennelement som har ett matningsparti övre ändparti och har ett tredje, antennelementets övre ändparti (l2a), (14) och avpassat för att ta emot cirkulärt polariserade kännetecknad av, att det andra elementet är avlångt radiosignaler genom att arbeta i linjär polarisationsmod och att det befinner sig närmare det första antennelementets övre ändparti (l2a) än det första antennelementets nedre ändparti (12b).

2. Antennanordning enligt kravet 1, varvid det andra elementet (14) befinner sig väsentligen i jordledarens (22) plan.

3. Antennanordning enligt kravet 1 eller 2, varvid det andra elementet (14) är väsentligen parallellt med jordledarens (22) övre ändparti (22a).

4. Antennanordning enligt något av kraven 1-3, varvid jordledarens (22) övre ändparti (22a) är väsentligen rakt.

5. Antennanordning enligt enligt något av kraven 1-4, varvid det andra elementet (14) är väsentligen bandformat. 10 15 20 25 30 35 5 1 7 5 6 4 šïï; - f: ..lO_

6. Antennanordning enligt något av kraven 1-4, varvid det andra elementet (14) är meanderformat.

7. Antennanordning enligt enligt något av kraven 5 och 6, (14) är väsentligen vinkelrät mot jordledarens (22) plan. varvid det andra elementet är beläget i ett plan, som

8. Antennanordning enligt något av kraven 1-4, varvid det andra elementet (14) är trådformat.

9. Antennanordning enligt något av föregående krav, varvid det andra elementet (14) har en längd som är avpassad för användning med GPS-systemet.

10. Antennanordning enligt kravet 9, varvid det andra elementet (14) har längden ca 5 cm.

11. Antennanordning enligt något av föregående krav, varvid åtminstone endera av de första och andra elementen (12, 14) är försett med ett jordningsparti.

12. Antennanordning enligt något av föregående krav, varvid det första resp andra elementet (12, 14) är anslutna till separata elektroniska kretsar.

13. Antennanordning enligt något av föregående krav, varvid det första avståndet (dl) är mindre än det tredje avståndet (d3).

14. Antennanordning enligt något av föregående krav varvid det andra avståndet (d2) är mindre än det tredje avståndet (d3).

15. Antennanordning enligt något av föregående krav, varvid det första antennelementet utgör en del av en PIFA-antenn (Planar Inverted F Antenna). 10 15 20 517 564 _11.. u nya II

16. Bärbar radiokommunikationsanordning innefattande ett hölje (30) och ett användargränssnitt, kännetecknad av, att en antennanordning enligt något av de föregående kraven är anordnad inuti höljet (30).

17. Bärbar radiokommunikationsanordning enligt kravet 16, varvid antennanordningen är anordnad i det övre partiet av radiokommunikationsanordningen (30).

18. Bärbar radiokommunikationsanordning enligt kravet 17, (14) är beläget i radiokommunikationsanordningens (30) övre del. varvid antennanordningens andra antennelement

19. Metod för att driva en bärbar radiokommunikations- (22), ett första som har ett matningsparti, och ett andra (14) kännetecknad av steget att ta emot cirkulärt polariserade som innefattar en jordledare (12) avlångt antennelement anordning, antennelement som har ett matningsparti, radiosignaler medelst det andra antennelementet (14) genom drift i linjär polarisationsmod.