Антенна
Изобретение относится к системам связи, в частности к антенне (2-10) для использования в мобильном устройстве (1-1). Антенна (2-10) содержит: принимающее средство (2-5, 3-1, 4-1, 5-1, 6-5), предназначенное для приема сигнала спутниковой системы позиционирования; первый слой диэлектрического материала (2-4а, 2-4б, 3-2, 3-3, 5-2, 4-3, 5-2, 5-3, 6-4, 6-15) и второй слой диэлектрического материала (2-4а, 2-4б, 3-2, 3-3, 5-2, 4-3, 5-2, 5-3, 6-4, 6-15), причем принимающее средство (2-5, 3-1, 4-1, 5-1, 6-5, 7-6) расположено, хотя бы частично, между первым слоем диэлектрического материала (2-4а, 2-46, 3-2, 3-3, 5-2, 4-3, 5-2, 5-3, 6-4, 6-15) и вторым слоем диэлектрического материала (2-4а, 2-4б, 3-2, 3-3, 5-2, 4-3, 5-2, 5-3, 6-4, 6-15). Техническим результатом изобретения является повышение точности системы позиционирования внутри помещений и пространствах между высокими строениями. 4 н. и 22 з.п. ф-лы, 8 ил.
ОБЛАСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Настоящее изобретение относится к системам связи, более конкретно к антенне и модулю для определения местоположения оборудования пользователя в системе связи.
ПРЕДПОСЫЛКИ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Точное местоположения оборудования пользователя, такого как мобильное устройство GSM (Глобальная система мобильной связи), не может быть определено, используя информацию, получаемую от сотовой сети. Указанная информация обеспечивает определение местоположения с точностью только около 100-300 метров в сельской местности и 50-100 метров в городе. Например, в случае экстренного вызова жизненно необходимо найти абсолютно точное местоположение места, из которого был произведен вызов, для того чтобы оказать помощь на месте как можно скорее.
Для повышения точности одной из возможностей является использование приемников GPS (Глобальной системы позиционирования), которые обеспечивают лучшую точность. Однако они дороги и не имеют широкого распространения у пользователей. Кроме того, приемники GPS работают неустойчиво, либо вообще не работают внутри помещений, в ущельях и пространствах между высокими строениями.
Другой возможностью может быть дополнение функциональных возможностей спутниковой системы позиционирования к существующей неспутниковой системе позиционирования оборудования пользователя без какой-либо модификации самого оборудования, а только добавляя к нему модуль идентификации абонента - SIM-карту, содержащую приемник спутниковой системы позиционирования и антенну.
Однако одной из проблем, связанной с такой SIM-картой, содержащей приемник спутниковой системы позиционирования и антенну, является прием радиосигнала. Одним из неудобств, связанных с вышеуказанным оборудованием, является то, что приемник и антенна находятся внутри мобильного устройства вблизи поверхности земли и других металлических частей и часто еще сверху закрыты аккумуляторной батареей. При таких условиях антенны традиционной конструкции имеют слишком большие размеры и практически не работают.
В заявке US 2002/0082992 А1 описана чип-карта со встроенной системой определения времени и способа начисления оплаты звонка абоненту, который идентифицируется с помощью идентификационной карты в телекоммуникационной сети. В указанной сети приемник GPS определяет длительность звонков. Преимуществом изобретения является то, что абонент не имеет возможности фальсифицировать определенное время.
В заявке US 2004/0246180 А1 описаны диэлектрическая антенна, подложка антенны и мобильное коммуникационное устройство. Диэлектрическая антенна имеет диэлектрическую основу, прямой элемент, по крайней мере, один согнутый участок, контакт источника питания, линейный проводник и контакт заземления.
В публикации WO 98/58509 А раскрыт способ связи с помощью чип-карты между внешним устройством и чип-картой. Чип-карта содержит, по крайней мере, один виток для установления связи между указанной системой и внешним устройством вне станции мобильной радиосвязи посредством радиоволн.
В заявке US 6,580,397 В2 раскрыто устройство для мобильного терминала. Антенная система содержит корпус, экранирующее устройство, питаемую с одного конца антенну и нейтрализующий элемент. Питаемая с одного конца антенна выполнена с возможностью получать питание от радиоэлектронных контуров в течение передачи напротив нейтрализующего элемента.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Целью настоящего изобретения является создание устройства, которое решает вышеуказанные проблемы. Цели настоящего изобретения достигаются устройством, описанным в независимых пунктах формулы изобретения. Предпочтительные варианты воплощения настоящего изобретения раскрыты в зависимых пунктах формулы изобретения.
Настоящее изобретение основано на идее создания антенны для ее использования в мобильном устройстве, причем указанная антенна отличается тем, что содержит средство для приема сигнала от спутниковой системы позиционирования, первый слой диэлектрического материала и второй слой диэлектрического материала, причем средство для приема сигнала находится, по крайней мере, частично между первым слоем диэлектрического материала и вторым слоем диэлектрического материала.
