FI113588B - Antennirakenne - Google Patents

Description

113588

Antennirakenne - antennkonstruktion

Keksinnön kohde 5

Keksintö kohdistuu pienikokoisiin antennijärjestelmiin, erityisesti usealla taajuuskaistalla toimiviin antennirakenteisiin. Keksintö kohdistuu patenttivaatimuksen 1 johdanto-osan mukaiseen antennirakenteeseen.

10 Teknisen taustan kuvaus

Tavanomainen mikroliuska-antenni käsittää maatason ja siitä dielektrisellä kerroksella eristetyn säteilijän. Mikroliuska-antennin resonanssitaajuus määräytyy säteilijän mittojen sekä säteilijän ja maatason välisten etäisyyksien mukaan. Mikroliuska-15 antennirakenteita kuvataan yleisesti esimerkiksi kirjoissa "Handbook of Microstrip Antennas", J.R. James and P.S. Hall (Eds.), Voi. 1, Peter Peregrinus Ltd, Lontoo 1989 sekä "Analysis, Design, and Measurement of Small and Low-Profile Antennas", K. Hirasawa and M. Haneishi, Artech House, Boston 1992. Ennestään tunnetaan myös sellaisia mikroliuska-antennirakenteita, joissa säteilijän yksi reuna 20 on oikosuljettu maatasoon. Tällaisella jäqestelyllä tietty resonanssitaajuus saavutetaan merkittävästi edellä kuvattua yksinkertaisinta mikroliuska-antennia pienemmillä : V: fyysisillä mitoilla. Kuva 1 havainnollistaa tällaista mikroliuska-antennia poikkileik- kauksen avulla. Kuvassa 1 esitetään maataso 20, säteilijä 10 ja syöttöjohto 30. Sätei-,···. lijä 10 on ensimmäisestä päästään oikosuljettu maatasoon 20 oikosulkevan osan 11 25 avulla. Säteilijän toinen pää on avoin pää. Kuvassa 1 ei ole erikseen kuvattu dielektristä väliainetta, joka voi olla esimerkiksi ilma. Mikroliuska-antenneja toteutetaan usein myös piirilevyille, jolloin säteilijän 10 ja maatason 20 välillä on ·’ ' tavanomainen dielektrinen piirilevyn materiaali.

: : 30 Tunnetun tekniikan mukaisissa tasomaisissa antennirakenteissa on tyypillisenä ,: : ongelmana niiden paksuus ja kapeakaistaisuus. Henkilökohtaisissa matkaviestimissä . . ’. käytettävien antennien on oltava pienikokoisia. Mikroliuska-antennin ohennus kui- ·, tenkin kaventaa antennin käyttökelpoista taajuuskaistaa. Monet matkaviestinjärjes- telmät vaativat suhteellisen leveätä taajuuskaistaa, esimerkiksi DCS-1800-järjestel-...: 35 mä noin 10 % suhteellista taajuuskaistaa keskitaajuuteen nähden.

2 113586

Esimerkiksi GSM-järjestelmässä lähetys- ja vastaanottokaistat ovat 45 MHz:n etäisyydellä toisistaan, lähetyskaista on 890 MHz - 915 MHz ja vastaanottokaista 935 MHz - 960 MHz. Yksiresonanssisilla antenneilla on taajuuskaistan oltava huomattavan leveä, GSM:n tapauksessa siten vähintään 890 MHz - 960 MHz. Valmistustole-5 ranssien sekä antennin lähellä olevien resonanssitaajuuteen vaikuttavien kohteiden, kuten käyttäjän käden johdosta kaistanleveyden on oltava vielä tuotakin ideaali-tapauksen lukemaa laajempi.

Toinen lähestymistapa on toteuttaa kaksitaajuuskaistainen antenni, jonka ensimmäi-10 nen taajuuskaista vastaa lähetyskaistaa ja toinen taajuuskaista vastaanottokaistaa. Tällöin antennin taajuuskaistojen ei tarvitse olla yhtä leveitä kuin yhden taajuuskaistan antennilla. Tällaiset kahden taajuuskaistan antennit voivat koostua esimerkiksi kahdesta eri taajuudelle viritetystä heliksiantennista tai sauva-antennin ja heliksin yhdistelmästä, jossa sauva ja heliksi on viritetty eri taajuusalueille. Tällaisia raken-15 teitä kuvataan esimerkiksi suomalaisessa patenttihakemuksessa 952780. Tällaisia heliksiantennirakenteita on kuitenkin hankala toteuttaa matkaviestimen kuoren sisäpuolelle. Lisäksi nämä ratkaisut toimivat vain kahdella taajuuskaistalla. Tulevissa monikäyttöisissä useammassa kuin yhdessä matkaviestinjärjestelmässä toimivissa matkaviestimissä tarvitaan kuitenkin useammalla kuin kahdella erillisellä taajuus-20 kaistalla toimivia antennirakenteita.

