CN101611517B - 天线 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种天线，其特征在于，包括：介电材料的基板(100)；第一不同介电常数区域(102a)，设置在所述基板内，并具有与所述基板的介电常数不同的介电常数；以及第一天线元件(101a)，设置在所述基板的表面上。另外，还提供一种天线，其特征在于，包括：介电材料的基板(100)；以及设置在所述基板的表面上的U字形状的第一天线元件(101a)。

Description

天线

技术领域

本发明涉及天线。

背景技术

近年来，随着通信需求的扩大，便携式电话等小型无线设备被广泛地应用。小型无线设备大多在壳体中内置有天线。内置天线需要适于实现小型化和轻便性，并且成本低、性能优良。另外，在日常生活中，由于人直接碰触无线设备时的影响、或者位于无线设备附近的导体的影响，对辐射特性的影响大，因此性能将会随之变化。因此，对由外部影响导致的特性变化小的天线的需求增强。

根据以往的主要的天线种类，由于一旦减小天线的尺寸就无法获得天线增益(antenna gain)，因此无法使天线变小。另外，由于天线本身所具有的共振频率的带宽小，因此出现了以下等现象：由于外部的影响而导致共振频率改变，由此电压驻波比变差，导致电池的消耗量上升，造成电池消耗的浪费。另外，由于嵌入有小型无线设备的壳体的影响，辐射模式会受到影响，因此天线的设计非常困难。

另外，要求提供以下天线：天线尺寸容易小型化，并且当将天线安装在无线设备壳体等上时，能够确保天线的辐射特性的性能不会根据被安装的壳体而发生变化。并且，实现不会由于人体的影响或者放置在天线周围的导体的影响而产生共振频率的变化或者电压驻波比的变化的天线成为了课题。

下述的专利文件1公开了所占空间小的适用于小型化的印刷型(print-type)正交偶极子天线(cross dipole antenna)。另外，下述的专利文件2公开了一种天线，该天线被用于移动通信中的基站天线装置，能够获得双共振特性(two resonant characteristics)，并且小型、构造简单、容易制造。另外，下述的专利文件3公开了共用多个频带并使其中的特定频带具有较宽带域的偶极子天线装置。

专利文件1：日本专利文献特开2001-168637号公报；

专利文件2：日本专利文献特开2003-209429号公报；

专利文件3：日本专利文献特开2000-278025号公报。

发明内容

本发明的目的在于提供一种能够使共振频率带宽变宽的天线。

本发明的天线的特征在于，包括：介电材料的基板；第一不同介电常数区域，设置在所述基板内，并具有与所述基板的介电常数不同的介电常数；以及第一天线元件，设置在所述基板的表面上。

另外，本发明的天线的特征在于，包括：介电材料的基板；以及设置在所述基板的表面上的U字形状的第一天线元件。

附图说明

图1是表示当透视基板时的基板的表面和背面的图；

图2是表示基板的表面的图；

图3是表示基板的背面的图；

图4是用于详细地说明天线元件的图；

图5是表示基板的表面的第一天线元件和背面的第二天线元件的立体图；

图6是第一天线元件和第二天线元件相互重叠的区域的截面图；

图7是表示本实施方式的天线的测量结果的曲线图；

图8是表示本实施方式的天线的测量结果的史密斯圆图。

具体实施方式

图1～图3是表示本发明的实施方式的偶极子天线的构成示例的图，是从同一方向观察的图。图2是表示基板100的表面的图，图3是表示基板100的背面的图，图1是表示透视基板100时的基板100的表面和背面的图。

本实施方式的天线用于便携式电话机、无绳电话机、无线通信PC(个人计算机)卡、USB数据通信无线设备、RF-ID等小型无线设备等。

基板100是介电材料的基板，例如为环氧玻璃基板(FR4)。基板100优选为高介电体的基板。基板100具有两个通孔102a和102b。通孔102a和102b具有方孔形状。

参照图2对基板100的表面图案(pattern)进行说明。在基板100的表面上设置有铜箔的第一天线元件101a和接地区域103。第一天线元件101a具有U字形状。

