Methods for antenna frequency control and user effect compensation in mobile terminals

Abstract

<div lang="en" class="abs"><p class="abs_header">Abstract</p><p>In this thesis, new methods for mobile terminal antenna frequency control and user effect compensation are presented. The thesis is divided into two parts. The first part includes frequency reconfigurable and tuneable antennas for mobile terminals. At first, the efficient frequency reconfiguration methods for a slot-, planar inverted-F (PIFA) and inverted-F (IFA) antennas are presented. Methods are based either on the use of RF switches, or on variable capacitor loading. One of the frequency tuneable antennas is used for the antenna frequency bandwidth enhancement in an internal digital television reception antenna, offering a continuous tunability range from 470 MHz to 702 MHz with 8 MHz instantaneous bandwidth.</p><p>The second part of this thesis is concentrated on the user effect on the mobile terminal antennas, and especially, on the active compensation of the user-induced losses. At first, an experimental user effect study is conducted for triple-band PIFA and the body loss, comprising both the reflection loss and absorption loss, is characterized and formulated. It was observed that with the highly loaded mobile terminal antenna the majority of the losses are absorption losses and the user-induced reflection losses play a minor role.</p><p>An active method of compensating the body loss, and especially the absorptive part of it, is designed and developed in this thesis. The switchable two-antenna arrangement is applied to a dual-band top-bottom PIFA that yielded up to 9 dB compensation of the body loss with a specific phantom hand grips in the lower band (GSM 850). In the higher band (GSM 1900 and WCDMA) 2 dB compensation is obtained.</p><p>The same method is verified with two side by side-located PIFA and monopole configurations in order to compensate the effect of the user’s index finger. The losses from switching circuitry proved to be smaller than the benefit achieved by the compensation method.</p></div>

<div lang="fi" class="abs"><p class="abs_header">Tiivistelmä</p><p>Tässä työssä esitään uudenlaisia menetelmiä matkaviestinantennin taajuussäätöön ja käyttäjän vaikutuksen kompensointiin. Työ jakautuu kahteen osaan, joista ensimmäisessä käsitellään taajuussädettäviä matkaviestinantenneja. Aluksi esitetään tehokkaita taajuussäätömenetelmiä rako-, tasomainen käännetty-F- ja käännetty-F -tyyppisille antennirakenteille. Menetelmät perustuvat joko RF kytkimen tai säädettävän kapasitanssin käyttöön. Yhtä säätömenetelmää sovelletaan päätelaitteen sisäisen vastaanottoantennin taajuuskaistanleveyden kasvattamiseen. Säätömenetelmällä saavutettu jatkuva säätöalue on 470–702 MHz ja hetkellinen kaistanleveys on 8 MHz.</p><p>Työn toisessa osassa keskitytään käyttäjän matkaviestimen antennille aiheuttamaan vaikutukseen ja erityisesti käyttäjän aiheuttamien häviöiden kompensointiin. Aluksi esitetään kokeellinen tutkimus käyttäjän vaikutuksesta kolmikaistaiseen PIFA-antenniin. Tutkimuksessa arvioidaan kehohäviöiden määrää, antennin impedanssimuutoksesta aiheutuvaa heijastushäviötä ja absorptiohäviötä. Tutkimuksen perusteella absorptiolla on suurempi vaikutus kokonaishäviöön kuin heijastushäviöllä.</p><p>Työssä esitetään aktiivinen kehohäviön ja erityisesti absorptiohäviön kompensointimenetelmä. Menetelmässä antennikytkentää sovelletaan päätelaitteen ylä- ja alapäähän sijoitettuihin kaksitaajuus antenniin. Tutkimuksen perusteella todetaan, että tietyn käsiotteen aiheuttamia häviöitä voidaan kompensoida 9 dB matalammalla taajuuskaistalla (GSM 850) ja 2 dB korkeammalla taajuuskaistalla (GSM 900 ja WCDMA).</p><p>Kompensointimenetelmän toimivuus todennetaan myös kahdella monopoli- ja PIFA-antennirakenteella käyttäen erilaista antennijärjestelyä, jossa pääpaino on käyttäjän etusormesta johtuvien häviöiden kompensoinnissa. Antennikytkennän aiheuttamat häviöt ovat pienemmät kuin kompensointimenetelmällä saavutettu etu.</p></div>