FI118069B - Maajärjestely langatonta tiedonsiirtoa käyttävää laitetta varten - Google Patents

Description

118069

MAAJÄRJESTELY LANGATONTA TIEDONSIIRTOA KÄYTTÄVÄÄ LAITETTA VARTEN

Tekniikanala 5 Keksintö koskee langatonta tiedonsiirtoa käyttävän laitteen, kuten matkapuhelimen maajärjestelyä. Maajärjestelyn avulla pyritään parantamaan laitteen antennin sähköisiä ominaisuuksia sekä laitteen omaa suorituskykyä.

Keksinnön tausta 10 Langattomien päätelaitteiden, kuten matkapuhelinten tulee täyttää monia erilaisia vaatimuksia. Laitteiden fyysisen koon pienentyessä niiden koko asettaa omat vaatimuksensa esim. antennirakenteelle ja etenkin laitteen maarakenteelle. Antenni on hyvin tärkeä osa suurtaajuuksilla toimivaa päätelaitetta, koska se muuttaa lähettimeltä tulevan signaalin 15 sähkömagneettisiksi aalloiksi ja radiotieltä tulevat sähkömagneettiset aallot vastaanotettavaksi signaaliksi.

Antennin on pystyttävä vastaanottamaan ja lähettämään signaalia mahdollisimman hyvin kaikissa olosuhteissa. Antennin kautta kulkevan signaalin taajuus ja teho voivat vaihdella laitteesta, jäijestelmästä ja 20 olosuhteista riippuen hyvinkin paljon, joten laitteen toiminnan kannalta on oleellista, että antenni toimii kaikissa tilanteissa mahdollisimman hyvin.

. Käytännössä kaikki antennit tarvitsevat kunnollisesti toimivan maajärjestelyn, · · *" ; jotta ne toimisivat tehokkaasti säteilijöinä. Antennin maajärjestelystä * * käytetään tässä yhteydessä myös termiä ’’antennimaa”, jolla viitataan • · \v 25 yleisesti siihen maavirtajärjestelyyn, jolla aikaansaadaan * · · “”·* matalaimpedanssinen kytkentä maapotentiaaliin tai yhteiseen *:**: referenssipisteeseen.

Käytännössä antenniin saapuu häiriösignaaleja, jotka vaikeuttavat • * « laitteen normaalia to:mintaa ainakin jossain määrin. Käytössä olevat laitteet 30 aiheuttavat itsekin häiriösignaaleja, jotka voivat aiheuttaa ongelmia • · esimerkiksi laitteessa olevien komponenttien toiminnalle.

*.“ Radiotaajuudella toimivat laitteet saavat toimiessaan aikaan sähkö-ja v ; magneettikenttiä. Sellaista paikkaa tai pistettä, jossa on tai johon kulloinkin muodostuu sähkö- tai magneettikenttätihentymä kutsutaan ns. kuumaksi 35 pisteeksi (hot spot -piste). Kenttien indusoimien virtojen jakaumasta voidaan * · · · ··*··' • # 2 118069 laskea likimääräisesti ominaisabsorptionopeus eli SAR (SAR = Specific Absorption Rate), joka ilmaisee (esim. kudokseen) absorboituvan tehon massayksikköä kohti. Antennin maajärjestelyllä voidaan vaikuttaa laitteen SAR-arvon suuruuteen.

5 SAR-arvo riippuu tehon lisäksi mm. taajuudesta, antennin etäisyydestä käyttäjään, puhelimen käyttöasennosta ja antennityypistä. Vaikka markkinoilla olevien radiolaitteiden SAR-arvot ovatkin erittäin pieniä, pyritään uudet laitteet suunnittelemaan siten, että SAR-arvot saataisiin entistä pienemmiksi.

10 On tunnettua kiinnittää päätelaitteeseen erilaisia lisäosia, joilla päätelaitteen antennimaata voidaan haluttaessa laajentaa, jolloin antennivahvistus on saatu suuremmaksi. Käyttäjän on pitänyt esimerkiksi vetää jokin lisäosa ulos päätelaitteesta maajatkeen käyttöönottamiseksi. Mainittua ratkaisua on näin ollen käytännössä hankala käyttää.

15 Keksinnön päämääränä on parantaa laitteen ominaisuuksia edellä mainittujen seikkojen osalta ja saada aikaan entistä helppokäyttöisempi menetelmä laitteen maakonfiguraation kontrolloimiseksi ja muuttamiseksi. Lisäksi päämääränä on aikaansaada ratkaisu, jonka avulla maavirrat pystytään ohjaamaan mahdollisimman optimaaliseen paikkaan siten, että 20 syntyvät kenttätihentymät ovat mahdollisimman kaukana käyttäjästä, jolloin on mahdollista saavuttaa pieni SAR-arvo.

