SE515595C2 - Metod och ämne för tillverkning av en antennanordning - Google Patents

Description

25 30 35 ~ . . - u; 515 595 _2_ burna terminaler. Därigenom undviker man utskjutande an- tenndelar.

Strålningsegenskaperna hos en antennanordning för en struktur med små dimensioner, tex för en handburen termi- nal såsom en portabel telefon, är mycket avhängiga av formen och storleken hos telefonens ledande delar, tex ett kretskort, PCB, i telefonen, och även av telefonens hölje om detta är elektriskt ledande. Alla strålningsegenskaper, tex resonansfrekvens, inimpedans, strålningsmönster, impe- dans, polarisation, förstärkning, bandbredd och närfälts- mönster är produkter av själva antennanordningen och dess växelverkan med telefonkroppen. Därutöver påverkas strål- ningsegenskaperna av föremål i näromgivningen. Alla hän- visningar i fortsättningen till strålningsegenskaper är avsedda att gälla för hela anordningen, i vilken anten- nanordningen ingår.

Historiskt sett har antenner för portabla telefoner genom- gått följande fem utvecklingssteg: Steg 1. Spröt med längden halva våglängden (Ä/2) har an- vänts mycket och är bra antenner bl.a. vad gäller prestan- da, eftersom de är fristående antenner som inte inducerar starka strömmar i själva telefonen. Den klumpiga storleken (ca 160 mm ovanför telefonen för 800-1000 MHz) har reduce- rat användningen av dem, men de kan även ses på nya tele- foner för höga prestanda vad gäller hög förstärkning och låga förluster i telefonens omgivning.

Steg 2. Kvartsvågsspröt reducerar sprötets längd med 50% jämfört med Ä/2-spröt. Avkortningen görs genom att den nedre delen av antennen ersätts medelst telefonkroppen, och som man kan förvänta sig involveras telefonkroppen mera i strålningen. Bortsett från strömmar utmed telefon- kroppen är detta spröt en bra antenn inte minst för dess inneboende, goda impedansmatchning. Emellertid kan dess 10 15 20 25 30 35 | ~ | - .- 515 595 ._3_ längd (ca 80 mm ovanför telefonen för 800-1000 MHz) fort- farande anses vara för stor.

Steg 3. Den i dag vanligaste antenntypen på en typisk portabel telefon är en "stubbantenn", som kan ses som en avkortad version av Ä/4-sprötet. Stubbantennerna var länge av spiraltyp och gjorda av en tråd (approx Ä/4 lång), som lindats på en isolerande kärna för att ge en yttre längd om Ä/16 till Ä/8 (20-40 mm vid 800-1000 MHz). Spiralen och telefonkroppen fungerar likväl som en sorts asymmetrisk Ä/2-dipol. Ju kortare spiralen är desto större del av strålningen utgår från själva telefonkroppen, särskilt om själva telefonen är liten. Spiralen som strålar i den normala moden kan ses som en sorts transmissionsledning, där spiralformen endast är ett sätt att tillföra induktans för att minska våghastigheten utmed ledningen. I praktiska fall är trådens längd känd att vara av storleksordningen Ä/4, men detta är endast en tillfällighet eftersom det är mängden tillförd induktans som räknas och inte trädens längd.

Steg 4. Nyare stubbantenner har vanligen en spiral av någon annan form, tex ett kretskort med meanderformad bana. Detta ger i grunden en funktion som är identisk med spiralformen, och den tillförda induktansen är även här den viktiga egenskapen. Den väsentliga skillnaden är att meanderformen kan innefatta ledande banor för fler än en frekvens, tex genom att två olika meanderbanor placeras parallellt. Vad gäller trådlindade stubbantenner utgörs den strålande strukturen huvudsakligen av själva telefon- kroppen, dvs kretskortet med dess skärmburkar eller me- tallhöljet, om höljet är ledande. Således kan antennele- mentet betraktas som en matande struktur i stället för en strålande struktur.

Steg 5. Det femte utvecklingssteget är den inbyggda anten- nen, som eliminerat den synliga antennen vilken kan utgöra ett hinder tex när man tar ut telefonen ur fickan. Genom - ; | « n 10 15 20 25 30 35 515 595 _4_ diskussionen ovan är det uppenbart att den inbyggda anten- nens strålningsfunktion är mycket likartad stubbantennens, dvs strömmen genom telefonkroppen är strålningens huvud- källa. En huvudfunktion hos antennelementet är i båda fallen att inducera strömmar i telefonkroppen, men uppen- barligen är detaljerna olika.

Stubbanntennen av spiral/meandertyp kan betraktas som en sorts hylsa, som täcker en del av telefonens övre parti, tillsammans med en avstämningsanordning som gör anslut- ningsimpedansen reell. Den reaktiva komponenten hos den tänkta hylsan ovanpå telefonen blir kapacitiv, så att en induktiv del, som är naturlig i spiralen eller meandern, erfordras för avstämning av antennelementet. Frånsett denna avstämning kommer mer eller mindre alla delar, som finns på eller nära telefonens överdel, att verka som ett antennelement med sin yta som den kritiska parametern. En större yta kan sägas ge bättre koppling, som återspeglas i strålningskonduktansen eller strålningsresistansen beroen- de på hur matningen är anordnad. Telefonkroppen kommer att tjänstgöra som en antenn, som är tämligen likartad en halvvågsdipol, och de lokala fälten från denna primitiva halvvågsantenn kommer att bestämma kopplingen till anten- nelementet jämte ett "storleksmått" för antennelementet.

För ett inbyggt antennelement är antennelementets yta det "storleksmått" som bestämmer kopplingen. Det skall påpekas att strålningsfunktionen är densamma för en inbyggd antenn som tex för en yttre spiralantenn.

Ur diskussionen ovan kan man dra några slutsatser, som kan användas som grund för ett mer enhetligt sätt för kon- struktionen av antennelementet för en radiokommunika- tionsanordning, tex en portabel telefon.

