АНТЕННА ДЛЯ АБОНЕНТСКОГО УСТРОЙСТВА СИСТЕМЫ РАДИОТЕЛЕФОННОЙ СВЯЗИ Российский патент 2009 года по МПК H01Q1/24 

Предлагаемое изобретение относится к антенне для абонентского устройства системы радиотелефонной связи.

Одна из областей применения предлагаемого изобретения, не являющаяся, однако, исключительной, представляет собой область мобильных абонентских устройств радиотелефонной связи, функционирующих в той или иной системе радиотелефонной связи. Предлагаемое изобретение применяется, в частности, но не исключительно, в системах или сетях радиотелефонной связи, работающих в соответствии со стандартами GSМ850, GSМ900, DСS, РСS и UМТS.

Антенны, используемые в абонентских устройствах систем радиотелефонной связи, представляют собой антенны, которые должны передавать сигналы в полосах частот, определяемых соответствующими стандартами.

Известно использование микрополосковых элементов на плоскости в качестве антенны для абонентских устройств связи, причем эти антенны также называют микрополосковыми антеннами (patch-антеннами) и располагают в корпусе абонентского устройства. Такие антенны образованы в основном диэлектрическим основанием, на поверхности которого располагается плоскость упомянутых микрополосковых элементов.

Различные конструкции микрополосковых антенн известны из существующего уровня техники.

В известной классической реализации, такой как представлена на фиг.1А и 1В, микрополосковая антенна 10 полностью интегрирована в абонентское устройство системы радиотелефонной связи.

Абонентское устройство системы радиотелефонной связи содержит корпус 2, образованный:

- двумя оболочками: так называемой задней оболочкой 20 и так называемой передней оболочкой 30,

- двумя боковыми стенками, параллельными продольной оси абонентского устройства (параллельной оси Х-Х′), а именно первой стенкой 21 и второй стенкой 22, и двумя стенками, перпендикулярными оси Х-Х′, причем эти стенки ограничивают заднюю оболочку 20 и переднюю оболочку 30 абонентского устройства.

Корпус заключает в себе карту с печатной схемой 70, которая проходит почти на всей внутренней поверхности абонентского устройства и располагается приблизительно в центральной части этого абонентского устройства между задней оболочкой 20 и передней оболочкой 30 корпуса этого абонентского устройства.

Пространство, располагающееся между картой с печатной схемой 70 и задней оболочкой 20, предназначено для размещения, с одной стороны, антенны 10, а с другой стороны, аккумулятора электрической энергии. Пространство между картой с печатной схемой 70 и передней оболочкой 30 предназначено для размещения, в частности, модуля индикации, из состава которого здесь представлен только экран индикации 50, а также модуля ввода информации, имеющего в своем составе, в частности кнопки клавиатуры 60.

Различные элементы, такие как антенна 10, экран индикации 50 и клавиатура 60, связаны с аккумулятором электрической энергии 40 через карту с печатной схемой 70.

Задняя оболочка 20 корпуса абонентского устройства разделена на две части: она содержит сдвижную крышку 15, закрывающую антенну 10, и другую часть, перекрывающую аккумулятор электрической энергии 40. Как это можно видеть на фиг.1А и 1В, существуют два отсека или пространства, прилегающих друг к другу вдоль продольной оси корпуса, причем первое из упомянутых пространств предназначено для размещения аккумулятора электрической энергии 40, а второе пространство предназначено для размещения микрополосковой антенны 10.

Аккумулятор электрической энергии 40 имеет общий размер, меньший, чем у задней оболочки 20 корпуса абонентского устройства системы радиотелефонной связи, и объем, меньший, чем объем упомянутого первого пространства, которое предназначено для его размещения. Это приводит к образованию свободного пространства под задней оболочкой 20 корпуса абонентского устройства со стороны размещения аккумулятора электрической энергии 40.

Для того чтобы исключить возможность перемещения аккумулятора электрической энергии 40, этот аккумулятор 40, например, упирается в первую стенку 21 задней оболочки 20 корпуса абонентского устройства и упирается в пластмассовую деталь 25, занимающую упомянутый свободный объем, причем сама эта деталь 25 упирается во вторую стенку 22 задней оболочки 20 корпуса абонентского устройства.

Сдвижная крышка 15 позволяет защитить микрополосковую антенну 10 от ударов и изолировать от внешней пыли.

Как это можно видеть на фиг.1А, антенна 10, располагающаяся против экрана индикации 50, занимает, например, приблизительно всего лишь одну верхнюю треть корпуса абонентского устройства вдоль продольной оси этого корпуса, а остальные нижние две трети корпуса абонентского устройства заняты, таким образом, аккумулятором электрической энергии 40, располагающимся против клавиатуры 60.