• • · j Keksinnön lyhyt yhteenveto

Keksinnön tarkoituksena on saada aikaan langatonta laitetta varten \v 25 ratkaisu, jonka avulla pystytään yksinkertaisesti ja joustavasti optimoimaan laitteen antennin sähköisiä ominaisuuksia, laitteen omaa suorituskykyä sekä *·'":* pienentämään laitteesta mitattavaa SAR-arvoa.

:***: Tämä päämäärä saavutetaan ratkaisulla, joka on kuvattu itsenäisissä • · · patenttivaatimuksissa.

30 Keksinnön ajatuksena on muodostaa laitteeseen sen varsinaisen • · ,...t maajohteen eli maareitin lisäksi yksi tai useampi lisämaajohde ja muuttaa sen/niiden avulla antennin maakonfiguraatiota, kuten maajohtimien tehollista v ' pituutta ja/tai pinta-alaa muodostamalla automaattisesti galvaaninen kytkentä maajohteen ja yhden tai useamman lisämaajohteen välille ennalta määrättyjen 35 kytkentäkriteerien perusteella ja purkamalla kyseinen kytkentä automaattisesti • · · · :,3 118069 5¾.

ennalta määrättyjen purkukriteerien perusteella. Tällä tavoin pystytään vaikuttamaan paitsi SAR-arvoon myös antennin sähköiseen suorituskykyyn.

Maajohde ja lisämaajohteet samoin kuin kytkentäkriteerit suunnitellaan laitetta varten etukäteen niin, että vaihtelevissa lähetys- tai vastaanotto-olosuhteissa 5 saavutetaan halutut ominaisuudet.

Keksinnön mukaisella ratkaisulla pystytään saavuttamaan paitsi pieni SAR-arvo myös pienihäviöinen antennirakenne, jolla on mahdollisimman pieni VSWR-arvo (VSWR = Voltage Standing Wave Ratio). Ratkaisun avulla pystytään myös saavuttamaan antennirakenne, joka toimii kussakin 10 tilanteessa optimivahvistuksella.

Keksinnön eräässä edullisessa toteutustavassa lisämaajohde/-johteet ovat ainakin osittain laitteen kuoriosassa, jolloin voidaan toteuttaa monenlaisia lisämaajohteita ja hot-spot -pisteiden paikkaa voidaan tarvittaessa muuttaa.

Lisämaajohteet voivat olla kuorimateriaalin pinnalla tai sen sisällä.

15 Keksinnön eräässä edullisessa toteutustavassa lisämaajohteet ovat

monikerrospiirilevyn eri kerroksissa. Tällä tavoin voidaan helposti toteuttaa I

kooltaan ja muodoltaan hyvinkin erilaisia lisämaajohteita. Lisämaajohtimet on | valmistusteknisesti helppo toteuttaa monikerrospiirilevylle, jolloin ratkaisu on myös taloudellisesti edullinen.

20 Koska maajohtimien tehollista pituutta voidaan tarvittaessa kasvattaa, saadaan helposti toteutettua erilaisia maakonfiguraatioita, joista valitaan . kulloiseenkin tilanteeseen sopivin. Käytännössä sopivan maakonfiguraation ··* ; (eli kulloinkin sopivimman lisämaajohteen) valintaan vaikuttaa etenkin käytettävä taajuuskaista.

• · v.: 25 Keksinnön mukainen maakonfiguraatio on helposti toteutettavissa, eikä käyttäjän tarvitse tehdä mitään uuden maakonfiguraation *:·*: käyttöönottamiseksi, vaan käyttöönotto tapahtuu automaattisesti ennalta :*"· määrättyjen kriteerien perusteella.

• · * 30 Kuvioluettelo * · t...t Seuraavassa keksintöä ja sen edullisia toteutustapoja kuvataan *,· tarkemmin viitaten esimerkinomaisesti kuvioihin 1-9, joissa • · · ·.· · kuviot 1 ja 2 esittävät erästä keksinnön mukaista päätelaitetta, kuvio 3 esittää maajärjestelyn erästä toteutustapaa, \# 35 kuvio 4 esittää maajärjestelyn toista toteutustapaa, *

V t I I

*··**: • · ..... nr· 4 118069 kuvio 5 esittää kuvion 4 maajärjestelyä, kun lisämaajohde on käytössä, kuvio 6 esittää maajärjestelyn kolmatta toteutustapaa, kuvio 7 esittää erästä keksinnön mukaista päätelaitetta, kuvio 8 esittää erään toteutusvaihtoehdon lisämaajohteen sijainnista, ja 5 kuvio 9 esittää erään toisen toteutusvaihtoehdon lisämaajohteen sijainnista.

Keksinnön yksityiskohtainen kuvaus

Kuviossa 1 on esitetty tyypillinen (tilaaja)päätelaite edestä päin 10 nähtynä. Päätelaite voi olla esimerkiksi matkapuhelin 40, joka käsittää muun muassa näppäimiä 10 ja näytön 20. Päätelaite voi olla myös muukin laite kuin matkapuhelin, sillä keksinnön kannalta on oleellista ainoastaan se, että laite kykenee lähettämään tai vastaanottamaan ilmarajapinnan kautta.