A. Antennelementets funktion är att skapa en anpassning mellan matningsanslutningen och själva telefonen, vilken är den faktiska antennen i så måtto att telefonkroppen är 10 15 20 25 30 35 | | » . .n 515 595 _5_ källan för strålningen. Antennelementets storlek och pla- cering är de viktigaste egenskaperna.

B. Som en kompromiss med estetiska krav etc väljs ett lämpligt utrymme för antennelementet på telefonen. Ur diskussionen ovan är det uppenbart att ett stort antenne- lement nära telefonens överdel kan förväntas ge bättre prestanda, men genom att använda en god konkstruktion är det inom vissa gränser möjligt att minska elementets area, under det att goda antennprestanda bibehålls. En viktig begränsning med avseende på placeringen är att undvika den allra översta delen av telefonen och i stället placera antennen på baksidans övre del. Detta ger strömfördelning- en ett osymmetriskt mönster, varigenom det exempelvis är möjligt att minska fälten i riktning mot användaren och således minska icke önskvärda förluster orsakade av sådana fält.

C. Allmänt väljs en resonansstruktur för antennelementet.

Detta är inte alls nödvändigt för att erhålla strålningen från antennen, men det förenklar impedansmatchningen ef- tersom matningsimpedansen, 50 ohm bland andra, kan åter- finnas på resonansstrukturen genom lämpligt val av mat- ningspunkt. I praktiken är antennelementet på en liten telefon litet jämfört med tex Ä/4, och något avstämnings- organ måste tillföras tex en kondensator vid änden av ett Planar Inverted F-Antenna Element, PIFA, vilken kondensa- tor stämmer av PIFA:n till en lägre frekvens. En iaktta- gelse är att antennelementets resonansfrekvens endast påverkas ringa av telefonens storlek, antennelementets placering och omgivande element.

D. Efter avstämning av ett resonansantennelement blir anslutningsimpedansen väsentligen reell oberoende av var anslutningen görs. Det är vanligen önskvärt att ansluta den till 50 ohm eller något annat värde, som är lämpligt med hänsyn till kretsarna etc. Genom att man väljer en lämplig anslutningspunkt är det tämligen enkelt att erhål- » - - . .u 10 15 20 25 30 35 . . . - .u 515 595 _6_ la varje önskad impedans. För impedansnivån måste ett bredare intervall vara möjligt att hantera i jämförelse med frekvensavstämningen. Telefonens storlek, antennele- mentets storlek och antennelementets placering på telefo- nen har stort inflytande på anslutningsimpedansen vid varje punkt.

E. Som ett sista steg kan en extra resonanskrets tillfogas för att bredda matchningen, vilket är den konventionella metoden.

Det som angetts ovan gäller även med avseende på radiokom- munikationssystem, som används i andra apparater än por- tabla telefoner, tex sladdlösa telefoner, telemetrisystem, trådlösa dataterminaler etc. Även om antennanordningen enligt uppfinningen beskrivs i samband med portabla tele- foner är den således applicerbar inom ett brett spektrum av olika radiokommunikationsapparater.

Eftersom takten ökar, i vilken nya modeller av portabla telefoner presenteras, har tiden från det att utvecklingen av en ny modell påbörjas till produktion och marknadsfö- ring av denna minskat drastiskt under senare år. Vidare finns det behov av att reducera tillverkningskostnaderna.

Idag erfordras en mängd utvecklingsarbete för att matcha en antenn till en ny typ av mobiltelefon. Detta beror på att själva telefonen är den huvudsakliga strålningsstruk- turen, och ett viktigt syfte med antennen är att matcha inimpedansen med avseende på tex olika form på telefonen.

Uppfinningen i samandrag I denna beskrivning skall man ha klart för sig, att anten- nanordningen enligt uppfinningen fungerar för att sända och/eller ta emot RF-signaler. Även om det här används en term som antyder en specifik signalriktning skall det uppfattas som att en situation kan täcka denna signalrikt- ning och/eller dess motsats. - u 1 | v» 10 15 20 25 30 35 515 595 _7_ Ett huvudsyfte med uppfinningen är att åstadkomma en ny metod, som underlättar utvecklingen och tillverkningen av antennanordningar, så att tex en ny modell av en portabel telefon kan förses med en antennanordning, som avpassas för den telefonen på mycket kort tid. Ännu ett syfte med föreliggande uppfinning är att åstad- komma en metod, som möjliggör att en antennanordning för en specifik modell av en radiokommunikationsanordning kan tillverkas av ett förfabricerat antennämne, vilket kan modifieras för att passa vilken som helst av ett flertal olika modeller.

Ett annat syfte med uppfinningen är att åstadkomma ett antennämne, som enkelt kan avpassas till vilken som helst av ett flertal modeller av en radiokommunikationsanordning och sålunda kan tillverkas i stora kvantiteter för att minska kostnaden per enhet. Ännu ett syfte med föreliggande uppfinning är att åstad- komma ett antennämne, som kan avpassas till vilken som helst av ett flertal modeller av en radiokommunikationsan- ordning genom att man utför endast några enkla arbetsmo- ment. Ännu ett syfte med föreliggande uppfinning är att åstad- komma ett antennämne, som kan modifieras genom att man orsakar avbrott i, eller kopplar samman avbrutna delar av elektriskt ledande banor eller anslutningsledningar hos antennämnet. Ännu ett syfte med föreliggande uppfinning är att åstad- komma ett antennämne, som kan modifieras genom bortkopp- ling eller anslutning av elektriska komponenter (induk- tansspolar, kondensatorer etc) från resp till antennämnet. 10 15 20 25 30 35 515 595 Föreliggande uppfinning är baserad på insikten att ovan- nämnda syften kan uppnås genom förfabricering av ett stan- dardämne för antenner med en form, som gör det möjligt att det anbringas i ett flertal olika modeller av en radiokom- munikationsanordning, och antennämnets antennegenskaper kan enkelt modifieras för att passa till vilken som helst av de olika modellerna.

