SE524825C2 - Antennkopplingsanordning samverkande med en intern första antenn anordnad i en kommunikationsanordning - Google Patents

Description

30 524 825 2 omfattning än de för monopoler och spiraler. Kopplare måste följaktligen konstrue- ras individuellt för varje typ av mobiltelefon med intern antenn. En kopplare väl lämpad för vissa n-band (n>1) interna PlFA-antenner, som huvudsakligen an- vänder den elektriska komponenten hos närfältet, har presenterats i SE-O0O2575- 9. En nackdel med denna kopplare är att de n- frekvensbanden inte är beroende av varandra, pga. det faktum att kopplaren endast har en förgrening.

Dokumentet EP O 999 607 visar en antennkopplare innefattande ett plant ledande antennelement, vilket väsentligt liknar det plana ledande antennelementet i mobiltelefonen. Antennkopplaren innefattar dessutom en del av dielektriskt mate- rial för att hålla det ledande antennelementet, och ett första jordplan vilket är le- dande, väsentligen kontinuerligt och väsentligen parallellt med det ledande antennelementet. Denna antennkopplare är avsedd att lutas i relation till antenn- element i mobiltelefonen med en vinkel, a. En nackdel med denna lösning är att den medför ett stort avstånd mellan kopplaren och antennelementet. Detta faktum minskar kopplingsfaktorn. En annan nackdel är att lösningen upptar allt för mycket utrymme.

Sammanfattning av uppfinningen Det är ett ändamål med den föreliggande uppfinningen att lösa de ovan nämnda problemen.

Enligt den föreliggande uppfinningen åstadkommes en antennkopplings- anordning för att koppla radiofrekvenssignaler från en kommunikationsanordning med en intern första antenn. Kommunikationsanordningen är drivbar i n- frekvens- band, där n >1 och n är ett heltal. Antennkopplingsanordningen innefattar en port ansluten/anslutningsbar till en transmissionsledning. En ledande yta hos antenn- kopplingsanordningen har en geometrisk form i formen av en trädstruktur ansluten till porten. Trädstrukturen innefattar ett antal, m, med förgreningar, där m 3 n.

Trädstrukturen innefattar åtminstone en förgrening bix för varje frekvensband i hos kommunikationsanordningen, där i är ett heltal och 1_<_i fn, och x är ett heltal och 1<_x §k(i), och det totala antalet, m, förgreningar uppfyller det följande uttrycket Ék(z)=m 15 20 25 30 . - @ . .- un .- S24 825 3 där k(i) är en funktion av i, som endast kan erhålla ett heltalsvärde och är det totala antalet förgreningar för ett frekvensband i.

En huvudfördel med denna antennkopplingsanordning är att den kan fun- gera i n oberoende frekvensband. Detta underlättar arbetet när man konstruerar en antennkopplingsanordning_ En ytterligare fördel i detta sammanhang åstadkommes om åtminstone en förgrening bi, för varje frekvensband i uppfyller villkoret; en längd hos förgreningen b;,, när den uppmäts från porten till en fri ände hos förgreningen bi,, är inte mindre än cirka 1/8 av M, där 7,; är våglängden i mediet vid frekvensbandet i.

Dessutom är det en fördel i detta sammanhang om åtminstone en förgre- ning bi, för frekvensbandet i hos kommunikationsanordningen är placeradlplace- rade, när antennkopplingsanordningen är i drift, ovanför en domän i hos den inter- na första antennen, varvid en ström förorsakande elektromagnetiska fält i nämnda åtminstone ena förgrening bi, är avsedd att plocka upp en betydande del av en elektromagnetisk våg i frekvensbandet i.

En ytterligare fördel i detta sammanhang åstadkommes om domänerna åtminstone delvis är åtskilda.

Dessutom är det en fördel i detta sammanhang om varje förgrening bi, har en konstant bredd.

En ytterligare fördel i detta sammanhang åstadkommes om bredderna hos åtminstone två förgreningar bi, är lika stora.

Dessutom är det en fördel i detta sammanhang om åtminstone en av för- greningarna bi, har en variabel bredd utmed förgreningen bi,.

En ytterligare fördel i detta sammanhang åstadkommes om åtminstone en av förgreningarna bi, har en del i formen av en meanderledning.