Kuvion 1 päätelaite käsittää kuori- tai kotelorakenteen, josta on 15 kuviossa nähtävissä etukuori eli ns. A-kuori 30. Kuorirakenne voi olla valmistettu esimerkiksi muovista, lasikuidusta tai metallista tai niiden yhdistelmästä.

Kuviossa 2 esitetään päätelaite sivulta kuvattuna, jolloin päätelaitteen kuorirakenne on paremmin nähtävissä. Etukuoren lisäksi päätelaite käsittää 20 takakuoren eli ns. B-kuoren 50 ja akkutilan 61 akkua varten. Esitetty päätelaite käsittää lisäksi akkukannen 60 akkutilan sulkemiseksi. Akkukansi ^ on siis tässä toteutusvaihtoehdossa osa päätelaitteen kuorirakennetta.

; Laitteen A- ja B-kuoret samoin kuin akkukansi ovat irrotettavissa muusta ··*··' laiterakenteesta. Päätelaite käsittää edelleen piirilevyn 70, joka on sijoitettu v.: 25 kotelorakenteen sisälle.

Keksinnön mukainen maajärjestely käsittää varsinaisen maajohteen, *:·*: yhden tai useamman erillisen lisämaajohteen ja kytkentäelimet, joiden avulla saadaan haluttaessa automaattisesti galvaaninen kytkentä maajohteen ja ··* yhden tai useamman lisämaajohteen välille antennin maajohdekonfiguraation 30 muuttamiseksi muuttuneita lähetys- tai vastaanotto-olosuhteita vastaaviksi.

• * ... Päätelaitteen kuoriosien lukumäärällä ei siis ole keksinnön toimivuuden • · T kannalta merkitystä, vaan oleellista on se, että laitekuori tarjoaa tilan, johon ··· ·; V · voidaan esimerkiksi laitekuoren valmistusvaiheessa muodostaa yksi tai useampi lisämaajohde keksinnön mukaista maaratkaisua varten. Varsinaisen 35 maajohteen ja lisämaajohteiden mahdollisia sijaintipaikkoja käsitellään *«·· ·· ·♦ · * « 5 118069 tarkemmin jäljempänä.

Varsinainen maajohde ja lisämaajohteet suunnitellaan ominaisuuksiltaan (kuten pituus, pinta-ala ja muoto) etukäteen niin, että lisämaajohteiden kytkennällä ja kytkennän purkamisella saavutetaan haluttu 5 vaikutus laitteen toimintaan. Lisämaajohteiden fyysiset mitat määräytyvät tyypillisesti ainakin käytetystä taajuudesta ja tehosta. Halutun vaikutuksen hakeminen voi tapahtua kokeellisesti, kuten jäljempänä kuvataan. Lisämaajohteita voidaan muodostaa useampiakin, joista kulloinkin automaattisesti valitaan kulloiseenkin tilanteeseen parhaiten soveltuva 10 halutun kaltaisen maareitistön muodostamiseksi. On myös mahdollista, että lisämaajohteiden joukosta valitaan kulloinkin useampi kuin yksi kytkettäväksi varsinaiseen maajohteeseen.

Kulloinkin käytettävän lisämaajohteen valinnassa voidaan ottaa huomioon esim. antennin lähetystaajuus ja kaistanleveys. Tällä tavoin 15 saadaan laitteen SAR- ja VSVVR-arvot kulloinkin mahdollisimman pieniksi. Lisäksi tällä tavalla saadaan optimoitua antennin häviöt ja antenni saadaan toimimaan kulloinkin optimivahvistuksella.

Kuvio 3 on periaatekuva, josta ilmenevät keksinnön kannalta oleelliset laiteosat, jotka liittyvät läheisesti päätelaitteen antennin toimintaan.

20 Päätelaite käsittää siis antennin 80, joka voi olla periaatteessa mitä tahansa tunnettua tyyppiä, esim. ns. sisäinen tai ns. ulkoinen antenni. Erilaisia ,·, antennityyppejä on käytännössä paljon, mutta käytettävällä tyypillä ei ole » « · *** 1 keksinnön kannalta merkitystä. Yksinkertaisimmillaan antenni on ns. piiska- ] / antenni, joka on valmistettu sähköä hyvin johtavasta materiaalista ja jonka • · · .

'·1· 25 resonanssitaajuus määräytyy antennin ns. sähköisestä pituudesta. Näin ollen esimerkiksi matkapuhelimissa olevan piiska-antennin tehollinen pituus on tyypillisesti esimerkiksi χ/4, 3χ/8 χ/2 tai 5χ/8, missä aallonpituus χ määräytyy laitteen käyttämästä taajuuskaistasta.