Ett sådant standardämne för antenner kan snabbt modifieras för att passa till en ny modell av tex en portabel tele- fon. Det modifierade elementet kan sedan användas som en mall för tillverkningen av antennelement för andra telefo- ner av samma modell, genom att man utför motsvarande modi- fieringar av förfabricerade standardämnen för antenner av samma slag.

Detta innebär, att standardämnet för antenner kan förfab- riceras i stora kvantiteter, varigenom man minskar kostna- den per enhet.

Såsom har avhandlats ovan påverkas frekvensavstämningen av ett antennelement endast ringa av den portabla radiokommu- nikationsanordningens storlek och antennelementets place- ring, så att ett ganska litet avstämningsintervall är tillräckligt för användning av ett antennämne tex i olika portabla telefoner.

Den erforderliga frekvensavstämningen kan erhållas genom att standardantennmönstret formas, så att dess längd en- kelt kan justeras tex genom att man skär bort delar av mönstret vid i förväg bestämda lägen.

Anslutningsimpedansen hos standardämnet för antenner måste vara justerbar i rätt stor omfattning beroende på kopp- lingsfaktorn, som primärt bestäms av tex telefonkroppens storlek, antennelementets area och antennelementets place- ring. Impedansjusteringen kan uppnås genom att antennele- mentet förses med ett flertal matningspunkter och/eller 10 15 20 25 30 35 515 595 _9._ ett flertal jordningspunkter, som vardera är ansluten till en gemensam matnings- resp jordanslutning. Man kan då välja en önskad matnings- eller jordningspunkt genom att skära av anslutningsledningar, som leder till ej valda punkter.

Uttrycket meanderformad antenn, som används i denna be- skrivning, är i grunden en kretskortsbana, en tråd eller någon annan ledare, som är formad som en slingrande flod.

Elektriskt innebär meanderformen att induktans tillförs, och den exakta formen är inte väsentlig. I denna beskriv- ning och i patentkraven är uttrycket meander avsett att täcka många naturliga avvikelser från den klassiska mean- derformen, inklusive spolar, fraktalmönster och andra, som väsentligen tillför induktans.

Kortfattad beskrivning av ritningarna Fig 1 visar schematiskt ett standardämne för antenner, som används för att beskriva föreliggande uppfinnings princi- piella idé.

Fig 2a-d visar schematiskt ett sätt att arrangera en an- tennanordning enligt föreliggande uppfinning i en portabel telefon.

Fig 3a-c visar ett andra sätt att arrangera en anten- nanordning enligt föreliggande uppfinning i en portabel telefon.

Fig 4-6 visar olika utföringsformer av meanderformade antennmönster, som är modifierbara enligt föreliggande uppfinning.

Fig 7 visar ett modifierbart patchantennelement.

Fig 8 visar ett modifierbart slitsantennelement. ; . n | .n 10 15 20 25 30 35 ~ . u - .n 515 595 _.l0_ Fig 9 visar ett meanderantennmönster för dubbel avstäm- ning.

Fig 10 visar en kombination av ett meanderantennmönster och en sprötantenn.

Detaljerad beskrivning av föredragna utföringsformer Fig 1 visar ett standardämne för antenner, som är anpass- ningsbart i flera avseenden för att passa till vilken som helst av ett flertal modeller av en radiokommunikationsan- ordning. Det visade antennelementet är ett meanderelement och kan anbringas på varje slags bärare, tex ett styvt eller böjligt substrat. Användning av ett böjligt substrat gör det möjligt att substratets form anpassas till höljets form hos en radiokommunikationsanordning, i vilken det skall placeras. Detta möjliggör effektiv användning av tillgängligt utrymme och gör det möjligt att maximera ut- rymmet mellan ett kretskort i radiokommunikationsanord- ningen och antennelementet.

Alternativt kan antennelementet anbringas på den inre ytan av radiokommunikationsanordningens hölje, tex den bakre delen av en portabel telefons hölje.

I fig 1 avser hänvisningssiffran 1 det meanderformade antennelementet, som har en matningsanslutningspunkt 2.

Matningsanslutningspunktens läge är fixerat oavsett vilken matningspunkt på antennelementet som används. Detta är fördelaktigt eftersom det är punkten 2 som skall anslutas till kretsarna i radiokommunikationsanordningen. Antenne- lementets totala geometriska form är utformad så att det kan placeras i vilken som helst av ett flertal modeller av en radiokommunikationsanordning.

Den visade utföringsformen av ett meanderformat antennele- ment är försedd med ett antal parallella matnings- och jordningsledningar 3, som alla är anslutna till en mat- ningspunkt 2 och en jordningspunkt 13 via en matningsled- . . . . .n 10 15 20 25 30 35 - ~ = . .o 515 595 _.ll_ ning 9 resp en jordningsledning 14. Antennelementet inne- fattar även ytterligare, kapacitiva komponenter 4, som är anslutna till jord, och en kapacitiv komponent 5, som är ansluten mellan två punkter på meandermönstret, samt en induktiv komponent 6, som är ansluten till jord. De streckade linjerna 7 visar några lägen, där det bandlik- nande antennelementets längd kan justeras. Hänvisnings- siffrorna 8 betecknas kortslutningsledningar mellan olika punkter på antennelementet.

De kapacitiva och induktiva komponenterna 4, 5, 6 har visats som diskreta komponenter. Emellertid kan de önskade kapacitanserna och induktanserna enkelt åstadkommas me- delst lämpligt formade, ledande banor av samma typ som antennelementets ledande bana och anbringas på substratet liksom antennelementet och anslutas till detta, såsom kommer att exemplifieras nedan.