Dessutom är det en fördel i detta sammanhang om olika förgreningar bi, kan korsa varandra.

En ytterligare fördel i detta sammanhang åstadkommes om ytterligare för- greningar kan användas för att förbättra impedansanpassning till en karakteristisk impedans hos transmissionsledningen.

Enligt en utföringsform är det dessutom en fördel i detta sammanhang om antennkopplingsanordningen har ett öppet jordplan.

En ytterligare fördel enligt en annan utföringsform åstadkommes om an- tennkopplingsanordningen har ett slutet jordplan. 15 20 25 30 .- s.. 524 825 4 Enligt en utföringsform är det dessutom en fördel i detta sammanhang om trädstrukturen hos antennkopplingsanordningen är placerad på ett tryckt kretskort.

En ytterligare fördel i detta sammanhang enligt en annan utföringsform åstadkommes om trädstrukturen hos antennkopplingsanordningen är i formen av plätering.

Enligt en utföringsform är det dessutom en fördel i detta sammanhang om trädstrukturen hos antennkopplingsanordningen är i formen av ledande färg.

Det skall påpekas att termen "innefattar/innefattande" när den används i denna beskrivning skall avses ange närvaron av angivna egenskaper, steg eller komponenter men utesluter inte närvaron av en eller flera andra egenskaper, delar, steg, komponenter eller grupper därav.

Utföringsformer av uppfinningen kommer nu att beskrivas med en hän- visning till de bifogade ritningarna, där: Kort beskrivning av ritningarna Fig. 1 visar en schematisk ritning på en mobiltelefon, en adapter och en antennkopplingsanordning enligt den föreliggande uppfinningen; Fig. 2 och 3 visar strömdensitetsfördelningen för en första utföringsform av en intern första antenn; Fig. 4 och 5 visar en första utföringsform av en antennkopplingsanordning enligt den föreliggande uppfinningen, avsedd att användas med den första anten- nen enligt fig. 2 och 3; Fig. 6 och 7 visar strömdensitetsfördelningen för en andra utföringsform av en intern första antenn; Fig. 8 och 9 visar en andra utföringsform av en antennkopplingsanordning enligt den föreliggande uppfinningen, avsedd att användas med den första anten- nen enligt fig. 6 och 7; Fig. 10-12 visar strömdensitetsfördelningen för en tredje utföringsform av en intern första antenn; Fig. 13 och 14 visar en tredje utföringsform av en antennkopplingsanord- ning enligt den föreliggande uppfinningen, avsedd att användas med den första antennen enligt fig. 10-12; och Fig. 15-22 visar olika Utföringsformer av en antennkopplingsanordning enligt den föreliggande uppfinningen. 20 25 30 - Q : ø nu . . « . . | . » ~ø 524 825 5 Detaljerad beskrivning av utföringsformer l fig. 1 visas en schematisk ritning på en kommunikationsanordning 10, i formen av en mobiltelefon10. I fig. 1 visas också en adapter 12, t.ex., monterad i ett fordon. Adaptern 12 är utrustad med en antennkopplingsanordning 14 enligt den föreliggande uppfinningen.

Uppfinningen är på inget sätt begränsad till applikationer avseende mobil- telefoner, utan andra anordningar som kommer i fråga är personsökare, sladdlösa telefoner, radiodrivna positionsanordningar, personliga digitala assistentanord- ningar med radiodrivna funktioner, bärbara dataterrninaler för trådlösa lokala nät, radiostyrda leksaker och modeller och deras styrenheter osv.

Definitioner De följande definitionerna avser den första antennen: 'Band i är frekvensbandet Nr. i (i = 1, 2,...) i drift. (Exempelvis motsvarar band 1 GSM 900 MHz, Band 2 motsvara GSM 1800 MHz).

Frekvensen i är centrumfrekvensen eller den nominella frekvensen för bandet i.

Domänen i är en enda ansluten area hos basplanet där den största delen av strålningsströmmarna flyter som sänder bärvågen i bandet i. l syfte att erhålla en likforrnig definition av denna term används det följande, ganska så sofistikerade förfarandet: Bestäm ytströmdensiteterna för den första antennen i frånvaron av kopplaren vid centrumfrekvensen (eller nominella frekvensen) hos bandet i. Erhåll medelvärdet integrerande de absoluta värdena av strömdensiteterna över domänen och dela arean med domänen.