Преимуществом предлагаемого устройства согласно настоящему изобретению является то, что приемник GPS может быть использован в условиях, когда известные антенны не работают.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
Изобретение будет более подробно описано ниже на примерах предпочтительных вариантов воплощения со ссылками на приложенные чертежи, где
Фиг.1 - мобильное устройство в разрезе;
Фиг.2а - SIM-модуль идентификации абонента согласно настоящему изобретению и вариантам его воплощения;
Фиг.2б - SIM-модуль идентификации абонента в разрезе согласно настоящему изобретению и вариантам его воплощения;
Фиг.3 - конструкция антенны согласно настоящему изобретению и вариантам его воплощения;
Фиг.4 - конструкция антенны согласно настоящему изобретению и вариантам его воплощения;
Ффиг.5 - конструкция антенны согласно настоящему изобретению и вариантам его воплощения;
Фиг.6а - SIM-модуль идентификации абонента согласно настоящему изобретению и вариантам его воплощения;
Фиг.6б - SIM-модуль идентификации абонента согласно настоящему изобретению и вариантам его воплощения;
Фиг.7 - схема неизлучающей резонаторной антенны согласно настоящему изобретению и вариантам его воплощения и
Фиг.8 - неизлучающая резонаторная антенна согласно настоящему изобретению и вариантам его воплощения.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
В соответствии с принципом зеркального отражения в антенной теории для эффективного функционирования антенна должна быть расположена на расстоянии, равном 1/4 длины волны (в случае GPS частоты, равной 1,575 ГГц, около 47,6 мм) от металла или проводящего уровня заземления или других металлических частей.
В одном варианте воплощения антенный элемент может быть удален электронно от металлических частей путем нанесения на обе стороны антенного элемента тщательно подобранных слоев диэлектрического материала, таким образом делая антенну эффективной без увеличения ее физических размеров, в особенности ее толщины.
Мобильным устройством согласно настоящему изобретению и вариантам его воплощения может быть мобильное устройство поколений 2G, 2.5G, 3G или 4G. Им может быть, например, мобильная станция, сотовая мобильная станция, коммуникатор или компьютер. Подробная конструкция и работа мобильного устройства не являются предметом данного изобретения и поэтому описываются только в той степени, чтобы понять существо настоящего изобретения. Кроме того, необходимо отметить, что данное изобретение может быть использовано в системах позиционирования, спутниковых системах и системах связи и сетях различного вида, таких как сети с фиксированной коммутацией, сети с пакетной коммутацией или их комбинации, и/или в беспроводных сетях передачи данных, таких как сети Mobile-IP (Мобильный Интернет протокол) с соответствующим оборудованием пользователя.
Для настоящего изобретения и вариантов его воплощения SIM-карта (Модуль Идентификации Абонента) может быть определена как сменная карта, вставляемая в оборудование пользователя и содержащая данные по идентификации абонента и/или кодирование сеанса радиосвязи и/или другую относящуюся к обеспечению секретности информацию. Однако необходимо отметить, что SIM-карта согласно настоящему изобретению и вариантам его воплощения может, но не обязательно должна обеспечивать идентификацию абонента. Указанная карта может быть в виде SIM-карты или USIM-карты (Универсальный Модуль Идентификации Абонента). Конструкция, объем, физические размеры, вес и компоновка карты могут быть такими, как описано ниже, но могут быть также и другими.
Процессор SIM-карты или процессор, работающий с SIM-картой, может осуществлять контроль доступа к памяти SIM-карты или к памяти, работающей с SIM-картой, используемой для определения местоположения оборудования абонента, т.е. в ответ на запрос идентификации инициатора о местоположении. Указанный контроль может означать, например, предотвращение возможности съема из памяти информации инициатором определения местоположения. Это означает, что при одностороннем способе использовании SIM-карты нет прямого доступа к памяти SIM-карты, хотя такой способ может иметь место. SIM-карта может определить инициатора определения местоположения после авторизации для получения информации непосредственно из памяти SIM-карты без какого-либо запроса на авторизацию для определения местоположения оборудования абонента. Также возможно, что пользователь дал право ряду или всем лицам и/или властям на предварительную авторизацию для прямого доступа к памяти.
SIM-карта также может быть так называемым защищенным от воровства устройством, которое обеспечивает достаточную защиту в отношении определения местоположения отдельного человека.
SIM-карта также может быть приспособлена для работы с различного типа оборудованием пользователя, различного вида мобильными станциями так, чтобы при их установке, например, в обычную сотовую мобильную станцию она может сочетаться с системой этой обычной сотовой мобильной станции и инициировать ее работу по определению местоположения указанной мобильной станции.
SIM-карта также может содержать и/или взаимодействовать с логической(ими) и/или компьютерными программой(ами), которые могут управлять работой настоящего изобретения и вариантами его воплощения. Логика, программа и/или приложения могут находиться на SIM-карте, иметь связь с SIM-картой, и/или они могут быть загружены в память SIM-карты и/или оборудования пользователя для осуществления настоящего изобретения и вариантов его воплощения. Приложения содержат, например, приложения (на языке) Java или Symbian.
Другими словами, SIM-карта может содержать средства, например программу для вычисления текущего местоположения, т.е. координат оборудования пользователя. Таким образом, весь процесс обработки данных по позиционированию и/или текущего местоположения может "быть выполнен с помощью чипа GPS и процессора SIM-карты. Процессор(ы) оборудования пользователя не нужны для этих вычислений, но могут быть также использованы.