Mikroliuskarakenteilla voidaan toteuttaa hyvin monenlaisia antenniratkaisuja, ' ! esimerkiksi rakenteita, joilla on useampi kuin yksi toimintakaista. Kuva 2 esittää ;;; esimerkkiä tällaisesta rakenteesta. Kuvassa 2 esitetään maataso 20, säteilijä 10 ja 25 syöttöjohto 30. Ura 15 jakaa säteilijän 10 kahteen osaan, joilla on eri resonanssi-taajuus. Säteilijässä voi myös olla useampia uria ja useampia osia, jolloin resonans-: sitaajuuksiakin on useita.

Tasomaisia kahden taajuuskaistan antennirakenteita esitetään esimerkiksi patentti-: : : 30 julkaisussa US 5 124 733. Kyseisessä patenttijulkaisussa esitetään mikroliuska-an- :' ·': tennirakenne, jossa on maatason lisäksi yksi aktiivinen säteilevä elementti ja toinen passiivinen elementti. Elementit ovat neljännesaallon mittaisia ja oikosuljettuja :./ maatasoon yhden reunan kautta. Elementtien resonanssitaajuudet ovat toisistaan ‘ ·; ·' poikkeavat, jolloin antennirakenteelle muodostuu kaksi erillistä toimintataajuuskais- : : 35 taa. Tällaisen ratkaisun eräänä haittapuolena on kahden päällekkäisen antenniele- •: · * · mentin aiheuttama paksuus. Samoin tämäkin ratkaisu mahdollistaa vain kahden taa juuskaistan toiminnan.

3 113588

Kuvassa 2 on esitetty vain yksi syöttöjohto 30. Ennestään on tunnettua myös käyttää useampaa kuin yhtä syöttökohtaa ja syöttöjohtoa, jolloin antennin ominaisuuksiin kuten esimerkiksi resonanssitaajuuteen, suuntaavuuteen ja diversiteettiominaisuuk-siin voidaan vaikuttaa valitsemalla käytettävä syöttökohta. Antennirakenteen omi-5 naisuuksiin voidaan vaikuttaa myös antennirakenteen säteilijän muotoilulla ja koolla sekä esimerkiksi säteilijän ja maatason kokoeroilla ja etäisyydellä.

Keksinnön lyhyt kuvaus 10 Keksinnön tavoitteena on toteuttaa monipuolisesti säädettävissä ja muunneltavissa oleva antennirakenne. Keksinnön tavoitteena on myös toteuttaa tällainen antenni-rakenne, joka on lisäksi yksinkertainen valmistaa. Edelleen keksinnön tavoitteena on toteuttaa antennirakenne, jonka ominaisuuksia voidaan elektronisesti ohjata käytön aikana.

15

Tavoitteet saavutetaan muodostamalla mikroliuska-antennirakenne, jossa on maatasoon kapasitiivisesti kytketty sovituselin. Sovituselimen kapasitiivisen kytkennän voimakkuutta ja sovituselimen sijoituskohtaa säätämällä voidaan antennirakenteen ominaisuuksia säätää hyvin monipuolisesti.

20

Keksinnön mukaiselle antennirakenteelle on tunnusomaista se, mitä on esitetty : V: antennirakenteeseen kohdistuvan itsenäisen patenttivaatimuksen tunnusosassa. Kek- . sinnön mukaiselle matkaviestimelle on tunnusomaista se, mitä on esitetty matka- ,···. viestimeen kohdistuvan itsenäisen patenttivaatimuksen tunnusosassa. Keksinnön , ’' ‘; 25 muita edullisia suoritusmuotoja on esitetty epäitsenäisissä patenttivaatimuksissa.

Keksinnön mukaisessa antennirakenteessa on säteilijä, maataso ja ainakin yksi ’ sovituselin. Sovituselin on kapasitiivisesti kytketty maapotentiaaliin. Sovituselimien lukumäärää, paikkaa ja kapasitiivisen kytkennän voimakkuutta säätämällä antennira-’·* * 30 kenteen ominaisuuksia, kuten resonanssitaajuuksien lukumäärää, resonanssitaajuuk- v : siä sekä säteilijän impedanssia syöttöpisteessä voidaan säätää hyvin monipuolisesti.