Utelämna dessa strömdensiteter för beaktande vilka antingen är större än 3 gånger medelvärdet (exempelvis toppvärdena vid hörn) eller mindre än 1/5 av medelvärdet (areor med svaga strömmar).

Arean där strömdensiteterna beaktas, dvs., faller inom de ovan givna gränserna, kommer att betraktas såsom domänen 1. o Domänen kan vara enkelt ansluten, dvs., areor där strömdensiteter- na är låga existerar inte inuti domänen. Emellertid, om detta inte är fallet, skall dessa interna areor med låga strömdensiteter innefattas i domänen i syfte att göra den enkelt ansluten. 15 20 25 30 . | - f u» 524 825 6 En domän är konvex om den uppfyller de följande villkoren: Välj två godtyckliga punkter på konturen av domänen och dra en rak linje mellan dem. Om alla interna punkter på denna linje ligger inuti domänen för varje val av godtyckliga ändpunkter då är domänen konvex.

Bredden hos en konvex domän i, betecknad med Bi, är det minsta av avstånden mellan par med parallella linjer vilka är tangenter till konturlinjen hos domänen så att domänen ligger mellan linjerna. l syfte att bestämma bredden hos en icke-konvex domän använd följande procedur: Dela domänen i konvexa regioner med det minsta möjliga antalet raka linjer. Hitta bredden hos varje region med förfarandet eller parallella linjer. Låt bredden hos den smalaste regionen vara bredden hos domänen.

Centroiden för strömdensitet i domänen i erhålles från vektorformeln r _lf|f|dA, “ * llfldA, där r är radievektorn från ett godtyckligt origo i areaelemetet dA, rd är radievektorn till centroiden för domänen i, j är toppvärdet hos ytströmsdensiteten vid dAi och integrationen sker över arean Aj hos domänen i. Den dominerande riktningen av strömmar över domänen i definieras såsom riktningen för enhets- vektorn e; givet av ekvationen _ e _ IJdAr ' _ ll fdA, Vinkeln mellan de dominerande riktningarna för strömmar i domänen i och k är aik, givet av ekvationen aik =18O/1r-arc cos<|ei -ek|>;0° < aik < 90° Avståndet djk mellan centroiderna för domänerna i och k erhålles av vektor- ekvationen dik: | fci-fckl 20 25 30 « - - v -v .. u: n . . s n »- g O! ll I 00 Û I II II I I 0 I Û u. . ~ . - . s . . v 5 . - . . ~ v ~ . I 2 I å i ' ' u u" 7 Domänerna i och k är åtskilda domäner om de uppfyller åtminstone ett av de följande villkoren ø areorna hos domänerna Ai och Ak korsar inte varandra o avståndet du, är större än halva den minsta av bredderna B; och Bk 0 aik > 30°.

De följande definitionerna avser kopplaren.

Mönster är en ledande yta hos kopplaren som deltager i huvuddelen av elektromagnetisk vågöverföring.

Jordplanet är den elektromagnetiska motvikten till mönstret i den betydel- se som det generellt används i den tekniska litteraturen. Jordplanet kan exempel- vis vara placerat på båda sidorna av det tryckta kretskortet.

Porten är den region hos kopplaren till vilken en transmissionsledning, såsom en koaxialkabel, parallellplansledning eller mikrostripledning, är fastsatt innefattande en viss del av mönstret och en viss del av jordplanet, exempelvis lödningsöar, om sådana finns.

Träd är ett mönster som definierats ovan, vars stam startar vid porten och dess förgreningar är anordnade så, att åtminstone en förgrening tillhör varje do- män som är i elektromagnetisk samverkan med denna domän.

I figurerna 2 och 3 visas strömdensitetsfördelningen för en första utförings- form av en intern första antenn, en s.k. dubbelbandsantenn, dvs. en antenn som kan drivas i två olika frekvensband 1 och 2. I fig. 2 visas strömdensitetsfördelnin- gen, illustrerad med pilar, inom den första domänen, D1, för frekvensbandet 1. lfig. 3 visas strömdensitetsfördelningen inom den andra domänen, Dg, för det andra frekvensbandet 2.