SIM-карта также может содержать средства, например программу для пересылки временных данных, псевдоданных на сервер для вычисления текущего местоположения оборудования пользователя.
Приложения Java и Symbian могут обрабатывать данные о местоположении, полученные от SIM-карты и/или от сервера, многими способами. Приложение Java может обрабатывать данные о местоположении через сеть GPRS (Служба Общей Пакетной Радиосвязи) посредством сервера MSLC (Мобильный Центр Определения Местоположения).
SIM-карта может быть виртуальной или отдельной автономной картой. Для настоящего изобретения и вариантов его воплощения SIM-карта может быть частично или полностью фиксирована в оборудовании пользователя. Она поэтому может состоять из одной или более частей. SIM-карта может иметь различные размеры, толщину и объем. Хотя ниже используется название SIM-карта, необходимо понимать, что оно также относится к различного типа смарт-картам, таким как ICC-карта (Карта Интегральной схемы) или чип-карта. Для настоящего изобретения и вариантов его воплощения важно то, что имеется модуль с записанной информацией, приемник и/или антенна.
Элемент антенны и другие функциональные блоки могут принимать информацию для определения местоположения или для помощи в определении местоположения оборудования. Так, он может представлять собой приемник GPS (Глобальная Система Позиционирования) или приемник AGPS (Поддерживаемой GPS), приемник для других спутниковых систем позиционирования, таких как NAVSTAR (Система НАВигации, использующая Время и Дальность), GLONASS (Глобальная Спутниковая Навигационная Система) или GALILEO. Необходимо отметить, что модуль может содержать один или более приемников и/или антенн, каждый из которых настроен на свою различную систему позиционирования и/или частоту.
Другими словами, точное местоположение мобильного устройства может быть определено с использованием спутниковой системы позиционирования, такой как GPS, или другого радиоприемника и радиопередатчика. Приемник GPS может быть встроен в SIM-карту.
Антенна, антенный элемент могут располагаться внутри модуля или быть выполнены как отдельный компонент. Также может использоваться антенна и/или заземление оборудования пользователя. Если блок приемника находится в модуле, чувствительность может быть увеличена по сравнению с вариантом, когда и приемник и антенна располагаются в модуле. Это, однако, может потребовать использования нового оборудования пользователя.
Настоящее изобретение и варианты воплощения его основаны на идее добавления функциональности высокоточной спутниковой системы позиционирования, подобной GPS, к существующей неспутниковой системе позиционирования, такой как не-GPS, при этом оборудование пользователя может использоваться без какой-либо доработки кроме вставления карты новой системы позиционирования, подобной AGPS, активизации находящейся в нем SIM-карты (модуль идентификации абонента). Также возможно включить функциональность высокоточной спутниковой системы позиционирования в существующую не спутниковую систему оборудования пользователя.
Возможно, что пользователь может определить свое местоположение по своей инициативе или же местоположение пользователя может быть определено по инициативе третьей стороны или службы. Однако до того как третья сторона или внешняя служба сможет определить местоположение оборудования пользователя, пользователь может либо принять, либо отклонить внешнюю инициативу позиционирования, только если она не создана спасательными службами, у которой есть такое право по закону, или по заявке или службой, которые авторизованы самим пользователем. В этих случаях установить подлинность удаленного отправителя запроса на определение местоположения может быть произведена приложением позиционирования, таким как приложение AGPS на SIM-карте до запроса подсистемы позиционирования, например подсистемы AGPS, которая должна выработать данные о местоположении. Для установления подлинности можно использовать цифровую подпись (PKI) или другой доступный безопасный метод установления подлинности для контроля доступа к функциональности подсистемы AGPS. Установление подлинности может быть также использовано для контроля доступа к информации о местоположении для приложений, которые работают на SIM-карте или мобильном оборудовании.
SIM-модуль может также содержать средства для контроля доступа к данным о местоположении. Когда принимается запрос на данные позиционирования, указанные средства могут проверить право на использование и/или право на получение указанных данных позиционирования, основанных, например, на идентификационных данных отправителя запроса. SIM-модуль может передать данные позиционирования или отказать в их передаче. SIM-модуль может также вычислять местоположение и передавать, например, координаты инициатору запроса. SIM-карта также может запрашивать абонента оборудования пользователя о принятии указанных передаваемых данных.
На фиг.1 показано мобильное устройство 1-1 в разрезе на виде сбоку. Оно содержит пластину заземления 1-2 мобильного устройства, которая может представлять собой металлический слой, пластину или провод различной формы и размера внутри устройства и/или на печатной плате, присоединяемой к мобильному устройству. Устройство включает антенну 1-5 мобильного устройства и аккумуляторную батарею 1-3. На фиг.1 также показан элемент 1-4 в соответствии с настоящим изобретением и вариантами его воплощения. Элемент 1-4 может быть, например, SIM-картой, и она может использоваться для получения РЧ сигналов от различных систем позиционирования, таких как спутниковая система позиционирования для определения, хотя бы частичных, данных позиционирования в результате реакции на указанные сигналы. Элемент может содержать РЧ приемник/передатчик, который может быть встроен в SIM-карту и/или USIM-карту (Универсальный Модуль Идентификации Абонента). Как показано на фиг.1, элемент, модуль(и) идентификации абонента обычно вкладываются в мобильное устройство в области пластины заземления 1-2 и затем накрываются аккумуляторной батареей 1-3.