Antenni voi myös olla esimerkiksi ns. helix-antennl, jolloin antennina 30 toimii lieriökela. Matkapuhelimissa käytettävien helix-antennien sähköiset .···, pituudet ovat tyypillisesti χ/4, Ζχ/4 tai 5χ/4. Matkapuhelimissa käytetään *" lisäksi esimerkiksi ns. mikroliuska-antenneja ja ns. PIFA-antenneja (PIFA - • · 1 V : Planar Inverted F Antenna). PIFA-antenneilla on mahdollista saada aikaan ϊ,,’ί erityisen hyvä säteilykuvio ja alhainen VSWR-arvo. Lisäksi PIFA-antennit I:. 35 soveltuvat käytettäväksi laajalla taajuuskaistalla.

* ···· · β 1 1 8069 Päätelaite voi käsittää useitakin erillisiä antenneja, esim. jos laite hyödyntää useita eri taajuuskaistoja. Samalla matkaviestimellä voidaan muodostaa yhteyksiä esimerkiksi 900 MHz:n, 1800 MHz:n ja 1900 MHz:n taajuusalueilla.

5 Oletetaan yksinkertaisuuden vuoksi, että laite käsittää kuvion 3 mukaisesti vain yhden antennin 80, joka on tässä tapauksessa piiska-antenni. Antenni on kytketty toisesta päästään antennin syöttöpisteeseen 81, joka on laitteen piirilevyllä 70, joka käsittää erilaisia komponentteja 71. Tässä tapauksessa piirilevy on ns. yksikerrospiirilevy. Näiden lisäksi piirilevylle on 10 muodostettu sähköä johtavasta materiaalista tehty maajohde 72, joka toimii antennimaajohtimena. Maajohde edustaa siis maatasoa, jossa vaikuttaa maapotentiaali, ja se toimii paitsi antennimaajohtimena myös piirilevyllä olevien komponenttien maana.

Maajohteen pituus, pinta-ala ja muoto vaikuttavat antennin ja laitteen 15 toimintaan ja ominaisuuksiin, joten maajohteen fyysiset mitat ja muoto voivat vaihdella tapauskohtaisesti hyvinkin paljon.

Maajohteen fyysiset ominaisuudet vaikuttavat siten esim. laitteen SAR- ja VSVVR-arvoihin sekä antennivahvistukseen ja antennihäviöihin.

Keksinnön mukainen ratkaisu mahdollistaa antennin toimimisen entistä 20 useammilla taajuuksilla ja entistä laajemmalla taajuuskaistalla. Käytännössä on havaittu, että keksinnön mukaisen ratkaisun avulla voidaan antennivahvistusta kasvattaa yli 0,5 dB ja kaistaa yli 3%:a verrattuna · vastaaviin tunnettuihin menetelmiin.

····.

Laite käsittää edelleen piirilevyllä olevan kytkimen 90, joka on kytketty 25 johtuneen 72. Tarkemmin sanottuna, kytkin 90 on kytketty johtimen kohtaan - A, joka on antennin syöttöpisteen 81 suhteen kaukaisin kohta johtimessa.

·:**: Kuten aiemmin on tullut esille, maajohtimen pituus, muoto ja pinta-ala vaikuttavat antennin toimintaan. Kuvioon on merkitty kohta B, josta on lyhin • · · etäisyys antennin syöttöpisteeseen 81. Antennin toiminnan kannalta tärkeää 30 on johtimen 72 lyhin kokonaispituus antennista johtimen kaukaisimpaan • · ,·... kohtaan. Toisin sanoen, antennin kannalta maajohtimen tehollinen pituus \" : vastaa mainittua lyhintä reitti johdinta 72 pitkin kohdasta B kohtaan A. Näin «·· V : ollen antennin’näkemää’maajohtimen pituutta voidaan tarvittaessa muuttaa lisämaajohteen avulla.

)·. 35 Kuvion 3 esimerkissä laite käsittää kolme sähköä johtavaa ja »·«·· • · 7 118069 pituudeltaan erimittaista lisämaajohdetta 73, 74 ja 75, jotka on kytketty kytkimeen 90. Kunkin lisämaajohtimen toinen pää on vapaa. Vaikka lisämaajohteet ovat tässä esimerkissä pitkän johtimen kaltaisia, voivat niiden fyysiset mitat vaihdella monin tavoin ja ne voivat olla leveydeltään, 5 pituudeltaan ja muodoltaan toistensa suhteen hyvinkin erilaisia. Tarvittaessa ainakin yksi lisämaajohde kytketään kytkimen välityksellä varsinaiseen maajohteeseen 72, jolloin maajohteen 72 tehollinen pituus kasvaa. Kukin lisämaajohde voi lisäksi sijaita antennin suhteen eri paikassa, jolloin varsinaiseen maajohteeseen kytketty lisäjohde voi vaikuttaa hyvinkin paljon 10 antennin ja laitteen SAR- ja VSVVR-arvoihin, vaikka lisäjohteiden pituudet vastaisivatkin melko lailla toisiaan.