I fig. 4 och 5 visas en första utföringsform av en antennkopplingsanordning 14 enligt den föreliggande uppfinningen, avsedd att användas med den första an- tennen enligt fig. 2 och 3. Antennkopplingsanordningen 14 innefattar en port 16 ansluten till en transmissionsledning 18, här visad iformen av en koaxialkabel 18.

Det skall noteras att koaxialkabeln 18 är ansluten till porten 16 vid två olika punk- ter, dvs., skärmen hos kabeln 18 är ansluten vid en punkt och centrumledaren hos kabeln 18 är ansluten till en annan punkt, Den ledande ytan hos antennkopplings- anordningen 14 har en geometrisk form i formen av trädstruktur 20 ansluten till porten 16. Trädstrukturen 20 innefattar en stam 22 vilken startar vid porten 16 och två förgreningar b11 och b21. l detta fall finns det endast en förgrening för varje 20 25 30 . . | . - ~ - » .- 524 825 s frekvensband. Förgreningen b" är placerad huvudsakligen ovanför domänen D1 för den första antennen och är avsedd att plocka upp en betydande del av den elektromagnetiska vågen i frekvensbandet 1. Förgreningen b21 är huvudsakligen placerad ovanför domänen D; för den första antennen och är avsedd att plocka upp en betydande del av den elektromagnetiska vågen i frekvensbandet 2. I fig. 4 och 5 visas också ett öppet jordplan 24. Koaxialkabeln 18 kan också vara utrustad med en vågfälla.

I fig. 6 och 7 visas strömdensitetsfördelningen för en andra utföringsform av en intern första antenn, en s.k. dubbelbandsantenn, dvs., en antenn som kan drivas i två olika frekvensband 1 och 2. I fig. 6 visas strömdensitetsfördelningen inom den första domänen, D1, för frekvensbandet 1. I fig. 7 visas strömdensitets- fördelningen inom den andra domänen, Dg, för det andra frekvensbandet 2.

I fig. 8 och 9 visas en andra utföringsform av en antennkopplingsanord- ning 14 enligt den föreliggande uppfinningen, avsedd att användas med den första antennen enligt fig. 6 och 7. Antennkopplingsanordningen 14 innefattar en port 16 ansluten till en koaxialkabel 18. Den ledande ytan hos antennkopplingsanord- ningen 14 har en geometrisk form i formen av en trädstruktur 20 ansluten till porten 16. Trädstrukturen 20 innefattar en stam 22 vilken startar vid porten 16 och tre förgreningar b", b12 och b21. I detta fall finns det två förgreningar b11 och b12 för det första frekvensbandet 1 och en förgrening b21 för det andra frekvensbandet 2.

Skälet varför det behövs två förgreningar b11 och b12 för det första frekvensbandet 1 är att den geometriska fonnen hos domänen D1 är så komplicerad. Förgrenin- garna b11 och b12 är huvudsakligen placerade ovanför domänen D1 för den första antennen och är avsedd att plocka upp en betydande del av den elektromagne- tiska vågen i frekvensbandet 1. Förgreningen b21 är huvudsakligen placerad ovan- för domänen D2. I fig. 8 och 9 visas också ett öppet jordplan 24.

I fig. 10-12 visas strömdensitetsfördelningen för en tredje utföringsform av en intern första antenn, en s.k. trebandsantenn, dvs., en antenn som kan fungera i tre olika frekvensband 1, 2 och 3. I fig. 10 visas strömdensitetsfördelningen inom den första domänen, D1, för frekvensbandet 1. I fig. 11 visas strömdensitetsfördel- ningen inom den andra domänen, D2, för frekvensbandet 2. I fig. 12 visas ström- densitetsfördelningen inom den tredje domänen, 03, för frekvensbandet 3.

I fig. 13 och 14 visas en tredje utföringsform av en antennkopplingsanord- ning 14 enligt den föreliggande uppfinningen, avsedd att användas med den första 15 20 25 30 , , . u nu ~ . l . . - | - .- 524 825 9 antennen enligt fig. 10-12. Antennkopplingsanordningen 14 innefattar en port 16 ansluten till en koaxialkabel 18. Den ledande ytan hos antennkopplingsanord- ningen 14 har en geometrisk form i formen av en trädstruktur 20 ansluten till porten 16. l detta fall innefattar trädstrukturen 20 ingen stam. l stället innefattar trädstrukturen 20 tre förgreningar bn, b21 och b31. I detta fall finns det en förgrening för varje frekvensband. Förgreningen b11 är huvudsakligen placerad ovanför domänen D1, förgreningen D21 är huvudsakligen placerad ovanför domänen Dz och förgreningen b31 är huvudsakligen placerad ovanför domänen D3.