Монтажная панель устройства обычно состоит из печатной платы (ПП), электроники и металлической пластины заземления. Конструкция и размеры могут меняться в зависимости от модели устройства. SIM-карта, включая антенну с толщиной 0,76 мм, может располагаться вблизи (~1 мм) от пластины заземления и других частей, содержащих метал, подобно аккумуляторной батарее.
На фиг.2а показан элемент 1-4, согласно фиг.1, являющийся т.н. модулем идентификации абонента, SIM-картой, хотя, как указывалось выше, это также может быть и картой другого типа, платой, электроникой и/или программным обеспечением, которое может получать данные от системы позиционирования, может обрабатывать указанные данные для определения данных позиционирования и/или передавать эти данные позиционирования. Элемент 2-1 может содержать один или более модулей, которые могут быть отдельными модулями или встроенными модулями и которые могут обрабатывать один или более независимых или взаимосвязанных функций. Элемент 2-1 содержит один или более контактов 2-2 и РЧ приемник/передатчик, элемент трансивера 2-3. Элемент 2-3 может представлять собой печатную плату с функциями приема и/или передачи сигналов. Элемент 2-3 может работать с сигналами различного типа, например РЧ (радиочастотными) сигналами, сигналами ПЧ (промежуточной частоты) и сигналами модулирующей полосы частот, например, от и на беспроводные передачи, проводные передачи и в локальные сети. Один или более элементов антенны обозначены как 2-5 и элемент, который может воспринимать различные частоты, обозначен 2-4. Это настраиваемое средство может содержать один или более диэлектрических слоев. Один или более диэлектрических слоев 2-4, 2-4а, 2-4b могут охватывать элемент антенны 2-5 целиком или частично. Эти слои могут быть выполнены таким образом, что на одной стороне элемента антенны расположен первый диэлектрический слой, а на другой стороне элемента антенны расположен второй диэлектрический слой. Диэлектрические слои могут быть расположены один поверх другого. Первый диэлектрический слой и/или второй диэлектрический слой может также иметь контакт с другим диэлектрическим материалом, с проводящим материалом, с (полу)проводящим материалом или другим материалом с определенными электромагнитными свойствами. Антенна 2-10 может содержать элементы и антенны 2-5 и настраиваемые средства 2-4. Приемные средства могут быть настроены для приема сигнала от спутниковой системы позиционирования. По крайней мере, один из диэлектрических слоев может быть настроен на частоту указанного сигнала.
Слой заземления РЧ трансивера относительно антенны может быть соединен с контактом электрического заземления модуля идентификации абонента.
На фиг.2б показан модуль в разрезе согласно фиг.2а.
Фиг.3 иллюстрирует антенну и настраиваемые средства в соответствии с настоящим изобретением и вариантами его воплощения. Эта конструкция может быть названа Симметричной Диэлектрической SIM Антенной. Конструкция может содержать три слоя: нижний диэлектрический слой 3-3, один или более элементов антенны 3-1 и верхний диэлектрический слой 3-2. И нижний диэлектрический слой и верхний диэлектрический слой могут быть выполнены из тонкого керамического материала с большой диэлектрической постоянной и/или малыми диэлектрическими потерями. Диэлектрические слои могут быть изготовлены из одного материала или различных материалов. Толщины диэлектрических слоев могут быть выполнены таким образом, что они равны 1/4 длины волны РЧ сигнала в используемом диэлектрическом материале, таким образом, максимально усиливая сигнал. Детали 3-1, 3-2, 3-3 не имеют определенной формы, встроенной металлической или иной пластины заземления, но могут альтернативно использовать пластину заземления 3-6 мобильного устройства в качестве своей собственной пластины заземления.
В результате антенна как устройство может иметь большой электронный объем, но при этом иметь малый физический объем и толщину, обеспечивая требуемое расстояние от металлических частей в 1/4 длины волны для достижения максимального усиления сигнала. Однако диэлектрические потери в используемом(ых) материале(ах) 3-2 и 3-3 при малых физических размерах антенны могут вызвать некоторое ухудшение работы антенны. Элемент антенны может запитывать через контакт 3-8 печатную плату 3-9. Аккумуляторная батарея 3-7 может закрывать всю эту конструкцию.
Антенна может представлять собой, например, монополь, диполь, компоновку обратной частоты, импульсную промежуточной частоты, фрактал, керамический чип, пластырную антенну, обеспечивая различные диаграммы излучения, которые разрабатываются и используются в мобильных устройствах.
Также указанную конструкцию могут покрывать один или более слоев пластика 3-4, 3-5. Покрытие пластиком может использоваться, например, в качестве упаковки и как защита от механических повреждений.
Антенна и РЧ трансивер могут быть встроены в ту же подложку интегральной схемы или печатной платы, или они могут быть выполнены в виде отдельных интегральных схем или компонентов.