De ovannämnda komponenterna eller kortslutningsledningarna visass endast som exempel, som kommer att användas i be- skrivningen av uppfinningens principiella idé. En fackman inser emellertid att det finns talrika andra möjligheter för att exempelvis justera antennelementets längd, ansluta och kombinera olika komponenter och kortslutningsledningar samt justera matningspunkternas och jordningspunkternas lägen på antennelementet.

För en preliminär frekvensavstämning av antennelementet bryts en eller flera av kortslutningsledningarna 8, tex medelst en stans eller kniv, såsom indikeras med de med punkter markerade cirklarna 10. Detta gör antennelementets elektriska längd större, vilket sänker resonansfrekvensen.

En finjustering av frekvensavstämningen kan åstadkommas genom att man kapar antennelementets ändparti vid någon av de med punkter markerade linjerna 7. Normalt är sådan trimning av antennlängden tillräcklig, och man kan bortse från kortslutningsledningarna 8. 10 15 20 25 30 35 ~ . | . .- 515 595 _12..

Antennelementets impedans kan justeras i avsevärd omfatt- ning genom att man väljer matningspunktens läge på anten- nelementet 1. Detta kan utföras genom att man väljer en av anslutningsledningarna 3, som är ansluten till den önskade matningspunkten på antennelementet 1, genom att man kapar matningsledningarna, som är anslutna till de återstående matningspunkterna, tex genom skärning eller stansning vid de med punkter markerade cirklarna 11. Den punkt, vid vilken jord ansluts till antennelementet 1, kan väljas på motsvarande sätt.

Antennens impedans och/eller resonansfrekvens kan justeras ytterligare genom att man kopplar bort en eller flera av de ytterligare kapacitanserna 4, 5 och/eller induktansen 6. Detta kan ske genom avskärning eller stansning av den motsvarande anslutningsledningen, såsom indikeras med den med punkter markerade cirkeln 12. är således att åstadkom- ma ett antennämne, som är så utformat att det kan trans- Föreliggande uppfinnings huvudidé formeras till vilket som helst av ett stort antal antenn- konfigurationstillstånd, som vart och ett har sina speci- ella antennprestanda. Härigenom kan antennelementet anpas- sas till vilken som helt av ett flertal radiokommunika- tionsanordningar, vilka fordrar antennegenskaper som vari- erar inom ett brett intervall. Anpassningen utförs genom enkla arbetsmoment, tex stansning eller skärning. Skär- ningen kan utföras tex medelst en skäregg eller en laser- stråle.

Som alternativ till att bryta elektriska anslutningar och/eller koppla bort elektriska komponenter kan man göra nya elektriska anslutningar och/eller ansluta ytterligare elektriska komponenter, tex genom att ledande material tillförs vid valda, i förväg bestämda lägen i mönstret. . . . . .- 70 75 20 25 30 35 - ~ e | nu 515 595 _13- Elektriskt ledande material kan tillföras genom att elek- triskt ledande färg eller bläck appliceras på antennämnet, tex medelst en bläckstråleskrivare.

Anpassningen av antennämnet till en specifik radiokommuni- kationsanordning börjar med att man bestämmer åtminstone en fysikalisk parameter hos nämnda modell. Denna parameter kan tex vara storleken hos en portabel telefons kropp, antennelementets area eller antennelementets placering på telefonen. Denna fysikaliska parameter används för att bestämma lämpliga modifieringar av antennelementet.

Efter denna första modifiering placeras antennelementet i den avsedda apparaten och strålningsprestanda kontrolle- ras. Om så erfordras utförs ytterligare finjustering av antennelementet. När ett på rätt sätt fungerande antenne- lement har uppnåtts, används detta antennelement som en mall för tillverkning av ett stort antal antennanordningar för andra radiokommunikationsanordningar av samma modell genom motsvarande modifieringar av ytterligare, förfabri- cerade standardantennelement med samma konstruktion.

Eftersom standardämnet för antenner efter erfordrliga modifieringar således kan användas i vilken som helst av ett flertal modeller av radiokommunikationsanordningar, kan dessa ämnen tillverkas i stora kvantiteter, varigenom således priset per enhet reduceras. Denna teknik gör det vidare möjligt att på mycket kort tid tillverka ett anten- nelement med goda prestanda för varje ny modell av en radiokommunikationsanordning eftersom ett mångsidigt an- vändbart ämne redan är i produktion. Vad som erfordras är endast en anpassning av ämnet till den nya modellen, som kan utföras tex med några få stansnings- eller skärnings- moment.

Fig 2 visar schematiskt hur ett antennelement 20 kan ar- rangeras i en portabel telefon. Telefonens hölje 21 visas med streckade linjer i fig 2d och består av två hopkopp- . . ø ~ v. 10 75 20 25 30 35 | . ø . .o 515 595 ..l4_ lingsbara halvor. Antennelementet 20 har visats som ett meanderelement, som har en matningspunkt 22 och en jord- ningspunkt 23. För enkelhets skull visas i fig 2 inte de olika justeringsmöjligheterna i fig 1.

Antennelementet 20 kan bestå av ett ledande mönster, som är tryckt på en böjlig film eller på ett böjligt krets- kort. Den böjliga filmen eller kortet är anbringad på en bärare 24, som i denna utföringsform har formen av en båge, vilken sträcker sig från den ena sidan till den andra av en stödstruktur 25 hos den portabla telefonen.

Stödstrukturen 25 kan vara anordnad centralt i höljet 21, se fig 2. Telefonens övriga kretsar och dess huvudkrets- kort, som uppbärs av stödstrukturen 25, visas inte.

Bäraren 24 kan vara styv och gjuten i förväg men består företrädesvis av ett böjligt substrat, vars form kan an- passas till höljets 21 form. Härigenom kan utrymmet maxi- meras mellan antennelementet 20 och stödstrukturen, som uppbär kretskortet. Antennelementet är företrädesvis an- ordnat på bärarens 24 inre yta.