I fig. 13 och 14 visas också ett öppet jordplan 24. l fig. 15-22 visas olika utföringsformer av en antennkopplingsanordning 14 enligt den föreliggande uppfinningen.

I fig. 15 visas en antennkopplingsanordning 14 innefattande en port 16, en stam 22 och två förgreningar b11 och b21. I detta fall är varje förgrening rak. Såsom framgår av fig. 9 och 14 är detta inte alltid fallet. Såsom framgår av dessa figurer kan en förgrening vara vinklad, jämför exempelvis förgreningen b21 ifig. 14. l fig. 16 visas en liknande antennkopplingsanordning 14 såsom i fig. 15, men i detta fall har förgreningen b11 kompletterats med en kapacitiv belastning 26 i syfte att förbättra impedansanpassning. Denna kapacitiva belastning kan placeras vid en annan position, inte nödvändigtvis vid slutet av en förgrening såsom visas i fig. 16.

I fig. 17 visas en liknande antennkopplingsanordning 14 såsom i fig. 15, men i detta fall har förgreningen b11 en del i formen av en meanderledning 28.

Detta är ett sätt att uppfylla villkoret att längden hos en förgrening skall vara åt- minstone 1/8 av våglängden i mediet för frekvensbandet.

I fig. 18 visas en antennkopplingsanordning 14 innefattande en port 16, en stam 22 och två förgreningar bn och b21. l detta fall är stammen 22 vinklad i rela- tion till porten 16 och de två förgreningarna b11 och b21 korsar varandra. l fig. 19 visas en antennkopplingsanordning 14 innefattande två förgrenin- gar b11 och b21, varvid förgreningen b21 har en variabel bredd.

I fig. 20 visas en antennkopplingsanordning 14 innefattande tre förgrenin- gar b11_ b21 och b31, för tre olika frekvensband 1, 2 och 3. l fig. 21 visas en antennkopplingsanordning 14 innefattande två förgrenin- gar b11 och b21. l detta fall är stammen 22 mycket lång. 5 20 25 30 : . r « - . ' - .- 524 825 10 I fig. 22 visas en antennkopplingsanordning 14 innefattande två förgrenin- gar b11 och b21. l detta fall innefattar antennkopplingsanordningen14 ett slutet jordplan 30.

Uppfinningen är inte begränsad till de tidigare beskrivna utföringsformer- na. Det kommer att vara uppenbart att många olika modifieringar är möjliga inom omfattningen av de bifogade patentkraven.

Claims (14)

15 20 25 30 35 524 825 sE 0100775-6 1 1 Nya PATENTKRAV

1. En antennkopplingsanordning (14) för att elektromagnetiskt koppla radio- frekvenssignaler från en kommunikationsanordning (10) med en intern första an- tenn, vilken kommunikationsanordning (10) är drivbari n frekvensband, där n > 1 och n är ett heltal, varvid antennkopplingsanordningen (14) innefattar en port (16) ansluten/anslutningsbar till en transmissionsledning (18), kännetecknad av att en ledande yta hos antennkopplingsanordningen (14) har en geometrisk form ifor- men av en trådstruktur (20) ansluten till porten (16), varvid trädstrukturen (20) innefattar ett antal, m, förgreningar, där m _>_ n , varvid trädstrukturen (20) innefattar åtminstone en förgrening bix för varje frekvensband i hos kommunikationsanord- ningen (10), varvid i är ett heltal och 1 5 i 5 n, och x är ett heltal och 1 5 x 5 k(i), och det totala antalet, m, förgreningar uppfyller det följande uttrycket ÉkU) = m där k(i) är en funktion av i, som endast kan erhålla ett heltalsvärde och är det tota- la antalet förgreningar för ett frekvensband i, där det i den interna första antennen uppkommer domäner D, där den största delen av strålningsströmmarna flyter som sänder/mottager bärvågen i bandet i, varvid antennkopplingsanordningen (14) vid drift är avsedd att vara placerad nära den interna första antennen så att varje förgrening bjx i antennkopplingsanordningens (14) trädstruktur (20) är belägen ovanför en sådan uppkommen domän Dj, varvid förgreningen bix är avsedd att koppla en betydande del av en elektromagnetisk våg i frekvensbandet i.