Фиг.4 иллюстрирует антенну и настраиваемое средство согласно настоящему изобретению и вариантами его воплощения. Элемент антенны 4-1 и печатная плата 4-9 могут представлять собой единую конструкцию 4-8. Элемент антенны может иметь одинаковую длину 4-10 в области диэлектрического материала с диэлектрическим материалом 4-11. Или же длина элемента антенны может быть больше или короче, чем длина диэлектрического материала. Элемент антенны может быть окружен диэлектрическим(и) слоем(и) 4-2, 4-3, и вся конструкция может быть покрыта тонким слоем пластика 4-4, 4-5. Модуль идентификации абонента может быть, хотя бы частично, покрыт, по крайней мере, одним слоем пластика, который по возможности исключает контакты.
Пластина заземления 4-6 может быть пластиной заземления устройства или пластиной, присоединенной к карте.
Фиг.5 иллюстрирует антенну 5-1 и настраиваемое средство 5-2, 5-3 согласно настоящему изобретению и вариантам его воплощения. Она может быть названа Асимметричной Диэлектрической SIM Антенной. Она выполнена таким образом, что толщина верхнего слоя и нижнего слоя диэлектрического материала разные. Настройка может быть, например, такой, что, например, либо верхний слой, либо нижний слой или точно, или приблизительно в 2 раза толще один другого. Более толстый слой может иметь толщину, например, равную 1/2 длины волны в диэлектрическом материале, в то время как толщина другого слоя остается равной 1/4 длины волны. Основываясь на зеркальном принципе, эта конструкция может значительно снизить излучение или отражение РЧ от одной из сторон антенны и сделать ее невосприимчивой к близко расположенным металлическим частям на этой стороне.
Эта конструкция может также быть покрыта слоем пластика 5-4, 5-5. На фигуре также показаны аккумуляторная батарея 5-7 и пластина заземления 5-6.
Вместо проводного элемента антенны может быть использован диэлектрический резонатор и/или неизлучающий резонатор для выделения и приема РЧ сигнала(ов). Элемент резонатора может содержать металлический слой, пластину 6-5. На фиг.6а и 6b показаны вышеуказанный модуль идентификации абонента и модуль идентификации абонента в разрезе. Этот модуль 6-1 имеет один или более контактов 6-2 и элемент РЧ приемник/передатчик 6-3. Модуль также содержит диэлектрический(е) слой(и) 6-4, пластину заземления 6-6 и один или более контактов 6-7 от SIM-карты на пластину заземления. В этом варианте может быть добавлен емкостной элемент между диэлектрическими слоями и пластиной заземления. Антенна на фиг.6 может быть названа как Неизлучающий Резонатор и как SIM Антенна.
В этом варианте воплощения элемент резонатора 6-5 используется в элементе антенны и/или в SIM-карте в соединении с пластиной заземления 6-6 и корпусом мобильных устройств, которые могут работать как другой элемент резонатора. Элемент резонатора в SIM-карте может быть емкостным, индуктивным или диэлектрическим. Соединение с резонатором в SIM-карте может быть легко осуществлено внутри нее, как и соединение с другим элементом, т.е. с пластиной заземления 6-6 мобильного устройства через один или более контакты 6-2, 6-7 SIM-карты.
Элемент резонатора в SIM-карте вместе со слоем заземления мобильного устройства может образовать резонатор с существенно широкой полосой частот при работе с различными моделями мобильных устройств с разными размерами пластин заземления, которые располагаются в разных местах в телефоне.
Элемент резонатора может образовать емкостное или индуктивное соединение с пластиной заземления мобильного устройства, используя электромагнитное поле 6-8 между ними. Однако расстояние 6-9 между резонатором (SIM-карта) и пластиной заземления может варьироваться в зависимости от модели и исполнения конструкции используемого мобильного устройства. Значения этого расстояния обычно составляют около 0,5-5 мм. Расстояние 6-9 между емкостными элементами влияет на емкость и, следовательно, импеданс, ширину полосы пропускания и частоту настройки. Для снижения эффекта расстройки можно добавить диэлектрические слои 6-4 с обеих сторон элемента резонатора в SIM-карте. Кроме того, путем выбора материала с большой диэлектрической постоянной эффект влияния изменения расстояния между SIM-картой и пластиной заземления на работу резонатора может быть уменьшен до приемлемого уровня. Другими словами, второй металлический слой может быть расположен на SIM-карте, мобильном устройстве и/или печатной плате, устанавливаемых в мобильном устройстве.
Резонатор также может быть выполнен без соединения с пластиной заземления. Это может быть, например, простой резонансный контур (RLC), включенный между антенным входом приемника и заземлением SIM-карты и/или фильтра для изоляции подсистемы приемника (включая процессор SIM-карты) от РЧ токов в пластине заземления мобильного устройства.