Kuvien lyhyt selostus 35 Seuraavassa selostetaan keksintöä yksityiskohtaisemmin viitaten esimerkkinä esitettyihin edullisiin suoritusmuotoihin ja oheisiin kuviin, joissa 4 113588 kuva 1 esittää tunnetun tekniikan mukaista mikroliuska-antennia, kuva 2 esittää erästä toista tunnetun tekniikan mukaista mikroliuska-antennia, kuva 3 esittää keksinnön erään edullisen toteutusmuodon mukaista antennirakennetta, 5 kuva 4 esittää keksinnön erään toisen edullisen toteutusmuodon mukaista antennirakennetta, kuvat 5a ja 5b havainnollistavat keksinnön sellaisia edullisia toteutusmuotoja, joissa sovituselin kytketään kapasitiivisesti maatasoon erillisen johdealueen välityksellä, 10 kuva 6 havainnollistaa keksinnön erästä sellaista edullista toteutusmuotoa, jossa käytetään sovituslinjoja, kuva 7 havainnollistaa keksinnön erästä toista sellaista edullista toteutusmuotoa, jossa käytetään sovituslinjoja, kuva 8 havainnollistaa erästä sellaista keksinnön edullista toteutusmuotoa, jossa 15 sovituselin on moniosainen, kuva 9 havainnollistaa keksinnön erään edullisen toteutusmuodon mukaisen sovituselimen rakennetta, kuva 10 havainnollistaa eräitä muita keksinnön eri toteutusmuotojen mukaisia sovituselimen rakenteita, 20 kuva 11 havainnollistaa eräitä muita keksinnön eri toteutusmuotojen mukaisia sovituselimen rakenteita, ja :V: kuvat 12a, 12b ja 12c havainnollistavat keksinnön eri sovellusmuotoja, joissa : ainakin osa keksinnön mukaisesta antennirakenteesta on sovitettu ;. matkaviestimen akkumoduliin.

.!!!: 25 . ·: ·. Kuvissa käytetään toisiaan vastaavista osista samoja viitenumerotta ja -merkintöjä.

. >: *. Kuvat 1 ja 2 selostettiin edellä tunnetun tekniikan kuvauksen yhteydessä.

Keksinnön edullisten sovellusmuotojen yksityiskohtainen kuvaus 30

Kuva 3 havainnollistaa keksinnön erään edullisen toteutusmuodon mukaista ,:,j * antennirakennetta. Kuvassa 3 esitetään maataso 20, säteilijä 10, säteilijän maatasoon : oikosulkeva osa 11 ja syöttöjohto 30. Kuvan 3 mukaisessa toteutusmuodossa säteilijän vapaaseen päähän on muodostettu sovituselin 100. Sovituselin voidaan 35 muodostaa esimerkiksi taivuttamalla säteilijän 10 osaa, tässä tapauksessa avointa päätä maatasoa kohti, jolloin sovituselimen ja maatason välinen kapasitiivinen kytkentä on voimakkaampi kuin muissa kohdin säteilijää. Kapasitiivista kytkentää 5 113588 sovituselimen ja maatason välillä voidaan tällaisessa toteutusmuodossa säätää esimerkiksi sovituselimen ja maatason välisen etäisyyden avulla sekä sovituselimen pinta-alan avulla. Tällaisen sovituselimen avulla voidaan muuttaa säteilijän ja siten koko antennirakenteen ominaisuuksia monella eri tavalla. Sovituselimen 5 kapasitanssi voidaan valita esimerkiksi kokeiden avulla siten, että saavutetaan haluttu antennirakenteen resonanssitaajuus tai kaistanleveys tai muun ominaisuuden haluttu arvo, kuten esimerkiksi säteilijän impedanssi syöttöpisteessä.

Sovituselin voidaan mitoittaa siten, että säteilijään muodostuu jännitemaksimi 10 sovituselimen kohdalle, jolloin sovituselin vastaa säteilijän avointa päätä tai reunaa. Tällaista toteutusmuotoa havainnollistaa kuva 3. Säteilijän avoimeen päähän sijoitetulla sovituselimellä 100 saadaan kapasitanssia suuremmaksi antennin avoimessa päässä, jolloin antennin resonanssitaajuus laskee. Säteilijän avoimeen päähän sijoitetun sovituselimen 100 kapasitanssilla on voimakas vaikutus antennin 15 resonanssitaajuuteen, joten sovituselimen lisäksi antennin resonanssitaajuuden säätämiseen voidaan edullisesti käyttää myös sellaista sovituselimeen kytkettyä kapasitiivista elintä, jonka kapasitanssin säätöalue on pieni, kuten esimerkiksi kapasitanssidiodia, jolloin voidaan silti saavuttaa merkittävä resonanssitaajuuden säätöalue.

20

Kuva 4 havainnollistaa keksinnön erästä toista edullista sovellusmuotoa. Kuvassa 4 esitetään maataso 20, säteilijä 10 ja syöttöjohto 30. Kuvan 4 mukaisessa * ! toteutusmuodossa säteilijän suljettuun päähän on muodostettu sovituselin 100. Tässä ;;; toteutusmuodossa säteilijän suljetun pään maatasoon yhdistävä osa 11 on ’···' 25 yhteydessä maatasoon sovituselimen 100 avulla. Kuten kuva 4 havainnollistaa, ’ ' sovituselimellä 100 voidaan tehdä tapituksenomainen kytkentä maatasoon, eli * · muodostaa virtamaksimi sovituselimen kohdalle. Säteilijän suljettuun päähän v : sijoitetulla sovituselimellä 100 on induktiivisuutta kasvattava vaikutus säteilijän ominaisuuksiin, jolloin säteilijä saadaan resonoimaan 1/4-aallonpituudella 1/2-30 aallonpituuden sijaan.