•K

Kuviossa 4 esitetään eräs toinen toteutusvaihtoehto päätelaitteesta. Laite käsittää piirilevyllä 70 kolme kytkintä 91, 92 ja 93, jotka ovat kytketty maajohteeseen 72, joka muodostuu tässäkin tapauksessa piirilevyllä 15 kiertävästä johdinkuviosta. Tässä tapauksessa laitteessa on vain yksi lisämaajohde 75. Kytkimet 91-93 on sijoitettu siten, että kukin niistä kytkee kytkintä vastaavan maajohteen kohdan tiettyyn kohtaan lisämaajohdetta. Kuvion 4 esittämässä tilanteessa kaikki kytkimet ovat auki, joten lisämaajohdetta ei ole kytketty varsinaiseen maajohteeseen 72.

20 Galvaaninen kytkentä maajohteen ja yhden tai useamman lisämaajohteen välillä voidaan toteuttaa esimerkiksi ns. MEMS-teknologiaan (MEMS = Micro-ElectroMechanical Systems) perustuvilla komponenteilla, . jotka ovat fyysiseltä kooltaan hyvin pieniä verrattuna vastaaviin φ * * · makroskooppisiin vastineisiinsa, kuten puolijohdekytkimiin. Kytkimet voivat 25 olla esimerkiksi mikroreleitä, jotka on valmistettu MEMS-teknologialla.

* · ·

Prosessitekniikkansa ja rakenteensa ansiosta mikrorele on helppo ] kapseloida tavallisiin SMD-koteloihin (SMD = Surface Mount Devices).

Lisäksi kytkimet voidaan toteuttaa esimerkiksi PIN-diodilla, joka soveltuu käytettäväksi erilaisten suurtaajuisten signaalien kytkentäsovelluksissa.

30 Kuvio 5 esittää kuvion 4 päätelaitetta tilanteessa, jossa lisämaajohde "**: 75 on yhdistetty varsinaiseen maajohteeseen 72 kytkimellä 91. Tässä ·’**: tilanteessa kytkin 91 on siis suljettu, jolloin se yhdistää lisämaajohteen *** galvaanisesti varsinaiseen maajohtimeen. Kuvion 5 mukaisessa tilanteessa • · * *;[.* antennimaan tehollinen kokonaispituus muodostuu reitistä B-C-D-E-F.

• · *·;·* 35 Lisäksi maan muotoa on lisämaajohteen kytkemisen ansiosta saatu • * · • · · # · • · 8 118069 muutettua.

Laite käsittää ohjausvälineen 95, joka on käytännössä mikroprosessori, joka ohjaa kytkimien sulkeutumista ja avautumista. Mikroprosessori ohjaa kytkimiä ennalta määrättyjen kytkentä- ja 5 purkukriteerien perusteella. Tyypillisesti näihin kriteereihin kuuluu ainakin tieto laitteen käyttämästä taajuuskaistasta ja/tai lähetystehosta. Yksinkertaisessa sovelluksessa voi esim. jokaista taajuusaluetta kohti olla oma lisäjohteensa, joka kytketään kiinni maajohteeseen 72 silloin, kun laite käyttää ko. taajuusaluetta. Laitteelle voidaan myös etukäteen määrittää, millä 10 maajohdinpituudella tai maakonfiguraatiolla laitteelle saadaan edullisimmat SAR- ja VSWR-arvot suhteessa käytettyyn taajuuteen tai taajuuskaistaan. Kun edullisimmat maajohdekonfiguraatiot on kertaalleen määritetty, niitä vastaavat johdekonfiguraatiot sekä kytkentäelimet vastaavine kytkentä- ja purkukriteereineen voidaan ottaa käyttöön laitteiden valmistusvaiheessa.

15 Kun laite on käytössä, voidaan esim. taajuuskaistan vaihdon yhteydessä maareitistöä muuttaa (etukäteen tehdyn määrityksen perusteella) siten, että saavutetaan halutut ominaisuudet, kuten maksimaalinen antennivahvistus tai hot spot -piste siirtyminen SAR-arvon kannalta edulliseen paikkaan.

20 Kun lisämaajohde kytketään varsinaisen maajohteen jatkoksi, ei pelkästään maajohteen pituus muutu, vaan lisämaajohde on sijoitettu sellaiseen paikkaan tai asentoon suhteessa varsinaiseen maajohteeseen, : että myös maajohteen muoto on muuttunut muuttuneita lähetys- tai *:·*: vastaanotto-olosuhteita vastaavaksi. Maajohteen muotoa muuttamalla 25 voidaan antennin ominaisuuksia parantaa entisestään ja erilaisten • · häiriökenttien aiheuttamilta ongelmilta voidaan välttyä.

• · ..... Kun maan muotoa muutetaan, muuttuu siis samalla reitistö, jonka • * kautta kulkevat suurtaajuiset maavirrat, jotka vaikuttavat esimerkiksi SAR-arvon suuruuteen. Maareitistön muotoa automaattisesti muuttamalla voidaan 30 kontrolloida hot spot -pisteiden sijaintia laitteessa. Syntyvät sähkö- ja magneettikentät ohjataan laiterakenteessa sellaiseen paikkaan, jossa kentät ,·»« ovat kauempana laitteen käyttäjästä.