На фиг.7 и 8 показана неизлучающая резонаторная антенна согласно настоящему изобретению и вариантам его воплощения. Неизлучающая резонаторная антенна может содержать резонансный контур 7-4, настроенный на частоту приемника 7-6 в полосе частот приемника, соединенный с антенным входом приемника 7-5 и заземлением мобильного устройства 7-1, которое, в свою очередь, соединено через контакты 2-2, 8-7 SIM-карты с пластиной заземления 1-2, 8-6 мобильного устройства. Резонансный контур может быть, например, LC осциллятором. Резонансный контур может также использоваться в качестве средства фильтрации, например полосового фильтра. Заземление приемника и других схем SIM-карты может быть соединено с заземлением фильтра, заземлением SIM-карты 7-3, которое, в свою очередь, может соединяться с заземлением 7-1 через фильтр 7-2, который пропускает постоянный ток, но настроен для отфильтровывания, по крайней мере, в диапазоне частот приемника 7-6. Второй или альтернативный фильтр 7-2 может быть подключен к фильтру Источника Питания 7-8 SIM-карты. Контакт вход/выход SIM-карты обозначен позицией 7-7. Позиция 7-10 показывает возможность использования других блоков, например, для обработки данных. Заземление 7-3 можно также назвать виртуальным заземлением.
Другими словами, могут быть использованы один или более фильтров 7-2 для отделения тех частот от пластины заземления, чтобы требуемая частота прошла на вход приемника. Для постоянного и низкочастотных обратных токов может быть применен фильтр нижних частот для обеспечения бесшумной работы SIM-карты. Фильтр 7-2, таким образом, пропускает низкочастотные и постоянный токи, но блокирует РЧ сигнал.
На фиг.8 единственная пластина антенны может служить слоем заземления мобильного устройства и резонатор может улавливать сигнал с этого слоя.
В этом варианте воплощения излучение РЧ сигнала 8-1 может вызвать высокочастотные токи и соответствующие напряжения 8-2 в пластине заземления 1-2, 8-6 мобильного устройства, которая может быть соединена с заземлением 7-1 мобильного устройства через контакты 2-2, 8-7 SIM-карты. В результате вышесказанного заземление 7-1 в качестве шума содержит различные радиочастотные составляющие. Фильтр 7-2 может удалить высокочастотную составляющую и пропускает постоянный ток для очистки отфильтрованного заземления 7-3. Разница между зашумленным заземлением 7-1 и чистым отфильтрованным заземлением 7-3 может содержать принятый сигнал, который приходит на вход 7-5 приемника антенны через резонатор 7-4. Фильтр 7-2 и резонатор 7-4 можно поменять местами.
Резонатор 7-4 может быть выполнен различным образом. Он может содержать, например, один или более диэлектрических компонентов, и/или один или более резисторов, и/или одну или более емкостей, и/или одну или более индуктивностей.
Также фильтрующее средство 7-2 может быть выполнено различным образом. Оно может содержать один или более диэлектрических компонентов, и/или один или более резисторов, и/или одну или более емкостей, и/или одну или более индуктивностей, и/или один или более преобразователей. Оно может быть активным или пассивным, цифровым или аналоговым, симметричным или асимметричным и может быть воплощено с помощью различных способов, таким как способ среднего геометрического (gm-C technigue).
Резонатор, средства для приема и фильтрации могут быть встроены в один или более функциональные блоки. SIM-карта обозначена как 8-3, печатная плата мобильного устройства обозначена как 8-4, соединение пластины заземления 8-6 мобильного устройства с печатной платой 8-4 обозначено как 8-5 и пластины заземления мобильного устройства обозначены как 8-6.
Антенна или антенное устройство в соответствии с настоящим изобретением и вариантами его воплощения могут быть осуществлены различными путями. Первый и второй металлические слои могут поочередно или дополнительно быть проводниковыми или полупроводниковыми слоями из других материалов, отличных от металла, например из пластика. Заземление SIM-карты может быть соединено с заземлением мобильного устройства. Антенна может содержать первую металлическую пластину, которая располагается, по крайней мере, частично между первым диэлектрическим слоем и/или вторым диэлектрическим слоем, причем первый металлический слой пластины выполнен с возможностью соединения со вторым металлическим слоем пластины модуля идентификации абонента и/или мобильного устройства, в котором резонатор образуется между первым металлическим слоем 6-5 и вторым металлическим слоем. Когда в мобильном устройстве используется металлический слой, при размещении антенны в мобильном устройстве образуется резонатор.
Антенна может быть выполнена несколькими способами. Например, она может быть изготовлена из керамической детали со встроенным(и) элементом(ами) антенны с использованием метода приклеивания LTCC, или гибкой Печатной Платы (РСВ) с керамическими слоями, выполненными на обеих ее сторонах. Или же диэлектрический материал может быть напылен на поверхность керамического чипа антенны.
В соответствии с настоящим изобретением и вариантами его воплощения могут быть использованы различные диэлектрические материалы. Такие материалы содержат, например, SrТiO3 и BaxSr1-xTiO3. Эти материалы могут обладать очень большой диэлектрической постоянной (Er ~ 300 и даже больше) и малыми диэлектрическими потерями.
Если для слоев 3-2, 4-2 и 3-3, 4-3 используется диэлектрический материал, такой как SrТiO3 с диэлектрической постоянной, равной 300, длина электромагнитной волны в этом материале составит по существу 1/300 длины волны в свободном пространстве. Например, система GPS L1 может использовать частоту 1,575 ГГц с длиной волны около 190 мм. В указанном диэлектрическом материале длина волны равна 1/300 × 190 мм = 0,633 мм, а 1/4 длины волны равна соответственно 0,158 мм.
Настоящее изобретение и варианты его воплощения имеют много преимуществ. Оно рентабельно и просто в производстве, предлагая таким образом использование GPS приемника для таких условий, при которых антенны известного уровня техники не будут работать.
