Internal handset antenna

Abstract

Tässä diplomityössä tutkittiin mahdollisuuksia toteuttaa kolmitaajuuspuhelimen sisäinen antenni GSM400-järjestelmän taajuusalueelle. Tärkeimmät matkapuhelinantenneille asetetut vaatimukset ovat laajakaistaisuus, korkea säteilyhyötysuhde ja pieni koko. Nämä kolme vaatimusta käyttäytyvät kuitenkin niin, että yhden ominaisuuden parantaminen heikentää toista. Suurin ongelma tässä työssä oli antennin sallittu koko, joka oli hyvin pieni käytössä olevan taajuuden aallonpituuteen verrattuna. Tämä väistämättä vaikutti kaistanleveyteen kaventavasti. Työn tarkoituksena oli löytää sopivat menetelmät kaistan leventämiseksi antennin koon pysyessä sallituissa rajoissa.

Aluksi työssä esiteltiin lyhyesti pienten antennien teoriaa ja matkapuhelinantenneilta vaadittuja ominaisuuksia. Seuraavaksi käytiin läpi keinoja, joilla voidaan pienentää antennia ja herättää monta resonanssia. Samoin eri vaihtoehtoja esiteltiin antennin syötön toteuttamiseksi. Tämän jälkeen erilaisia antennirakenteita tutkittiin simuloimalla, joista myös osa rakennettiin ja mitattiin.

Keinoja kaistanleveyden suurentamiseksi tutkittiin pidentämällä maatasoa sekä voimistamalla maatason ja liuskaelementin välistä kytkentää. Molemmat keinot toimivat, mutta kytkennän lisäämisellä saavutettiin 50 % enemmän kaistanleveyttä kuin maatason fyysisellä tai sähköisellä pidentämisellä sallittujen mittojen rajoissa. Alustavien tutkimusten mukaan nämä keinot eivät yhdessäkään riitä tarvittavaan kaistanleveyteen, mutta yhdistämällä tutkittuihin keinoihin kaksoisresonanssin toteuttaminen esimerkiksi sovituspiirillä, kuten tässä työssä, vaadittu kaistanleveysarvo 17 MHz saavutetaan.

Säteilijäelementtinä tutkittiin meanderoitua liuskaa sekä heliksiä. Molempien kaistanleveysominaisuudet, säteilyhyötysuhde sekä monitaajuustoiminta olivat suurin piirtein samanlaiset. Ainoastaan koossa oli eroja: heliksi meni paljon pienempään tilaan jätteen tilaa kolmitaajuuspuhelimen korkeammille taajuuksille.

Prototyyppejä mitattaessa erityistä huomiota piti kiinnittää mittauskaapelin säteilemisen estämiseksi kaapelin ympärillä käytetyn ferriitin vaikutukseen sekä kaapelin asentoon. Ferriitit aiheuttivat tuloksissa ylimääräisiä häviöitä, ja kaapelin asento puolestaan vaikutti näiden häviöiden suuruuteen. Luotettavien tulosten saamiseksi täytyy ottaa huomioon, miten järjestelmän eri komponentit vaikuttavat pienten antennien mittaukseen.