Размерные параметры антенны этого типа задаются достаточно стесненным пространством, остающимся свободным после размещения всех остальных элементов данного абонентского устройства. В рассматриваемом примере реализации можно видеть, что микрополосковая антенна 10 выполнена в форме прямоугольного параллелепипеда, занимающего практически все пространство, которое для нее выделено. Размерные параметры плоскости, в которой располагаются микрополосковые элементы антенны 10, характеризуются заштрихованной частью 10 на фиг.1А.

Размещение антенны в ограниченном пространстве приводит к преобразованию электрической энергии антенны в тепло, которое распространяется в абонентском устройстве и может стать причиной различных повреждений, в частности повреждения карты с печатной схемой 70.

Кроме того, по причине стесненного положения антенны ее эффективность снижается и может опуститься ниже 40% с полосой пропускания менее 6,5% в стандарте GSМ900.

И наконец, в ближайшем будущем такие антенны должны будут перекрывать также различные полосы частот, например полосу частот стандарта GSМ850, заключенную в диапазоне от 824 до 894 МГц.

Необходимость перекрывать другие диапазоны мощности потребует увеличения размеров используемых антенн по сравнению с их современными размерами.

Техническая задача предлагаемого изобретения состоит в том, чтобы предположить техническое решение этих проблем и создать такое конструктивное решение, которое позволило бы использовать антенну, менее ограниченную в размерах, более эффективную и имеющую возможность, кроме всего прочего, перекрывать некоторую дополнительную полосу частот, отличную от полосы частот, перекрываемой существующими в настоящее время антеннами, причем без необходимости увеличения габаритных размеров корпуса такого абонентского устройства.

Решение этой технической задачи обеспечивается, согласно изобретению, абонентским устройством системы радиотелефонной связи, как определено в пункте 1 формулы изобретения.

Другие признаки и преимущества предлагаемого изобретения поясняются в приведенном ниже описании конкретных вариантов его реализации, приведенных в качестве иллюстративных и не накладывающих ограничений, со ссылками на чертежи, на которых представлено следующее:

Фиг.1А - схематичный вид, с задней стороны и при снятой задней оболочке абонентского устройства системы радиотелефонной связи в соответствии с существующим уровнем техники.

Фиг.1В - схематичный вид в продольном разрезе по оси А-А абонентского устройства системы радиотелефонной связи, показанного на фиг.1А, но с установленной задней оболочкой.

Фиг.2 - схематичный вид абонентского устройства системы радиотелефонной связи со снятой задней оболочкой в соответствии с первым вариантом реализации предлагаемого изобретения.

Фиг.3 - схематичный вид абонентского устройства системы радиотелефонной связи в продольном разрезе по оси III-III, показанной на фиг.2 и проходящей через центральную часть этого абонентского устройства.

Фиг.4 - схематичный вид абонентского устройства системы радиотелефонной связи в соответствии с первым вариантом реализации предлагаемого изобретения в поперечном разрезе по оси IV-IV, показанной на фиг.3.

Фиг.5 - схематичный вид абонентского устройства системы радиотелефонной связи в продольном разрезе по оси, проходящей через центральную часть этого абонентского устройства, в соответствии со вторым вариантом реализации предлагаемого изобретения.

Фиг.6 - схематичный вид абонентского устройства системы радиотелефонной связи в поперечном разрезе по оси VI-VI, показанной на фиг.5, в соответствии со вторым вариантом реализации данного изобретения.

В последующем изложении предлагаемое изобретение описано в его применении к абонентским устройствам систем радиотелефонной связи, включающем любые типы приемных и передающих радиотехнических устройств, таких, например, как мобильный телефон, устройство для передачи радиосообщений или персональный цифровой помощник (РDА).

Абонентское устройство системы радиотелефонной связи в соответствии с предлагаемым изобретением может представлять собой устройство, соответствующее стандартам GSМ850, GSМ900, DСS (Цифровая Система Связи), UМТS (Универсальная Телекоммуникационная система), или же телефон стандарта DЕСТ (Цифровая Европейская Беспроводная Телекоммуникационная Система), причем это абонентское устройство может, кроме того, также включать в себя функции GРS (Глобальная Система Определения Местоположения) или Wi-Fi (Беспроводная Система Высокой Точности Воспроизведения).

Корпус абонентского устройства, показанного на фиг.2, образован двумя боковыми стенками, параллельными продольной оси Х-Х′, а именно первой стенкой 21 и второй стенкой 22, и двумя стенками, перпендикулярными продольной оси Х-Х′, которые определяют две оболочки корпуса этого абонентского устройства, а именно переднюю 30 и заднюю 20 стенки этого устройства.

Под задней оболочкой 20 располагается антенна 10 и аккумулятор электрической энергии 40, примыкающий к этой антенне 10.