. Antennirakenteessa voi olla useampikin kuin yksi sovituselin 100. Sovituselimiä voidaan sijoittaa säteilijän kaikille eri sivuille. Yhdellä sivulla voi olla myös •; ·' useampi kuin yksi sovituselin.

35 • : Kuva 5a havainnollistaa keksinnön erästä edullista toteutusmuotoa, jossa säteilijä 10 kytkeytyy sovituselimen 100 avulla erilliseen johdealueeseen 25, joka on puolestaan 6 113588 kapasitiivisesti kytketty varsinaiseen maatasoon 20. Erillisen johdealueen kytkentä maatasoon voidaan toteuttaa kiinteällä kapasitanssielimellä tai säädettävällä kapasitanssielimellä 26, kuten esimerkiksi varaktorilla. Kapasitanssielin 26 voidaan toteuttaa esimerkiksi myös yhden tai useamman kiinteän ja yhden tai useamman 5 säädettävän kapasitiivisen elimen kombinaation avulla, kuten esimerkiksi kiinteän kondensaattorin ja varaktorin yhdistelmän avulla. Erillinen johdealue voidaan toteuttaa esimerkiksi sähköä johtavan kuvioinnin avulla piirilevylle. Tällaisen erillisen johdealueen avulla voidaan monipuolisesti säätää sovituselimen kytkentää maatasoon. Tällaisessa toteutusmuodossa sovituselimen ja maatason välisen 10 kytkennän voimakkuuteen vaikuttaa sekä sovituselimen 100 että erillisen johde-alueen 25 välinen kapasitiivinen kytkentä sekä kapasitanssielimen 26 kapasitanssi. Kuvassa 5a esitetään myös syöttöjohto 30.

Eräässä toisessa keksinnön edullisessa toteutusmuodossa kapasitanssielimen lisäksi 15 tai asemesta maataso 20 ja erillinen johdealue 25 voidaan kytkeä toisiinsa kytkinelimellä, kuten esimerkiksi PIN-diodilla tai FET-transistorilla. Tällä tavoin voidaan kytkimen avulla vaikuttaa suhteellisen voimakkaasti sovituselimen 100 ja maatason 20 väliseen kytkentään.

20 Kuva 5b havainnollistaa keksinnön sellaista edullista toteutusmuotoa, jossa säteilijä 10 kytkeytyy sovituselimen 100 avulla sekä maatasoon 20 että erilliseen johde-, ·.alueeseen 25, joka on puolestaan kapasitiivisesti kytketty maatasoon 20 kapasitans-sielimen 26 avulla. Sama sovituselin voi siten kytkeytyä sekä maatasoon että ;;; erilliseen johdealueeseen. Keksinnön eri sovellusmuodoissa voidaan yhdellä sovi- ’···’ 25 tuselimellä kytkeytyä useampaankin kuin yhteen erilliseen johdealueeseen. Kuvassa 5b esitetään myös syöttöjohto 30.

v : Kuva 6 esittää keksinnön sellaista edullista toteutusmuotoa, jossa käytetään sovituslinjoja 120. Tässä sovellusmuodossa sovituslinjoilla 120 yhdistetään sovi-: : 30 tuselin 100 galvaanisesti erilliseen johdealueeseen 25, joka puolestaan yhdistetään kapasitiivisella elimellä 26 maatasoon. Tässä esimerkissä sovituselin 100 ulottuu : myös säteilijän 10 ja maatason 20 väliin, jolloin sovituselin 100 kytkeytyy ;;. ‘ maatasoon 20 kahta kautta: kapasitiivisesti suoraan sovituselimestä maatasoon sekä •; · * sovituslinjojen 120, erillisen johdealueen 25 ja kapasitiivisen elimen 26 välityksellä.

35 Tällaisessa rakenteessa antennirakenteen ominaisuuksia voidaan säätää esimerkiksi *: · ·: sovituslinjojen 120 ja kapasitiivisen elimen 26 mitoituksella, ja sovituselimen 100 ja maatason välisen etäisyyden avulla. Kuvassa 6 esitetään lisäksi syöttöjohto 30.