2. En antennkopplingsanordning (14) för att koppla radiofrekvenssignaler från en kommunikationsanordning (10) med en intern första antenn enligt patent- kravet 1, kännetecknad av att åtminstone en förgrening bjx för varje frekvensband i uppfyller villkoret ; en längd hos förgreningen bix, som uppmätts från porten (16) till en fri ände hos förgreningen bix, inte är mindre än cirka 1/8 av m, där k; är våg- längden i mediet vid frekvensbandet i.

3. En antennkopplingsanordning (14) för att koppla radiofrekvenssignaler från en kommunikationsanordning (10) med en intern första antenn enligt patent- kravet 2, kännetecknad av att domänerna Di åtminstone delvis är åtskilda. 20 25 30 v _ - I , , . , > ø . en se 0100775-6 12

4. En antennkopplingsanordning (14) för att koppla radiofrekvenssignaler från en kommunikationsanordning (10) med en intern första antenn enligt något av patentkraven 1-3, kännetecknad av att varje förgrening bix har en konstant bredd.

5. En antennkopplingsanordning ( 14) för att koppla radiofrekvenssignaler från en kommunikationsanordning (10) med en intern första antenn enligt patent- kravet 4, kännetecknad av att bredderna hos åtminstone två förgreningar br, är lika St0ra.

6. En antennkopplingsanordning (14) för att koppla radiofrekvenssignaler från en kommunikationsanordning (10) med en intern första antenn enligt något av patentkraven 1-3, kännetecknad av att åtminstone en av förgreningarna bix har en variabel bredd utmed förgreningen br,

7. En antennkopplingsanordning (14) för att koppla radiofrekvenssignaler från en kommunikationsanordning (10) med en intern första antenn enligt något av patentkraven 1-6, kännetecknad av att åtminstone en av förgreningarna bi, har en del i formen av en meanderledning (28).

8. En antennkopplingsanordning (14) för att koppla radiofrekvenssignaler från en kommunikationsanordning (10) med en intern första antenn enligt något av patentkraven 1-7, kännetecknad av att olika förgreningar bi, korsar varandra.

9. En antennkopplingsanordning (14) för att koppla radiofrekvenssignaler från en kommunikationsanordning (10) med en intern första antenn enligt något av patentkraven 1-8, kännetecknad av att antennkopplingsanordningen (14) är kompletterad med ytterligare förgreningar (26) för att förbättra impedansanpassningen till en karakteristisk impedans hos transmissionsledningen (18).

10. En antennkopplingsanordning (14) för att koppla radiofrekvenssignaler från en kommunikationsanordning (10) med en intern första antenn enligt något av 15 20 524 825 SE 0100715-6 13 patentkraven 1-9, kännetecknad av att antennkopplingsanordningen har ett öppet jordplan (24).

11. från en kommunikationsanordning (10) med en intern första antenn enligt något av En antennkopplingsanordning (14) för att koppla radiofrekvenssignaler patentkraven 1-9, kännetecknad av att antennkopplingsanordningen (14) har ett slutet jordplan (30).

12. En antennkopplingsanordning (14) för att koppla radiofrekvenssignaler från en kommunikationsanordning (10) med en intern första antenn enligt något av patentkraven 1-11, kännetecknad av att trädstrukturen (20) hos antennkopplings- anordningen (14) är placerad på ett tryckt kretskort.

13. En antennkopplingsanordning (14) för att koppla radiofrekvenssignaler från en kommunikationsanordning (10) med en intern första antenn enligt något av patentkraven 1-11, kännetecknad av att trädstrukturen hos antennkopplings- anordningen (14) är i formen av plätering.

14. En antennkopplingsanordning (14) för att koppla radiofrekvenssignaler från en kommunikationsanordning (10) med en intern första antenn enligt något av patentkraven 1-11, kännetecknad av att trädstrukturen (20) hos antennkopplings- anordningen (14) är i formen av ledande färg.