Fig 3 visar ett alternativ, enligt vilket antennelementet 30 är anordnat på en välvd bärare 34, vars form är anpas- sad till formen hos telefonhöljets 31 övre del. Hänvis- ningssiffrorna 32 och 33 betecknar en matningspunkt resp en jordningspunkt, och 35 betecknar en stödstruktur. I stället för att använda en separat bärare 24, 34 för an- tennelementet 20, 30 i fig 2 resp 3 kan antennelementet anordnas direkt på telefonhöljets inre yta.

Anslutningen av det företrädesvis böjliga antennmönstret tex till ett huvudkretskort i en portabel telefon kan göras på många sätt. Olika stift, metallband eller fjäder- belastade anslutningar kan användas. När emellertid an- tennmönstret uppbärs på en böjlig film, kan filmen vikas runt kanterna av plastbäraren och pressas direkt mot kretskortet genom bärarens elastiska egenskaper för att ~ ~ | - n 10 15 20 25 30 35 515 595 _15- uppnå den erforderliga kontaktkraften mellan antennelemen- tet och de ledande ledningarna på kretskortet.

Möjligheten att justera antennelementets impedansnivå är väsentlig och måste täcka ett brett intervall. Vad gäller ett antennämne för en flerbandsantenn, som innefattar två eller flera meandrar (eller andra former av ledande an- tennmönster) kan ämnet vara konstruerat så att matnings- punkterna kan väljas på ett sätt som medger adekvat impe- dansjustering av meandrarna genom ett "parallellt" val av anslutningspunkterna, såsom kommer att beskrivas nedan.

Förbättringar kan uppnås genom att man inkluderar en kon- densator (som är gjord i antennmönstret som skall juste- ras) nära jordningen, vilket ger ett lämpligt frekvensbe- roende för att möjliggöra en grov frekvenskompensering. En sådan kapacitiv jordning är mycket användbar.

Ett avsevärt problem är att åstadkomma god avstämning över två eller flera frekvensband med möjlighet att justera dem individuellt. De nedan beskrivna lösningarna är applicer- bara på alla typer av tillverkningstekniker för antennele- mentet, tex tryckning på en böjlig film, stämpling på en tunn plåt etc. I stort sett används tre metoder i de givna utföringsformerna. Enligt den första metoden används två eller flera parallella meandrar, och i en andra metod används en icke likformig meander, som är nöjaktigt av- stämningsbar för åtminstone två band. En tredje metod, som är användbar för varje slags meander eller PIFA-mönster (Planar Inverted F-Antenna), är att skapa jordning för ett tämligen smalt band för det höga bandet vid antennelemen- tets bortre ände. Sålunda kommer antennelementet att ha den elektriska längden Ä/4 för det låga bandet och Ä/2 för det höga bandet. En avsevärd fördel med denna metod är att man erhåller en stor effektiv yta för det höga bandet, eftersom elementets hela yta utnyttjas för båda frekven- serna. | . | . f. 10 15 20 25 30 35 | | v | n 515 595 _16- Fig 4 visar ett antennämne enligt en utföringsform av uppfinningen. Ämnet innefattar två parallella meanderfor- made antennelement 40 och 41, som är anordnade på en full- ständigt flexibel bärare 42. Ämnet är avsett för tillverk- ning av en antenn med två frekvensband tex för GSM-banden 900 MHz och 1.800 MHz. Elementet 40 är till för det lägre bandet och elementet 41 för det högre bandet. Båda elemen- ten är jordade vid samma punkt 43 vid en ände av antenn- mönstret.

Frekvensavstämning av de två elementen görs genom att deras längder justeras medelst snitt eller perforeringar, som indikeras med cirklar 44, 45. Den viktigaste egenska- pen är den individuella impedansmatchningen av de två elementen 40, 41. Denna åstadkommes genom att man väljer olika matningspunkter för varje element. För detta ändamål är de första partierna av de två meanderelementen 40, 41 anordnade nära varandra med en gemensam matningsledning 46, som löper däremellan. Matningsledningen 46 förbinder en gemensam matningsanslutning 47 med två parallella mat- ningsgrenar 48, 49. Genom att dessa matningsledningar kapas vid valda lägen, som tex indikeras genom cirklarna 50, 51, kan man välja en önskad matningspunkt för varje element, som ger ett specifikt impedanstransformationsför- hållande för varje element. Likväl behöver antennen endast anslutas vid två punkter, vid jordningspunkten 43 och vid matningsanslutningen 47, vilka båda är fixerade och gemen- samma för de två frekvenserna.

Samma teknik kan användas för att ansluta och avpassa tre En nackdel med att använda flera meandrar är att varje mean- eller flera meanderelement i flerfrekvensantenner. der blir onödigt liten (under antagandet att totalarean är given) jämfört med de nedan beskrivna utföringsformerna, i vilka en enda meander används för fler än ett frekvens- band. a . » . a: n v 10 75 20 25 30 35 | u - . av 515 595 _17...

En enda rak ledning eller en meander med konstant stig- ning, som är jordad i en ände och öppen i den andra, kom- mer i stort sett att ha resonanser med sambanden l:3:5 etc. Genom att man använder ett meanderelement med varia- bel stigning eller i kombination med en rak ledning, såsom visas i fig 5, kan dessa samband modifieras till l:2,4 (AMPS/PCS) eller 1:2 (GSM 900/1800). Meanderelementet 50 i fig 5 är anordnat på en bärare 51 och jordat vid punkten 52. En huvudmatningsledning 53 ansluter en gemensam mat- ningsanslutning 54 till ett flertal matningsgrenar 55.

Vissa av matningsgrenarna innefattar lämpliga kapacitanser och/eller induktanser 56. Genom att kapa matningsgrenarna vid valda lägen, tex såsom indikeras med cirklarna 57, kan man välja en önskad matningspunkt, och en önskad impedans kan anslutas till antennelementet för att underlätta matchningen av impedansnivån över frekvensbanden.