7 113588

Kuva 7 esittää toista esimerkkiä sellaisesta keksinnön edullisesta toteutusmuodosta, jossa käytetään sovituslinjoja 120. Tässä sovellusmuodossa sovituslinjoilla 120 yhdistetään sovituselin 100 galvaanisesti erilliseen johdealueeseen 25, joka puolestaan yhdistetään kapasitiivisella elimellä 26 maatasoon. Tässä esimerkissä sovitus-5 elin 100 kytkeytyy maatasoon 20 kahta kautta: sovituslinjojen 120, erillisen johde-alueen 25 ja kapasitiivisen elimen 26 välityksellä sekä toisen erillisen johdealueen 25b ja kapasitiivisen elimen 26b välityksellä. Tällaisessa toteutusmuodossa antenni-rakenteen ominaisuuksia voidaan säätää esimerkiksi sovituslinjojen 120 ja kapasi-tiivisten elinten 26,26b mitoituksella, ja sovituselimen 100 ja toisen erillisen 10 johdealueen 25b välisen etäisyyden avulla. Kuvassa 7 esitetään lisäksi syöttöjohto 30 sekä säteilijä 10. Kuten kuvan 7 esimerkki havainnollistaa, keksinnön eri sovellusmuodoissa voidaan käyttää useampaakin kuin yhtä erillistä johdealuetta 25, 25b, kuten esimerkiksi kahta tai useampaa erillistä johdealuetta.

15 Sovituselin 100 voi eräissä keksinnön edullisissa sovellusmuodoissa olla myös moniosainen. Kuva 8 havainnollistaa tällaista sovellusmuotoa. Kuvan 8 sovellus-muodossa sovituselin 100, 100b koostuu kahdesta osasta, jotka on yhdistetty kytkinelimen 130 avulla. Sovituselimen osien 100, 100b välinen kytkentä voidaan erillisen kytkinelimen 130 asemesta toteuttaa myös esimerkiksi jousi-, kitka- tai 20 puristusliitoksella. Varsinaisesta antennista 100,10 erillinen sovituselimen osa 100b voidaan sijoittaa moneen paikkaan matkaviestimessä, kuten esimerkiksi matkaviesti-men runkoon, piirilevylle tai akkumoduuliin. Tällainen sovellusmuoto mahdollistaa ‘ monenlaisten rakenteellisten ratkaisujen toteuttamisen, koska antennirakenteen eri ;;; osat voivat olla kiinnitettynä eri rakenteellisiin kokonaisuuksiin.

25

Sovituselin voi koostua myös useammasta kuin kahdesta osasta, jotka on kytketty • ’ 1 toisiinsa kytkinelimen avulla. Tällaisessa sovellusmuodossa sovituselimen ja maata- : son välisen kapasitiivisen kytkennän voimakkuuteen voidaan vaikuttaa myös sen avulla, kuinka monta sovituselimen osaa on kulloinkin kytkettynä yhteen. Tällai-T: 30 sessa sovellusmuodossa on edullista käyttää kytkinelimenä 130 elektronista kytkin- elintä kuten esimerkiksi FET-transistoria, jolloin antennirakenteen ominaisuuksiin voidaan vaikuttaa ohjelmallisesti esimerkiksi matkaviestimen ohjauselimen ohjaa-mana.

·» :35 Kuva 9 havainnollistaa keksinnön erään edullisen toteutusmuodon mukaista :··: sovituselimen 100 rakennetta. Tässä sovellusmuodossa sovituselin 100 on vain tietyltä kohdaltaan erillisen johdealueen 25 kohdalla, jolloin kapasitiivinen kytkey- δ 113588 tyminen sovituselimen ja johdealueen 25 välille muodostuu vain tästä tietystä sovituselimen kohdasta. Sovituselin voi keksinnön eri toteutusmuodossa olla myös vain tietyltä kohdaltaan maatason 20 yläpuolella. Kuva 9 havainnollistaa myös erästä mahdollista sovituselimen 100 maatason suuntaista muotoilua ja maatasoa 5 vastaan kohtisuoran suunnan suuntaista muotoilua. Kuvassa 9 esitetään myös säteilijä 10, maataso 20, syöttöjohto 30 ja erillisen johdealueen maatasoon kytkevä kapasitiivinen elin 26.

Sovituselin 100 voidaan muotoilla myös monella muullakin tavalla kuin mitä 10 edellisissä esimerkeissä on esitetty. Kuva 10 havainnollistaa eräitä esimerkkejä keksinnön eri sovellusmuotojen mukaisista sovituselimen muodoista. Sovituselin voi olla esimerkiksi suorakaiteen tai nelikulmion mukainen kuten kuvan 10 esimerkit A ja B osoittavat, tai kaareva tai esimerkiksi puoliympyrän muotoinen esimerkkien C ja D tapaan. Sovituselin voi olla myös esimerkiksi kolmikulmion muotoinen 15 esimerkin E mukaan. Myös monimutkaisemmat, erimuotoisista liuskoista, suorakulmioista ja kaarista koostuvat yhdistelmät ovat edullisia, kuten kuvan 10 esimerkit F, G ja H osoittavat. Kuvan 10 esimerkki F soveltuu hyvin esimerkiksi sellaiseen toteutusmuotoon, jossa samalla sovituselimellä kytkeydytään kahteen eri kohteeseen, kuten esimerkiksi kahteen erilliseen johdealueeseen tai maatasoon ja erilliseen 20 johdealueeseen. Eräisiin kuvan 10 esimerkkeihin on merkitty katkoviivoilla sovitus-elimen sellaisia sivuja, jotka soveltuvat hyvin sovituselimen kiinnittämiseen ·,· säteilijään.