Kuvio 6 esittää erästä edullista toteutusvaihtoehtoa päätelaitteesta, • · * *,. joka käsittää monikerrospiirilevyn 70. Kuviossa 6 esitetään piirilevystä kerros, • · '···* 35 joka on kokonaan päällystetty sähköä johtavalla materiaalilla. Toisin sanoen, * • · » * ···»· • * 9 118069 esitetty piirilevyn kerros 72’ toimii kokonaan varsinaisena maajohteena.

Kuviossa 6 päätelaite käsittää antennin 80, joka on tässä tapauksessa PIFA-antenni. Päätelaite käsittää antennin syöttöjohtimen 82, joka on ensimmäisestä päästä yhdistetty piirilevyllä olevaan syöttöpisteeseen 81 ja 5 toisesta päästä antenniin 80, joka on johtavaa materiaalia. Syöttöjohdinta ei ole kuitenkaan yhdistetty maajohteeseen syöttöpisteen 81 puoleisesta päästään, vaan päätelaite käsittää lisäksi oikosulun (short cut) eli oikosulkujohtimen 84, jonka ensimmäinen pää on yhdistetty maajohteeseen 72 ja toinen pää antenniin. Pistettä, jossa oikosulkujohtimen 84 ensimmäinen 10 pää on kiinni maajohteessa 72’ sanotaan maakontaktiksi ja sitä on merkitty viitenumerolla 83. Antennin oikosulkujohtimen 84 toinen pää ja syöttöjohtimen 82 toinen pää on galvaanisesti kytketty toisiinsa antennin kautta.

Kuvion 6 mukaisessa rakenteessa kytkin 90 on sijoitettu piirilevylle 15 mahdollisimman kauas antennin maakontaktista 83, jotta varsinainen maa olisi mahdollisimman pitkä antennin kannalta. Kuten kuviosta edelleen nähdään, maakontakti ja kytkin 90 on sijoitettu toisiinsa nähden piirilevyn vastakkaisiin kulmiin, jotta varsinaisen maajohteen 72’ pituus saataisiin antennin kannalta mahdollisimman suureksi. Tehollinen pituus vastaa tässä 20 tapauksessa maakontaktin 83 ja kuvioon merkityn pisteen G välistä etäisyyttä. Kun lisämaajohde kytketään varsinaisen maajohteen jatkoksi, saadaan laitteen maajohteen kokonaispituutta antennin kannalta kasvatettua ,.j*. vieläkin enemmän, jolloin hot spot -pisteet voidaan siirtää mahdollisimman • * * · kauas laitteen käyttäjästä. Lisämaajohteet 73-75 voivat olla piirilevyllä tai 25 laitteen kuorirakenteessa.

• · · ' ' \ Kuvio 7 esittää erästä keksinnön mukaista laitetta edestä päin ] kuvattuna. Kuvion mukainen laite käsittää A-kuoren 30 sisäpinnalla lisämaajohteet 73, 74 ja 75. Kuvion mukaisessa ratkaisussa lisämaajohteet ovat suoria johtimia, mutta johtimien muoto voi vaihdella. Lisämaajohde voi 30 sijaita myös B-kuoressa, akkukannessa tai jossakin muussa rakenneosassa.

*:**: Lisämaajohde on käyttäjän kannalta huomaamaton, päinvastoin kuin edellä ·*"· mainitut tunnetun tekniikan mukaiset sovellukset, koska keksinnön » » · mukaisessa ratkaisussa lisämaajohde otetaan automaattisesti käyttöön.

t · ·

Kuvio 8 ja 9 esittävät tarkemmin lisämaan mahdollisia sijoituspaikkoja • · ’···* 35 laiterakenteessa. Kuvion 8 esimerkissä lisämaajohde 73 on kuorirakenteen * · · • *«·* ·#·«·' • · 118069 ίο sisällä. Lisämaajohde voidaan sijoittaa laitteen kuorirakenteen sisä- ja ulkopinnan väliin helpoiten laitekuoren valmistusvaiheessa. Jos kuorirakenne on esimerkiksi muovia, on johtavan lisämaan toteuttaminen kuorirakenteeseen suhteellisen helppoa kuoren valmistusvaiheessa. Kuori 5 voi periaatteessa olla kokonaankin valmistettu sähköä johtavasta materiaalista, mutta silloin kuori on eristettävä lisämaajohteesta.