Några avstämningsstubbar 58 har tillförts basämnet för antenner, vilka stubbar kan kapas efter önskemål, såsom indikeras med cirklarna 59, för finavstämning av bandfre- kvenserna.

Fig 6 visar en utföringsform i vilken en annan teknik används för att erhålla två- eller trebandsprestanda med användning av endast ett meanderelement 60. Detta åstad- kommer man genom att en resonanskrets ansluts till den bortre änden av meandern 60, som omvandlar Ä/4-funktion vid ett frekvensband till Ä/2-funktion vid ett högre fre- kvensband.

Resonanskretsen är en serieresonanskrets, som innefattar induktansen hos ett ytterligare, kort meandermönster 61, vilket bildar en kopplingskondensator 62 med antennens meanderelement 60. Det korta meandermönstret 61 är jordat vid punkten 63. I ett typiskt fall kan det kompletta an- tennelementet ha resonansfrekvenser med sambandet 1:2 (tex 900 och 1800 MHz) och ha ett likartat amplitudmönster över elementet för båda frekvenserna. Detta ökar antennens . | a | a» 10 15 20 25 30 35 | . - ; nu 515 595 ..l8._ effektivitet vid det högre frekvensbandet och gör detta band bredare.

Serieresonanskretsen 61, 62 fungerar på följande sätt.

Vid serieresonanskretsens resonansfrekvens fungerar denna krets nästan som en kortslutning och ansluter meanderele- mentets 60 bortre ände direkt till jord vid punkten 63.

Detta motsvarar Ä/2-funktion, dvs elementets 60 elektriska längd är Ä/2.

Vid halva den frekvensen representerar serieresonanskret- sen 61, 62 en öppen krets, och meanderelementet 60 funge- rar som ett element med öppen ände, dvs dess elektriska längd vid den frekvensen är Ä/4.

Frekvensavstämningen av meanderelementen 60 och 61 kan justeras genom att deras längd avkortas genom att ändpar- tier skärs bort, tex såsom indikeras med cirklarna 64, 65.

Kopplingskapacitansen 62 kan också utformas för att vara justerbar genom att ledande material avlägsnas, och tex ha formen av interfolierade "fingrar".

Antennelementet 60 matas via en matningsledning 66 och jordningen till en jordningspunkt 67 erhålls via en "jord- ningskondensator" 68. Denna kondensator kan utgöras av tätt intill varandra liggande ledningar eller, om telefo- nens kretskort är tvåsidigt, av delvis överlappande ledare på olika sidor av kretskortet. Matningsledningen 66 kan vara ansluten till ett antal valbara matningspunkter, såsom beskrevs i samband med fig 5.

I fig 7 visas ett patchantennämne, som är modifierat för dubbel avstämning. I detta fallet innefattar patch- elementet två huvudpartier 70, 71 och ett mittparti 72 med meanderform för att avkorta eller krympa patchelementet för att åstadkomma resonans hos detta i det typiska fal- let, då patchelementets fysiska längd är mindre än en halv ~ u » | »v 10 15 20 25 30 35 f | « 1 1 1 515 595 ...19_ våglängd. I beroende av dimensioner och frekvens kan även ett gemensamt, rakt patchelement användas.

Patchelementet är försett med stubbar 73, av vilka partier kan skäras bort, tex såsom indikeras med cirklarna 74.

Härigenom kan frekvensavstämningen justeras. Antennelemen- tets impedans kan avpassas på behövligt sätt genom att man väljer en av ett flertal matningspunkter 75, tex såsom beskrevs i samband med fig 5. Hänvisningssiffran 78 avser en matningsledning.

En jordpunkt 76 är ansluten till mitten av patchelementets meanderformade parti 72 medelst en jordanslutningsledning 77.

Fig 8 visar en slitsantenn, dvs ett ledande patchelement 80 som är försett med två slitsar 81, 82. För denna antenn kan man använda en teknik med gemensam patchmatning. Al- ternativt kan man använda ett dubbelsidigt mönster, dvs patchelementet 80 med sina slitsar 81, 82 är anordnat på en sida av en bärare 83, och en matningsledning 84 är anordnad på den motsatta sidan och ansluten till ett mat- ningselement 85. Patchelementet är jordat vid sin mitt medelst en jordningsledning 89, där även matningsledningen 84 till den ena eller båda slitsarna kommer in.

Detta antennelements avstämning och impedans kan justeras genom att man skär bort partier av stubbarna 86, tex såsom indikeras med cirklarna 87, och genom att man ändrar slit- sarnas 81, 82 form genom tex att avlägsna material genom stansning såsom indikeras med cirklarna 88. Slitsarna sänker resonansfrekvensen jämfört med ett patchelement av samma storlek utan slitsar.

I alla de ovan avhandlade mönstren kan dubbel avstämning användas för att öka bandbredden. Ett exempel visas i fig 9. I likhet med antennämnet i fig 4 innefattar antenn- mönstret två parallella meanderformade element 90, 91 för , , , . . I 10 15 20 25 30 35 . . - - u 515 595 _20.. ett lägre resp högre band. För avstämningsändamål kan vardera elementets 90, 91 längd justeras, tex såsom indi- keras med cirklarna 92. Antennelementen 90, 91 är anslutna till en gemensam jordpunkt 93 via en "jordningskondensa- tor" 94.

För att åstadkomma den dubbla avstämningsmöjligheten matas antennelementen 90, 91 via en serieresonanskrets, som innefattar induktansen hos en meander 95 och en kopp- lingskapacitans 96. Resonanskretsen är på lämpligt sätt optimerad för det lägre bandet (där bandbredden är mest knapp), men den har viss användning även vid det högre bandet.

En fackman inser att den tillförda avstämningskretsen kan varieras i flera avseenden och även innehålla diskreta komponenter.