> · C

*

Kuva 11 havainnollistaa keksinnön eräiden edullisten toteutusmuotojen mukaisten • · · ’ 25 sovituselinten poikkileikkauksia maatasoa vastaan kohtisuorassa suunnassa.

Sovituselin 100 voi olla samansuuntainen maatason 20 tai erillisen johdealueen 25 v : kanssa kuvan 11 esimerkin A mukaan, tai erisuuntainen, kuten esimerkki B esittää, v : Sovituselin 100 voidaan myös muotoilla kaarevaksi, kupera pinta maatasoa 20 tai erillistä johdealuetta 25 kohti esimerkin C mukaan tai kovera pinta maatasoa 20 tai 30 erillistä johdealuetta 25 kohti esimerkin D mukaan. Myös eri perusmuotojen ,' ·': yhdistelmät ovat mahdollisia, mitä esimerkki E havainnollistaa. Kuvan 11 esimerkit F ja G havainnollistavat tilannetta, jossa sovituselin on yhdistetty galvaanisesti maatasoon 20 tai erilliseen johdealueeseen 25. Yhdistäminen voidaan tehdä ’ ·; ·' sovituslinjan avulla, mitä esimerkki F kuvaa, tai sovituselin 100 voi ulottua ilmankin

35 erillistä sovituslinjaa maatasoon 20 tai erilliseen johdealueeseen 25 asti, kuten : · ·: esimerkki G esittää. Sovituselin 100 voi myös koostua monesta osasta esimerkin H

mukaisesti. Kuvan 11 esittämillä esimerkinomaisilla vaihtoehdoilla voidaan sovitus- 9 113588 elimen ominaisuuksia ja siten koko antennirakenteen ominaisuuksia säätää monella eri tavalla.

Keksinnön mukainen antennirakenne soveltuu erityisen hyvin käytettäväksi matka-5 viestimissä. Antennirakenne voidaan sijoittaa matkaviestimeen monella eri tavalla. Seuraavassa esitetään eräitä esimerkkejä keksinnön mukaisen antennirakenteen sijoittamisesta matkaviestimeen. On huomattava, että nämä sovellusmuodot ovat vain havainnollistavia esimerkkejä, eivätkä rajoita millään tavoin keksinnön mukaisen antennirakenteen eri toteutustapoja.

10

Matkaviestimissä on eräänä ongelmana käytettävissä olevan tilan puute. Tämä vaikuttaa erityisesti matkaviestinten antennirakenteiden suunnitteluun. Matkaviestimen antenni sijoitetaan tyypillisesti matkaviestimen takaosaan käyttäjästä poispäin. Matkaviestimen takasivulle sijoitetaan tyypillisesti myös matkaviestimen akku, 15 koska matkaviestimen etusivu tarvitaan käyttöliittymän eli näppäimistön ja näytön toteuttamiseen. Akku toteutetaan tyypillisesti irroitettavana akkumodulina, jolloin käyttäjä pystyy helposti vaihtamaan akun. Akkumoduli rajoittaa antennin käytettävissä olevaa matkaviestimen takaosan pinta-alaa. Eräissä keksinnön edullisissa sovellusmuodoissa ainakin osa matkaviestimen antennirakenteesta sijoitetaan matka-20 viestimen akkumoduliin. Tällainen sovellusmuoto mahdollistaa tilankäytön paremman optimoinnin. Tällainen toteutustapa on erityisen edullinen keksinnön mukaisten antennirakenteiden yhteydessä, sillä keksinnön monissa eri toteutusmuodoissa ’ ! sovituselimet lisäävät antennirakenteen tarvitsemaa pinta-alaa.

• · » 25 Kuva 12a havainnollistaa keksinnön erään edullisen sovellusmuodon mukaisen akkumodulin 350 rakennetta. Akkumoduli käsittää akkukennoja 360 sekä akkumo-v ‘ dulin toimintoihin liittyviä komponentteja kuten ohjauselektroniikkaa ja liittimiä v : 355. Tässä sovellusmuodossa akkumoduli käsittää myös säteilijän 10 sekä sovitus- elimen 100. Antennirakenteen osien sijoitus akkumoduliin mahdollistaa akkumo-v : 30 dulin sisäisen rakenteen muutoksilla saavutettavien optimointimahdollisuuksien hyödyntämisen. Akkukennot ovat suhteellisen suurikokoisia komponentteja, joten ‘. antennirakenteen ja akkukennon väliin jää helposti tilaa, joka kuitenkin voidaan hyödyntää akkumodulin muiden komponenttien 355 sijoitteluun. Akkumodulin ·;*' sisäinen rakenne tarjoaa siten paljon erilaisia muuntelumahdollisuuksia. Kuvan 12a ; : 35 rakenne on vain eräs esimerkki eräästä mahdollisesta rakenteesta, eikä rajoita : · ·: keksinnön eri toteutusmuotoja millään tavalla.