Kuvion 9 mukaisessa toteutusvaihtoehdossa lisämaajohde 73 on laitekuoren pinnalla. Lisämaajohteen muodostava johdinkalvo voidaan esim. liimata tai jollakin muulla sopivalla tavalla kiinnittää esim. juuri laitekuoren 10 sisäpinnalle. Lisämaajohde voi siis olla esimerkiksi A-kuoressa, B-kuoressa, akkukannessa tai jonkin muun laiterakenneosan sisäpinnalla. Se voi olla myös esim. laitteen akkutilassa, jolloin se olisi B-kuoren ulkopinnalla. Lisämaajohde voi sijaita esimerkiksi matkaviestimen takakuoressa, jolloin hot spot-piste voidaan siirtää mahdollisimman kauas laitteen käyttäjästä.

15 Lisämaajohteiden sijoittaminen kuoreen on siinä mielessä edullista, että kuorirakenne tarjoaa mahdollisuuden toteuttaa fyysisesti hyvin erilaisia ja pinta-alaltaan suuriakin lisämaajohteita samalla kun hot spot -pisteet voidaan ohjata haluttuun kohtaan laitteessa. Lisämaajohteet voidaan kuitenkin toteuttaa myös siten, että ne ovat kokonaisuudessaan piirilevyllä. 20 Koska piirilevyn pinnalla on yleensä vähän tilaa, ne voidaan sijoittaa monikerrospiirilevyn (kuvio 6) yhteen tai useampaan (lisä)kerrokseen. Esim. kunkin taajuusalueen lisämaajohde voi olla omassa kerroksessaan. Varsinainen maajohde on edullista sijoittaa kokonaan piirilevylle, riippumatta *·· · siitä, käytetäänkö laitteessa yksi- vai monikerrospiirilevyä.

• · 25 Maatasolla (maajohde ynnä lisämaajohteet) on jokaisella taajuudella • « · * optimaalinen minimipituus, jolla saavutetaan riittävä antennivahvistus. SAR- ] arvon pienentäminen saadaan aikaan esim. siten, että hot spot -piste * * siirretään laitteessa paikkaan, josta on mitattavissa laitteelle pieni SAR-arvo.

···'' SAR- ja VSWR-arvot eivät ole suoraan riippuvaisia toisistaan. Kun 30 saavutetaan hyvä VSWR-arvo, on todennäköistä, että antennivahvistuskin ·:*·· kasvaa. Hyvän antennivahvistuksen saavuttamiseksi on antennisovituksen ·***. oltava hyvä (pieni VSWR-arvo), maajohteen pituuden on oltava optimaalinen * * * ja antennisäteilijän on sijaittava RF-ominaisuuksien kannalta vapaassa • » * '·[ ’ paikassa. Hieman yleistäen voidaan sanoa, että tarvittavan maatason pituus 35 on sitä suurempi, mitä pienempi on taajuus. Tarvittavan maatason pituus on ♦ .

·* · • · · · * • * 11 1 1 8069 kuitenkin riippuvainen monesta tekijästä, esim. maan sijaintipaikasta, sen muodosta ja muusta laiterakenteesta.

Vaikka keksintöä on edellä kuvattu viitaten oheisten piirustusten mukaisiin esimerkkeihin, on selvää, että keksintö ei ole rajoittunut niihin, 5 vaan alan ammattimies voi muunnella esitettyjä ratkaisuja keksinnön ajatuksesta poikkeamatta. Jos laitteessa on esim. useita antenneja, jokaisella niistä voi olla ainakin osittain omat maajärjestelynsä edellä kuvattuun tapaan tai kaikille antenneille voi olla yhteiset lisämaajohteet.

• · • · · · ··· · • · · · · • « * · t * » • · 1 · · . t • m « « 1 2 3 4 5 • · • « · · · • · • · · * · * · * 1 1 · 2 • · · • · • · · « • · · • · > • · · * 3 • · • · 4 • · · ♦ ' *« · • · · · 5 • ·

Claims (24)

1. Menetelmä langatonta tiedonsiirtoa käyttävän laitteen 5 maajärjestelyn toteuttamiseksi, joka laite käsittää ainakin yhdestä kuoriosasta muodostetun kuorirakenteen (30, 50, 60), antennin (80) ja maajohteen (72, 72’) antennia varten, tunnettu siitä, että - laitteeseen muodostetaan ainakin yksi sähköä johtava lisämaajohde (73-75), 10. maajohteen ja lisämaajohteen välille muodostetaan automaattisesti galvaaninen kytkentä ennalta määrätyn kytkentäkriteerin täyttyessä, ja - mainittu galvaaninen kytkentä puretaan automaattisesti ennalta määrätyn purkukriteerin täyttyessä.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, 15 että laitteeseen muodostetaan useita lisämaajohteita, joista kukin on erikseen kytkettävissä maajohteeseen ja irrotettavissa maajohteesta.

3. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että kukin lisämaajohde muodostetaan johtimesta, jonka vapaa pää johdetaan fyysisesti haluttuun kohtaan laitteessa.

4. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että maajohde sijoitetaan laitteen piirilevylle ja lisämaajohteet laitteen kuorirakenteeseen.

.·. 5. Patenttivaatimuksen 1 tai 3 mukainen menetelmä, t u n n e 11 u sii- M* f tä, että maajohde ja lisämaajohteet sijoitetaan monikerrospiirilevyn eri * « . . 25 kerroksiin.