Аккумулятор электрической энергии 40 имеет верхнюю поверхность, проходящую в плоскости Р. Эта плоскость Р является параллельной плоскости, определяемой внутренней поверхностью задней оболочки 20 данного абонентского устройства.

Аккумулятор электрической энергии 40 питает электрической энергией элементы абонентского устройства, требующие такого питания для их функционирования. Такими элементами, кроме всего прочего, являются печатная схема 70, антенна 10, экран индикации 50 и клавиатура 60.

Аккумулятор электрической энергии 40 занимает упомянутое первое пространство или отсек аккумулятора, который для него предназначен.

Этот отсек аккумулятора имеет общий размер, меньший, чем размер внутренней поверхности задней оболочки 20 корпуса, и это создает некоторое свободное пространство вокруг аккумулятора электрической энергии 40.

В этом варианте реализации упомянутое свободное пространство образовано:

- пространством под сдвижной крышкой антенны 15, как это можно видеть на фиг.1А, иллюстрирующей существующий уровень техники, или в верхней задней части, например в верхней задней трети абонентского устройства вдоль продольной оси его корпуса,

- пространством, занятым упомянутой выше пластмассовой деталью 25, показанной на фиг.1А, иллюстрирующей существующий уровень техники, или в двух нижних задних третях абонентского устройства между аккумулятором электрической энергии 40 и второй стенкой 22 абонентского устройства.

В этом варианте реализации аккумулятор электрической энергии 40 имеет такие продольные размеры, чтобы он занимал главным образом две задние трети оболочки абонентского устройства.

Поскольку современная тенденция развития состоит в миниатюризации компонентов абонентских устройств упомянутого выше типа, очевидно, что аккумулятор электрической энергии 40 может иметь меньшие размеры и может занимать менее двух задних третей абонентского устройства, вследствие чего свободное пространство будет более значительным.

В соответствии с изобретением это свободное пространство будет использовано, по меньшей мере частично, для увеличения пространства, предназначенного для размещения микрополосковой антенны 10.

Таким образом, как показано на фиг.2 и на фиг.3, антенна 10, которая занимает упомянутое второе пространство, определенное в предшествующем изложении как примыкающее к отсеку аккумулятора вдоль продольной оси корпуса, будет также проходить параллельно упомянутой плоскости Р, чтобы занимать, по меньшей мере частично, потенциально свободное пространство вокруг аккумулятора электрической энергии.

Пространство, предназначенное для размещения антенны 10, определяется свободным пространством, определенным в предшествующем изложении, и по меньшей мере некоторой частью пространства 26, располагающегося над плоскостью Р между аккумулятором электрической энергии 40 и задней оболочкой 20 абонентского устройства.

В соответствии с первым вариантом реализации и как это можно видеть на фиг.2, антенна 10 имеет перевернутую L-образную форму с основанием 11 и вертикальным элементом 12.

Антенна 10 занимает, своей частью, образующей основание 11, верхнюю треть задней оболочки абонентского устройства и занимает своей частью, образующей вертикальный элемент 12, например, нижние две трети задней оболочки абонентского устройства в пространстве между аккумулятором электрической энергии 40 и второй стенкой 22. Кроме того, вертикальный элемент 12 предпочтительным образом обеспечивает функцию удержания аккумулятора электрической энергии вместо упомянутой детали 25, использованной для выполнения этой функции в существующем уровне техники (см. фиг.1А).

Микрополосковые элементы антенны реализованы на плоскости Р между аккумулятором электрической энергии 40 и задней оболочкой 20 абонентского устройства.

Общий объем антенны 10 оказывается, таким образом, более значительным, чем объем антенны из существующего уровня техники.

Это позволяет повысить эффективность предлагаемой антенны вплоть до 50-60% в режиме GSМ900 (требуемая полоса частот имеет величину в диапазоне от 880 МГц до 960 МГц в соответствии с этим стандартом). Это позволяет также обеспечить полосу частот, более близкую к полосе частот, требуемой стандартами GSМ, или ширину полосы порядка 7% (при значении 8,7%, требуемом в соответствии с упомянутым стандартом) против 6,5%, что имеет место на существующем уровне техники.

При использовании боле значительного объема антенны 10 более удобной оказывается реализация антенны, имеющей различные резонансные частоты, например, в том случае, когда желательно интегрировать функции GРS или Wi-Fi (имеющие соответственно резонансные частоты 1,5 ГГц и 2,5 ГГц) в абонентское устройство типа GSМ900, или DСS, или UМТS.

Можно также в еще большей степени увеличить общий объем антенны 10, перекрывая объемом для размещения этой антенны все свободное пространство вокруг аккумулятора и, в частности, также пространство 26 над плоскостью Р и между аккумулятором электрической энергии 40 и задней оболочкой 20 абонентского устройства, как это проиллюстрировано на фиг.5.