10 113588

Kuva 12b havainnollistaa erästä toista keksinnön edullista toteutusmuotoa, jossa osa antennirakenteesta on akkumodulissa. Kuvassa 12b esitetään matkaviestin 300, joka käsittää käyttöliittymän eli tässä esimerkissä näytön 306 ja näppäimistön 307 matkaviestimen etupuolella. Matkaviestin käsittää myös piirilevyn 330, jolle on 5 muodostettu maataso 20 ja erillinen johdealue 25 sähköä johtavien kuviointien avulla. Matkaviestin käsittää tyypillisesti myös muita komponentteja, mutta näitä ei selvyyden vuoksi ole piirretty kuvaan 12b. Kuvassa 12b matkaviestimeen on kiinnitetty akkumoduli 350, joka käsittää tässä esimerkissä akkukennon 360, säteilijän 10 ja säteilijään kiinnitetyn sovituselimen 100. Antennin syöttö tapahtuu 10 liittimen 351 välityksellä matkaviestimestä akkumoduliin ja edelleen säteilijään. Tässä sovellusmuodossa antennirakenteen maataso 20 sijaitsee matkaviestimen puolella, sen piirilevyllä 330. Sovituselin 100 on toteutettu siten, että sen etäisyys erilliseen johdealueeseen 25 on pienempi kuin säteilijän 10 etäisyys maatasoon 20, jolloin sovituselimen ja erillisen johdealueen välinen kapasitiivinen kytkentä on 15 pienempi kuin säteilijän ja maatason välinen kapasitiivinen kytkentä.

Kuva 12c havainnollistaa erästä kolmatta keksinnön edullista toteutusmuotoa, jossa osa antennirakenteesta sijaitsee akkumodulissa 350. Kuvan 12c esimerkissä antennirakenteen maataso 20, säteilijä 10 sekä erillinen johdealue 25 sijaitsevat 20 matkaviestimen puolella, ja sovituselin 100 akkumodulin 350 puolella. Kuvan 12c sovellusmuodossa säteilijä 10 ja sovituselin ovat galvaanisessa yhteydessä toisiinsa . . kontaktin 101 avulla. Kuvassa 12c esitetään myös matkaviestimen piirilevy 330 sekä ' ; akkukenno 360.

11 113588 software radio -järjestelmissä, joissa päätelaitteen taajuusalueet ja radiorajapinnan toiminnot kuten käytettävät modulaatiot valitaan ohjelmallisesti, jolloin päätelaite on sovitettavissa toiseen matkaviestinjärjestelmään pelkästään päätelaitteen ohjelmistoja vaihtamalla.

5

Keksinnön mukaisen sovituselimen avulla voidaan säätää hyvin monenlaisia antennirakenteen ominaisuuksia. Sovituselimen avulla voidaan vaikuttaa esimerkiksi antennirakenteen suuntaavuuteen tai sen diversiteettiominaisuuksiin, samoin kuin resonanssitaajuuteen tai -taajuuksiin sekä resonanssitaajuuksien määrään, kunkin 10 resonanssikaistan kaistanleveyteen tai esimerkiksi antennirakenteen suurimpaan yhtenäiseen kaistanleveyteen. Lisäksi sovituselimen avulla voidaan vaikuttaa syöttöpisteen impedanssiin.

Keksinnön mukainen sovituselin voidaan toteuttaa monella eri tavalla sovellus- 15 kohteen edellytysten mukaan. Esimerkiksi, jos säteilijä muodostetaan ohuesta metallilevystä, sovituselin voidaan toteuttaa muodostamalla säteilijään halutun muotoinen uloke ja taivuttamalla tämä uloke maatason tai erillisen johdealueen läheisyyteen. Sovituselin voidaan toteuttaa myös monella muulla tavalla, kuten juottamalla, puristusliitoksen avulla tai muulla tavoin kiinnittämällä sovituselin 20 säteilijään. Mikäli säteilijä toteutetaan piirilevylle muodostetun johtavan kuvioinnin avulla, voidaan sovituselin muodostaa piirilevyn toiselle puolelle tai monikerros- piirilevyn välikerrokseen muodostetun johtavan kuvioinnin avulla. Tällaisessa ’ ! sovellusmuodossa sovituselin voidaan yhdistää säteilijään tavanomaisten piirilevyn- ;;; valmistustekniikoiden avulla, kuten yhden tai useamman metalloidun läpiviennin > · ' · · | 25 avulla.