• · · * *,’ 6. Patenttivaatimuksen 4 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, [ että lisämaajohteiden vapaat päät johdetaan eri kohtiin laitteen kuorirakenteessa. • * ·

7. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, 30 että kytkentä- ja purkukriteerit riippuvat ainakin laitteen kulloinkin :·*: käyttämästä taajuuskaistasta.

8. Patenttivaatimuksen 1 tai 7 mukainen menetelmä, tunnettu sii-tä, että kytkentä- ja purkukriteerit riippuvat ainakin laitteen kulloinkin ♦ · ♦ *·' * käyttämästä lähetystehosta.

9. Patenttivaatimuksen 2 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, ·«· ···* *···· • · 13 1 1 8069 että lisämaajohteet on sovitettu keskenään erilaisiksi siten, että kunkin lisämaajohteen kytkeminen maajohteeseen muuttaa maan tehollista pituutta antennin kannalta eri määrän.

10. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, t u n n e tt u siitä, 5 että lisämaajohteen avulla vaikutetaan päätelaitteen antennin sähköisiin ominaisuuksiin.

11. Patenttivaatimuksen 10 mukainen menetelmä, t u n n e 11 u siitä, että lisämaajohteen avulla vaikutetaan päätelaitteen antennivahvistukseen.

12. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, t u n n e tt u siitä, 10 että lisämaajohteen avulla vaikutetaan laitteen aiheuttamaan SAR-arvoon.

12 1 1 8069

13. Patenttivaatimuksen 10 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että lisämaajohteen avulla vaikutetaan antennin VSVVR-arvoon.

14. Langatonta tiedonsiirtoa hyödyntävä laite, joka käsittää - ainakin yhdestä kuoriosasta (30, 50, 60) muodostetun 15 kuorirakenteen, - antennin (80), ja - maajohteen (72, 72’), joka on sovitettu kuorirakenteen sisään, tunnettu siitä, että päätelaite käsittää lisäksi - ainakin yhden sähköä johtavan lisämaajohteen (73, 74, 75), 20. ainakin yhden kytkimen (91, 92, 93) galvaanisen kytkennän muodostamiseksi maajohteen (72, 72’) ja lisämaajohteen välille, ja - ohjausvälineen (95), joka on sovitettu ohjaamaan mainittua ainakin yhtä kytkintä mainitun galvaanisen kytkennän muodostamiseksi ja purkamiseksi ennalta määrättyjen kriteerien perusteella.

15. Patenttivaatimuksen 14 mukainen laite, tunnettu siitä, että • # * maajohde on muodostettu laitteessa olevalle piirilevylle ja lisämaajohde * ainakin osittain laitteen kuoriosaan. ·····

16. Patenttivaatimuksen 15 mukainen laite, tunnettu siitä, että »·* ’ lisämaajohde on muodostettu kuoriosamateriaalin sisään.

17. Patenttivaatimuksen 15 mukainen laite, tunnettu siitä, että *:**: lisämaajohde on muodostettu kuoriosan sisäpinnalle.

18. Patenttivaatimuksen 14 mukainen laite, tunnettu siitä, että • * * maajohde ja ainakin yksi lisämaajohde on muodostettu laitteessa olevalle piirilevylle (70). * · '·;·* 35

19. Patenttivaatimuksen 18 mukainen laite, tunnettu siitä, että ··· ♦··♦·· • · · « « * * 14 1 1 8069 maajohde ja lisämaajohteet on sijoitettu monikerrospiirilevyn eri kerroksiin.

20. Patenttivaatimuksen 14 mukainen laite, tunnettu siitä, että lisämaajohde on sovitettu alkamaan maajohteen (72, 72’) kohdasta, jonne matka antennista on pisimmillään, kun matka kyseiseen kohtaan mitataan 5 lyhintä reittiä maajohdetta pitkin.

21. Patenttivaatimuksen 14 mukainen laite, tunnettu siitä, että se käsittää useita lisämaajohteita.

22. Patenttivaatimuksen 14 mukainen laite, tunnettu siitä, että lisämaajohteet on muodostettu fyysisiltä mitoiltaan erilaisiksi siten, että 10 kunkin kytkeminen muuttaa antennin sähköisiä ominaisuuksia eri tavalla.

23. Patenttivaatimuksen 14 mukainen laite, tunnettu siitä, että se käsittää useita kytkimiä (91, 92, 93), jotka on sovitettu kytkeytymään eri kohtiin maajohdetta (72).

24. Patenttivaatimuksen 14 mukainen laite, tunnettu siitä, että se 15 on kannettava tilaajapäätelaite, edullisesti matkaviestin. • · »·· « ·1· a ♦ 1 • « • · · • · e • · * · • ♦ * · ··« • · ««1 • · t a** »1« • · · * 1 · a • 1i • · » · ···;. : * a , , • · « • · a · i ; · 118069