Alla de avhandlade antennmönstren kan kombineras med ett utdragbart sprötantennelement. Detta kan monteras med några egna avstämningskomponenter för att förbättra dess prestanda. Fig 10 visar ett meanderelement 100, som allänt är av ovan beskrivet slag, och som har en kapacitiv sprö- tanslutning 101. Emellertid kan sprötet lika väl vara galvaniskt anslutet till meandern.

Såsom framgår av exemplen ovan utgörs uppfinningen av en metod för anpassning av ett antennämne till olika telefo- ner eller andra apparater, samt hårdvarusärdrag avseende antennämnets konstruktion. Syftet med metoden är att "översätta" telefonens egenskaper till motsvarande modifi- eringar av ämnet. Antennämnets konstruktion skall möjlig- göra enkelt utförda modifieringar av ämnet för att uppfyl- la olika matchningsbehov, primärt avstämning och juste- ringar av impedansnivån. Företrädesvis skall ämnet vara konstruerat för att medge oberoende justeringar av avstäm- ningen och impedansnivån. Avstämningen är endast i ringa grad avhängig av mängden dielektriskt material etc kring 10 15 515 595 _2l_ antennelementet, men beroende på den inneboende, smala bandbredden hos små antennelement är avstämningen fortfa- rande viktig. Antennelementets storlek och placering är däremot mycket viktiga för impedansnivån, och således är det mycket viktigt att antennämnet medger justeringar av impedansnivån inom ett brett intervall.

I utföringsformerna ovan utför man avstämning och impedan- sjustering genom att kapa eller bryta förbindelser, koppla bort komponenter eller avlägsna ledande material. Alterna- tivt kan samma resultat uppnås genom att upprätta förbin- delser, ansluta komponenter eller tillföra ledande materi- al. Detta kan utföras genom att ledande material tillförs vid valda lägen i antennmönstret, tex genom att elektriskt ledande färg eller bläck anbringas medelst en bläckstråle- skrivare. Emellertid kan elektriska anslutningar upprättas och elektriskt ledande material anbringas även på många andra sätt.

Claims (32)

10 75 20 25 30 35 515 595 _22_ Patentkrav

1. Metod för tillverkning av antennanordningar för sänd- ning och mottagning av RF-vågor, som har antennegenskaper vilka är avpassade för att passa till en specifik modell av en radiokommunikationsanordning, kännetecknad av - att har ett standardämne för antenner iordningställs, vilket en form som möjliggör att ämnet kan anbringas i ett flertal olika modeller av en radiokommunikationsanord- ning, och vilket ämne vid ett flertal förbestämda lägen är förberett för att vara modifierbart i syfte att göra det möjligt att dess antennegenskaper anpassas för att passa till vilken som helst av nämnda flertal olika mo- deller, - att man bestämmer åtminstone en fysikalisk parameter hos nämnda specifika modell av en radiokommunikationsanord- ning, - att nämnda, till antalet åtminstone en, fysikaliska parameter används för att besluta lämpliga modifieringar av standardämnet för antenner, - att de beslutade modifieringarna av antennämnet effektu- eras genom att åtminstone ett av följande arbetsmoment utförs: avbrott görs i elektriskt ledande banor hos an- tennämnet, ledande delar av antennämnet hopkopplas elek- triskt, elektriskt ledande material avlägsnas från an- tennämnet, och elektriskt ledande material tillförs till antennämnet, och - att det erhållna, modifierade antennelementet används som en mall för tillverkning av antennanordningar för andra radiokommunikationsanordningar av samma modell ge- nom att man utför motsvarande modifieringar av förfabri- cerade, för antenner avsedda standardämnen av samma slag.

2. Metod enligt kravet 1, kännetecknad av - att man använder ett standardämne för antenner, som är modifierbart till vilket som helst av ett flertal an- tennkonfigurationstillstånd, vilka vart och ett motsva- - . | . n 10 15 20 25 30 35 515 595 _23_ rar en specifik modell av nämnda flertal olika modeller av en radiokommunikationsanordning, och - att standardämnet för antenner modifieras till ett av dessa antennkonfigurationstillstånd i beroende av den fysikaliska parameter, som bestämts för den modell av en radiokommunikationsanordning, i vilken antennanordningen skall anbringas.

3. Metod enligt kravet 1 eller 2, kännetecknad av att man som nämnda, till antalet åtminstone en, fysikaliska para- meter använder storleken av den strålande ytan på radio- kommunikationsanordningens kropp, i vilken antennanord- ningen skall anbringas.

4. Metod enligt något av kraven 1-3, kännetecknad av att inimpedansen hos standardämnet för antenner modifieras genom att man väljer åtminstone en av ett flertal mat- ningsanslutningar eller åtminstone en av ett flertal jor- danslutningar genom att de som inte valts avskiljs från antennämnet.

5. Metod enligt något av kraven 1-4, kännetecknad av att antennämnet modifieras genom bortkoppling av åtminstone en elektrisk komponent från antennämnet eller anslutning av åtminstone en elektrisk komponent till antennämnet.

6. Metod enligt något av kraven 1-5, kännetecknad av att antennämnet modifieras genom att en avskiljande kapning görs i en ledande bana, som bildar en kortslutning mellan två punkter i antennämnet.

7. Metod enligt något av kraven 1-6, kännetecknad av att antennämnet modifieras genom att ledande material avlägs- nas från ämnet genom stansning eller medelst en laserstrå- le. . . - » .o 10 15 20 25 30 35 - Q - . n 515 595 _24_

8. Metod enligt något av kraven 1-7, kännetecknad av att antennämnet modifieras genom att ledande material tillförs till antennämnet.

9. Metod enligt något av kraven 1-8, kännetecknad av att antennämnet modifieras genom att ledande material tillförs genom att elektriskt ledande färg eller bläck anbringas på antennämnet.