• * » 1 «

• ♦ I

‘ Keksinnön mukaisella antennirakenteella on lukuisia etuja. Keksinnön mukainen v : antennirakenne on yksinkertainen valmistaa, mutta silti mahdollistaa antennira kenteen ominaisuuksien hyvin laajat säätömahdollisuudet. Eri kohtiin säteilijää : 30 sijoitetuilla sovituselimillä voidaan säätää hyvin monia antennirakenteen eri ‘; ’: ominaisuuksia. Keksinnön mukainen antennirakenne siten mahdollistaa monipuo liset säätömahdollisuudet antennirakenteen valmistuksen aikana. Lisäksi keksinnön mukainen antennirakenne mahdollistaa antennirakenteen ominaisuuksien säädön ·;·' myös antennirakenteen käytön aikana säätämällä sovituselimen ja maatason välisen : 35 kapasitiivisen kytkennän voimakkuutta esimerkiksi varaktorin avulla. Tällä tavalla :·*· matkaviestin voi esimerkiksi säätää antennin resonanssitaajuutta käytettävän kom- munikointitaajuuden mukaan.

12 113588

Keksinnön mukaisella antennirakenteella on sellainenkin etu, että sen avulla voidaan vähentää antennirakenteen ulkopuolisten häviöllisten materiaalien, kuten matkaviestimen muiden osien tai matkaviestimen ulkopuolisten materiaalien kuten käyttäjän käden vaikutusta antennirakenteen resonanssitaajuuteen. Yleisesti voidaan 5 sanoa, että antennin resonanssitaajuus laskee häviöilleen materiaalin vaikuttaessa samaan aikaan säteilijään ja antennin maatasoon. Tämä koskee lähes kaikkia matkaviestinten antenniratkaisuja, joissa matkaviestimen rungon sähköinen pinta-ala on suurempi kuin antennirakenteen pinta-ala. Keksinnön mukaisen antennirakenteen sovituselin 100 tai sovituselimet 100 voimistavat antennirakenteen säteilijän ja 10 maatason välistä kytkentää, jolloin matkaviestimen rungon tai rungon ulkopuolisten materiaalien kytkentä antennirakenteeseen suhteessa pienenee. Tällöin matkaviestimen rungon tai rungon ulkopuolisten materiaalien vaikutus antennirakenteen resonanssitaajuuteen on pienempi kuin tunnetun tekniikan mukaisissa antenni-rakenteissa.

15

Alan ammattimiehelle on selvää, että keksinnön erilaiset sovellutusmuodot eivät rajoitu esitettyihin esimerkkeihin vaan voivat vaihdella oheisten patenttivaatimusten mukaisesti.

* 1 * t ♦ • 1» i < · I i • » 1 * · 1 t : i t • t · * < » ' i »

1 I

> » · i »

! 1 I

f » I 1 * 9 * 4 4 ( · I 9 * 1 1

Claims (6)

1. Matkaviestin, jossa on ainakin maatason (20) ja säteilijän (10) käsittävä anten-nirakenne, jolla on ainakin yksi resonanssitaajuus, tunnettu siitä, että matkaviesti-5 men antennirakenne käsittää ainakin yhden sovituselimen (100, 100b), joka on galvaanisessa yhteydessä säteilijään (10), ja jonka sovituselimen (100, 100b) ja maatason (20) välisen kapasitiivisen kytkennän voimakkuus mainitulla ainakin yhdellä re-sonanssitaajuudella on suurempi kuin säteilijän (10) ja maatason (20) välisen kapasitiivisen kytkennän voimakkuus, jolloin sovituselimen ja maatason (20) välisen ka-10 pasitiivisen kytkennän voimakkuus on säädettävissä ja kapasitiivisen kytkennän voimakkuuden säätö on järjestetty toteutettavaksi matkaviestimen käytön aikana säätämällä antennirakenteen ominaisuuksia matkaviestimen valitseman taajuusalueen perusteella.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen matkaviestin, tunnettu siitä, että matkaviesti men antennirakenne lisäksi käsittää erillisen johdealueen (25, 25b), joka on kytketty maatasoon (20) kapasitiivisen elimen (26, 26b) avulla, ja siitä, että ainakin yksi so-vituselin on kapasitiivisesti kytketty mainittuun erilliseen johdealueeseen (25, 25b).

3. Patenttivaatimuksen 1 mukainen antennirakenne, tunnettu siitä, että sovitus- elin (100, 100b) käsittää useamman kuin yhden osan (100, 100b), jotka ovat kytket-’: tävissä toisiinsa kytkinelimen (130) avulla. •

4. Patenttivaatimuksen 1 mukainen antennirakenne, tunnettu siitä, että se lisäksi • ; 25 käsittää erillisen johdealueen (25, 25b), ja siitä, että ainakin yksi sovituselin (100) . ’ *, on kapasitiivisesti kytketty mainittuun erilliseen johdealueeseen (25, 25b).

5. Patenttivaatimuksen 4 mukainen antennirakenne, tunnettu siitä, että mainittu ... johdealue (25, 25b) on kytketty maatasoon (20) kapasitiivisen elimen (26,26b) avul- 30 la.

6. Patenttivaatimuksen 4 mukainen antennirakenne, tunnettu siitä, että mainittu ί johdealue (25) on järjestetty kytkettäväksi maatasoon (20) kytkinelimen avulla. 14 113588