Объем антенны между аккумулятором электрической энергии 40 и задней оболочкой 20 корпуса абонентского устройства может быть еще более значительным для абонентского устройства, задняя оболочка 20 корпуса которого выполнена слегка выпуклой, как это проиллюстрировано на фиг.5 и на фиг.6.

Для того чтобы это сделать, микрополосковые элементы антенны 10 выполняются на поверхности, имеющей профиль, дополнительный к внутренней поверхности упомянутой задней оболочки, как это проиллюстрировано на фиг.5 и фиг.6.

Кроме того, проекция антенны 10 на карту с печатной схемой 70, то есть проекция той части этой антенны 10, которая непосредственно соединена с печатной схемой 70, является более значительной, чем для антенн из существующего уровня техники, в частности для абонентского устройства, схематически представленного на фиг.2, 3 и 5.

Действительно, эта проекция увеличена на площадь поверхности 25, перекрытую на существующем уровне техники некоторой пластмассовой деталью, позволяющей удерживать аккумулятор электрической энергии в абонентских устройствах, как показано на фиг.1В.

Это позволяет в еще большей степени увеличить эффективность данной антенны.

Таким образом, имеется возможность увеличить общий объем антенны 10 путем размещения этой антенны на всем пространстве, оставшемся свободным рядом с аккумулятором электрической энергии 40 и между этим аккумулятором электрической энергии 40 и задней оболочкой 20 корпуса абонентского устройства.

Антенна 10 будет тем более протяженной, чем меньшую поверхность и меньшую толщину будет иметь аккумулятор электрической энергии 40, что соответствует современной тенденции.

Изобретение относится к абонентскому устройству системы радиотелефонной связи. Технический результат - повышение эффективности антенны за счет перекрытия дополнительной полосы частот, отличной от полосы частот, перекрываемой существующими антеннами. Абонентское устройство системы радиотелефонной связи содержит корпус, образованный двумя оболочками, а именно задней оболочкой и передней оболочкой, причем эта задняя оболочка перекрывает антенный отсек, предназначенный для размещения микрополосковой антенны, и аккумуляторный отсек, предназначенный для размещения аккумулятора электрической энергии, причем антенный отсек примыкает к отсеку аккумулятора. Абонентское устройство содержит свободное пространство, располагающееся вокруг аккумулятора электрической энергии между картой с печатной схемой и задней оболочкой, при этом пространство, занятое упомянутой микрополосковой антенной, проходит, по меньшей мере, в части упомянутого свободного пространства. 3 з.п. ф-лы, 6 ил.

1. Абонентское устройство системы радиотелефонной связи, содержащее корпус, образованный задней оболочкой (20) и передней оболочкой (30), причем этот корпус заключает в себе:
карту с печатной схемой (70), проходящую параллельно упомянутой задней оболочке (20) и упомянутой передней оболочке (30);
аккумулятор электрической энергии (40), размещенный в первом предназначенном для него пространстве, располагающемся между задней оболочкой (20) и картой с печатной схемой (70), и представляющий верхнюю поверхность, проходящую в некоторой плоскости (Р), параллельной упомянутой задней оболочке;
микрополосковую антенну (10), размещенную во втором пространстве, располагающемся также между задней оболочкой (20) и картой с печатной схемой (70), причем это второе пространство примыкает к упомянутому первому пространству и упомянутая микрополосковая антенна (10) присоединена к аккумулятору электрической энергии через карту с печатной схемой (70),
отличающееся тем, что абонентское устройство содержит свободное пространство вокруг аккумулятора электрической энергии (40) и между картой с печатной схемой (70) и задней оболочкой (20), при этом упомянутое второе пространство, занятое упомянутой микрополосковой антенной (10), проходит, по меньшей мере, в части упомянутого свободного пространства.

2. Абонентское устройство системы радиотелефонной связи по п.1, отличающееся тем, что упомянутое второе пространство (20), занятое упомянутой микрополосковой антенной (10), проходит на всей свободной поверхности.

3. Абонентское устройство системы радиотелефонной связи по одному из предшествующих пунктов, отличающееся тем, что упомянутая микрополосковая антенна содержит микрополосковые элементы, выполненные в плоскости, проходящей между верхней поверхностью аккумулятора электрической энергии (40) и задней оболочкой (20).

4. Абонентское устройство системы радиотелефонной связи по п.3, отличающееся тем, что упомянутая микрополосковая антенна содержит микрополосковые элементы, выполненные в некоторой плоскости, имеющей, по существу, ту же самую поверхность, что и поверхность задней оболочки (20) упомянутого корпуса.