Для специалиста в данной области очевидно, что по мере развития техники концепция данного изобретения может быть воплощена различным образом. Настоящее изобретение и его варианты воплощения не ограничены вышеописанными примерами, но могут меняться в объеме формулы изобретения.
1. Антенна (2-10, 6-10) для мобильного устройства (1-1), содержащая принимающее средство (2-5, 3-1, 4-1, 5-1, 6-5, 7-6), предназначенное для приема сигнала от спутниковой системы позиционирования; отличающаяся тем, что антенна также содержит
согласующее устройство (2-4) для настройки принимающего средства на различные частоты от спутниковой системы позиционирования, содержащее
первый слой диэлектрического материала (2-4а, 2-4b, 3-2, 3-3, 5-2, 4-3, 5-2, 5-3, 6-4, 6-15); и
второй слой диэлектрического материала (2-4а, 2-4b, 3-2, 3-3, 5-2,4-3, 5-2,5-3, 6-4, 6-15), при этом принимающее средство (2-5, 3-1, 4-1, 5-1, 6-5, 7-6) расположено, хотя бы частично, между первым слоем диэлектрического материала (2-4а, 2-4b, 3-2, 3-3, 5-2, 4-3, 5-2, 5-3, 6-4, 6-15) и вторым слоем диэлектрического материала (2-4а, 2-4b, 3-2, 3-3, 5-2, 4-3, 5-2, 5-3, 6-4, 6-15).
2. Антенна (2-10) по п.1, отличающаяся тем, что первый слой диэлектрического материала (2-4а, 2-4b, 3-2, 3-3, 5-2, 4-3, 5-2, 5-3, 6-4, 6-15) и второй слой диэлектрического материала (2-4а, 2-4b, 3-2, 3-3, 5-2, 4-3, 5-2, 5-3, 6-4, 6-15) имеют одинаковые диэлектрические постоянные.
3. Антенна (2-10) по п.1, отличающаяся тем, что первый слой диэлектрического материала (2-4а, 2-4b, 3-2, 3-3, 5-2, 4-3, 5-2, 5-3, 6-4, 6-15) и второй слой диэлектрического материала (2-4а, 2-4b, 3-2, 3-3, 5-2, 4-3, 5-2, 5-3, 6-4, 6-15) имеют разные диэлектрические постоянные.
4. Антенна (2-10) по пп.1-3, отличающаяся тем, что, по крайней мере, один из диэлектрических слоев (2-4а, 2-4b, 3-2, 3-3, 5-2, 4-3, 5-2, 5-3, 6-4, 6-15) настроен на частоту сигнала.
5. Антенна (2-10) по п.4, отличающаяся тем, что диэлектрическая постоянная и/или диэлектрические потери и/или толщина, по крайней мере, одного из диэлектрических слоев (2-4а, 2-4b, 3-2, 3-3, 5-2, 4-3, 5-2, 5-3, 6-4, 6-15) настроены на частоту сигнала.
6. Антенна (2-10) по п.5, отличающаяся тем, что толщина первого диэлектрического слоя (2-4а, 2-4b, 3-2, 3-3, 5-2, 4-3, 5-2, 5-3, 6-4, 6-15) по существу равна толщине второго диэлектрического слоя (2-4а, 2-4b, 3-2, 3-3, 5-2, 4-3, 5-2, 5-3, 6-4, 6-15).
7. Антенна (2-10) по п.6, отличающаяся тем, что толщина диэлектрических слоев (2-4а, 2-4b, 3-2, 3-3, 5-2, 4-3, 5-2, 5-3, 6-4, 6-15) равна 1/4 или 1/2 длины волны принятого сигнала.
8. Антенна (2-10) по п.5, отличающаяся тем, что толщина первого диэлектрического слоя (2-4а, 2-4b, 3-2, 3-3, 5-2, 4-3, 5-2, 5-3, 6-4, 6-15) по существу в два раза больше, чем толщина второго диэлектрического слоя (2-4а, 2-4b, 3-2, 3-3, 5-2, 4-3, 5-2, 5-3, 6-4, 6-15).
9. Антенна (2-10) по п.8, отличающаяся тем, что толщина первого диэлектрического слоя (2-4а, 2-4b, 3-2, 3-3, 5-2, 4-3, 5-2, 5-3, 6-4, 6-15) по существу равна 1/2 длины волны принятого сигнала, а толщина второго диэлектрического слоя (2-4а, 2-4b, 3-2, 3-3, 5-2, 4-3, 5-2, 5-3, 6-4, 6-15) по существу равна 1/4 длины волны принятого сигнала.
10. Антенна (2-10) по любому из пп.1-9, отличающаяся тем, что принимающее средство (2-5, 3-1, 4-1, 5-1, 6-5), предназначенное для приема сигнала, содержит провод (2-5, 3-1, 4-1, 5-1).