10. Metod enligt kravet 9, kännetecknad av att det ledande bläcket anbringas medelst en bläckstråleskrivare.

11. Antennanordning tillverkad enligt något av kraven 1-10.

12. Antennämne avsett att användas vid tillverkning av antennanordningar för sändning och mottagning av RF-vågor, som har antennegenskaper vilka är avpassade för att passa till en specifik modell av en radiokommunikationsanord- ning, kännetecknat av - att antennämnet är ett förfabricerat, för antenner av- sett standardämne vars form gör det möjligt att ämnet anbringas i ett flertal olika modeller av en radiokommu- nikationsanordning, - att antennämnet har ett flertal förvalda positioner (7, 10, 11, 12), som är förberedda för att vara modifierbara i syfte att möjliggöra att dess antennegenskaper anpas- sas för att passa till vilken som helst av nämnda fler- tal modeller, och - att det för antenner avsedda standardämnets konstruktion är sådan, att modifieringen av antennegenskaperna kan utföras genom åtminstone ett av följande arbetsmoment: avbrott görs i elektriskt ledande banor hos antennämnet, ledande delar av antennämnet hopkopplas elektriskt, elektriskt ledande material avlägsnas från antennämnet, och elektriskt ledande material tillförs till antennäm- net. - - | - u 10 15 20 25 30 35 . - - . nu 515 595 ...25_

13. Ämne enligt kravet 12, vilket innefattar ett flertal åtskilda matningspunkter och i vilket matningspunkterna är anslutna till en gemensam matningsanslutning (47; 54) via avkapningsbara matningsledningar (48, 49; 55).

14. Ämne enligt kravet 12 eller 13, vilket innefattar ett flertal åtskilda jordpunkter och i vilket dessa jordpunk- ter är anslutna till en gemensam jordanslutning via avkap- ningsbara jordledningar.

15. Ämne enligt något av kraven 12-14, som innefattar åtminstone ett strålande element (50; 60), vilket är av- stämningsbart för drift i åtminstone två frekvensband genom att man utför något av nämnda arbetsmoment.

16. Ämne enligt kravet 15, i vilket nämnda strålande ele- ment (50; 60) oberoende är avstämningsbart i ett lägre frekvensband och i ett högre frekvensband, varvid frekven- sen i det högre frekvensbandet är approximativt dubbelt så hög som frekvensen i det lägre frekvensbandet.

17. Ämne enligt kravet 16, i vilket: - det strålande elementet (60) har en första och en andra ände och är försett med en Valbar matningsanslutning (66) nära den första änden, - en frekvensberoende impedans (61, 61) är kopplad till nämnda andra ände, - nämnda impedans fungerar som en kortslutning mellan det strålande elementets (60) andra ände och jord vid det högre frekvensbandet och fungerar som en öppen ände hos det strålande elementet (60) vid det lägre frekvensban- det.

18. Ämne enligt kravet 17, i vilket nämnda frekvensberoen- de impedans (6l, 62) innefattar en serieresonanskrets, vars resonansfrekvens approximativt motsvarar det högre frekvensbandets frekvens. 10 15 20 25 30 35 u » . . n 515 595 _26-

19. Ämne enligt kravet 18, i vilket: - serieresonanskretsens induktans (61) utgörs av en kort meanderformad remsa eller tråd, och - serieresonanskretsens kapacitans (62) utgörs av en kopp- lingskapacitans mellan den meanderformade remsan eller tråden och det strålande elementet (60).

20. Ämne enligt något av kraven 12-19, som innefattar åtminstone två strålande element (40, 41), varvid vardera elementet (40, 41) är avstämningsbart för drift i åtmins- tone ett frekvensband genom att man utför åtminstone ett av nämnda arbetsmoment, och varvid vardera elementets inimpedans är individuellt justerbar genom att lämplig matningspunkt väljs.

21. Ämne enligt något av kraven 12-20, som innefattar - åtminstone ett strålande element (40, 41; 50; 60) som har en första och en andra ände, - varvid den första änden är anslutningsbar till jord (43; 52; 67) via en låg impedans, och - det strålande elementet har ett flertal valbara mat- ningspunkter nära nämnda första ände.

22. Ämne enligt kravet 21, som innefattar - åtminstone två strålande element (40, 41) och en gemen- sam matningsanslutning (47), - varvid vardera elementet (40, 41) har ett flertal mat- ningspunkter, som selektivt kan anslutas till den gemen- samma matningsanslutningen (47) för att erhålla väsent- ligen samma inimpedansnivå för alla strålande element (40, 41).

23. Ämne enligt kravet 21 eller 22, i vilket nämnda första ände av ett strålande element (40, 41; 50) kan anslutas galvaniskt till jord (43; 52).

24. Ämne enligt kravet 21 eller 22, i vilket nämnda första ände av resp strålande element (60) kan anslutas till jord 10 15 20 25 30 515 595 _2'7_ (67) via en impedans, som har låg impedans för det fre- kvensband i vilket elementet är avsett att arbeta.

25. Ämne enligt kravet 24, i vilket impedansen innefattar en kondensator (68).

26. Ämne enligt något av kraven 12-25, i vilket en serie- resonanskrets (95, 96) är kopplad till en ingångsände hos åtminstone ett strålande element (90, 91) för att bredda nämnda strålande elements frekvensband.

27. Ämne enligt något av kraven 12-26, som innefattar ett strålande element i form av åtminstone en plan, ledande remsa (1) eller tråd.

28. Ämne enligt kravet 27, i vilket den ledande remsan (1) eller tråden innefattar en meanderform.

29. Ämne enligt något av kraven 12-28, som innefattar ett strålande element i form av åtminstone ett ledande patchelement (70, 71, 72).

30. Ämne enligt något av kraven 12-29, som omfattar ett strålande element, vilket inkluderar åtminstone en slits (80, 81, 82).

31. Ämne enligt något av kraven 12-30, som innefattar elektriska komponenter (56), vilka kan kopplas bort från eller anslutas till ämnets antennelement.

32. Radiokommunikationsanordning som omfattar en anten- nanordning, vilken är tillverkad av ett antennämne enligt något av kraven 12-31.