11. Антенна (2-10) по любому из пп.1-9, отличающаяся тем, что принимающее средство (2-5, 3-1, 4-1, 5-1, 6-5), предназначенное для приема сигнала, содержит первый металлический слой (6-5) пластины, который, хотя бы частично, расположен между первым диэлектрическим слоем (2-4а, 2-4b, 3-2, 3-3, 5-2, 4-3, 5-2, 5-3, 6-4, 6-15) и вторым диэлектрическим слоем (2-4а, 2-4b, 3-2, 3-3, 5-2, 4-3, 5-2, 5-3, 6-4, 6-15), причем первый металлический слой пластины выполнен с возможностью соединения со вторым металлическим слоем пластины, посредством чего между первым металлическим слоем (6-5) и вторым металлическим слоем (6-5) образуется резонатор (6-5, 6-6).
12. Антенна (2-10) по п.11, отличающаяся тем, что резонатор (6-5, 6-6) является емкостным, индуктивным, диэлектрическим и/или неизлучающим.
13. Антенна (2-10) по п.11 или 12, отличающаяся тем, что второй металлический слой (6-6) пластины является слоем заземления (1-3, 3-6, 4-6, 5-6, 6-6), расположенным в мобильном устройстве (1-1).
14. Модуль идентификации абонента (1-4, 2-1), содержащий один или более контактов для соединения с мобильным устройством, отличающийся тем, что содержит антенну (2-10, 6-10) в соответствии с любым из предшествующих пп.1-13, причем антенна содержит первый металлический слой (6-5) пластины в качестве приемного средства, который, хотя бы частично, расположен между первым диэлектрическим слоем (2-4а, 2-4b, 3-2, 3-3, 5-2, 4-3, 5-2, 5-3, 6-4, 6-15) и вторым диэлектрическим слоем (2-4а, 2-4b, 3-2, 3-3, 5-2, 4-3, 5-2, 5-3, 6-4, 6-15), при этом первый металлический слой пластины выполнен с возможностью соединения со вторым диэлектрическим слоем пластины (6-6) модуля идентификации абонента, посредством чего между первым диэлектрическим слоем (6-5) и вторым диэлектрическим слоем (6-5) образуется резонатор (6-5, 6-6).
15. Модуль идентификации абонента (2-1) по п.14, отличающийся тем, что резонатор (6-5, 6-6) является емкостным, индуктивным, диэлектрическим и/или неизлучающим.
16. Модуль идентификации абонента (2-1) по пп.14 и 15, отличающийся тем, что второй металлический слой пластины (6-6) является слоем заземления.
17. Модуль идентификации абонента (2-1) по п.16, отличающийся тем, что расстояние (6-9) между металлическими слоями пластины (6-5, 6-6) выбирается на основе принимаемой частоты.
18. Модуль идентификации абонента (2-1) по п.17, отличающийся тем, что содержит средство для определения данных позиционирования, основанных, хотя бы частично, на сигнале спутниковой системы позиционирования.
19. Модуль идентификации абонента (2-1) по п.18, отличающийся тем, что содержит средство для передачи сигнала, принятого от спутниковой системы позиционирования, и/или данные позиционирования через один или более контактов.
20. Модуль идентификации абонента по любому из пп.17-19, отличающийся тем, что эффект нарушения настройки от изменения расстояния между первым металлическим слоем пластины и вторым металлическим слоем пластины компенсируется за счет диэлектрической постоянной диэлектрического слоя.
21. Антенное устройство (6-10) для приема сигнала от спутниковой системы позиционирования, встраиваемое в мобильное устройство, отличающееся тем, что содержит антенну (2-10, 6-10) по любому из пп.1-7, которая включает первый металлический слой (6-5) пластины в качестве приемного средства, который, хотя бы частично, расположен между первым диэлектрическим слоем (2-4а, 2-4b, 3-2, 3-3, 5-2, 4-3, 5-2, 5-3, 6-4, 6-15) и вторым диэлектрическим слоем (2-4а, 2-4b, 3-2, 3-3, 5-2, 4-3, 5-2, 5-3, 6-4, 6-15), при этом первый металлический слой пластины выполнен с возможностью соединения со вторым металлическим слоем пластины (6-6) мобильного устройства, в котором резонатор (6-5, 6-6) образуется между первым металлическим слоем пластины (6-5) и вторым металлическим слоем пластины (6-6), когда антенна установлена в мобильное устройство.
22. Антенное устройство (2-10) по п.21, отличающееся тем, что резонатор (6-5, 6-6) является емкостным, индуктивным, диэлектрическим и/или неизлучающим.
23. Антенное устройство (2-10) по п.21, отличающееся тем, что металлический слой пластины (6-6) является слоем заземления.
24. Антенное устройство (2-10) по п.23, отличающееся тем, что эффект нарушения настройки от изменения расстояния между первым металлическим слоем пластины (6-5) и вторым металлическим слоем пластины (6-6) компенсируется на основе значения диэлектрической постоянной материала для минимизации эффекта нарушения настройки.
25. Антенное устройство (2-10) по п.24, отличающееся тем, что расстояние между резонатором и пластиной заземления выбирается на основе значения принимаемой частоты.
26. Мобильное устройство (1-1), содержащее первую антенну для приема сигнала от мобильной системы связи, отличающееся тем, что содержит вторую антенну (2-10, 6-10) по любому из пп.1-13, модуль идентификации абонента (6-1) по любому из пп.14-20, или антенное устройство по любому из пп.21-25 для приема сигнала от спутниковой системы позиционирования.