接下来，参照图3对基板100的背面图案进行说明。在基板100的背面上设置有铜箔的第二天线元件101b和接地区域103。第二天线元件101b具有U字形状。

基板100的表面和背面的接地区域103经由接地区域103内的通孔相互连接。通孔102a设置在第一天线元件101a的U字的内部，通孔102b设置在第二天线元件101b的U字的内部。

第一天线元件101a的端部经由开关201与通信电路202或203连接。通信电路202是接收电路，通信电路203是发送电路。第一天线元件101a是从发送电路203进行供电的有源天线元件。在基板100的背面上，第二天线元件101b的端部与接地区域103连接。第二天线元件101b是无源天线元件。

图4是与图1对应的、用于详细地说明第一天线元件101a和101b的图。第一天线元件101a具有无线电波辐射用天线区域401a和阻抗匹配用天线区域402a。第二天线元件101b具有无线电波辐射用天线区域401b和阻抗匹配用天线区域402b。无线电波辐射用天线区域401a和401b是用于进行无线电波辐射的区域。阻抗匹配用天线区域402a和402b是用于进行阻抗匹配的区域。发送电路203的输出端在50Ω上进行匹配。在天线的试制阶段，通过调整阻抗匹配用天线区域402a和402b的长度，使天线元件101a和101b的阻抗为50Ω以实现匹配。通过阻抗匹配，天线元件101a和101b能够防止来自发送电路203的发送波的反射。

第一天线元件101a和第二天线元件101b具有透过基板100投影的区域相互重叠的区域403和除此之外的不重叠的区域。区域403是不作为天线发挥功能的区域。通过调整区域403和除此之外的区域之间的边界位置，能够调整作为天线工作的频带。

图5是表示基板100的表面上的第一天线元件101a和背面上的第二天线元件101b的立体图。第一天线元件101a和第二天线元件101b具有以线501为中心的、透过基板100投影的区域相互重叠的区域403。

图6是第一天线元件101a和第二天线元件101b相互重叠的区域403的截面图。第一天线元件101a设置在基板100的表面，第二天线元件101b设置在基板100的背面。第一天线元件101a和第二天线元件101b具有以夹持基板100的方式设置的共面(微带线)构造。由此，能够使天线元件101a和101b较短，从而能够使天线小型化。天线元件101a和101b的长度由共振频率的波长决定。在相互重叠的区域403中，第一天线元件101a的宽度比第二天线元件101b的宽度窄。由此，能够防止无线电波601的辐射。

在相互重叠的区域403的第一天线元件101a上设置有与图2的通信电路202或203的连接点。即，第一天线元件101a在一个端部设置有与通信电路202或203的连接点，在另一个端部具有作为用于阻抗匹配的折回图案的阻抗匹配用天线区域402a。

同样地，第二天线元件101b在一个端部设置有与图3的接地区域103的连接点，在另一个端部具有作为用于阻抗匹配的折回图案的阻抗匹配用天线区域402b。

阻抗匹配用天线区域402a和402b设置在上述相互不重叠的区域的端部。

根据本实施方式，将天线元件101a和101b配置在介电材料基板100的表面和背面，由此通过介电材料基板100的介电常数，缩短了信号的电长度。由此，能够使天线元件101a和101b较短，从而能够使天线小型化。另外，通过将天线元件101a和101b弯曲成U字形状，能够使天线本身所具有的共振频带变宽。

另外，将天线元件101a和101b的开放端侧向内侧弯曲来设置阻抗匹配用天线区域402a和402b。阻抗匹配用天线区域402a和402b为用于阻抗匹配的区域。天线元件101a和101b能够分成用于阻抗匹配的区域402a、402b和用于无线电波辐射的区域401a、401b。

另外，通过将方孔形状的通孔102a和102b设置在天线元件101a和101b的附近，产生了介电常数的不连续性。环氧玻璃基板101的介电常数εr为4.8，存在于通孔102a和102b中的空气的介电常数εr为1。由于该介电常数的不连续性，天线元件101a和101b从高频的角度来讲作为独立的单体而存在，能够使天线的共振频率的带宽变宽。由此，使得不容易受到由于嵌入天线的无线设备的壳体的影响、配置在附近的导体的影响、或者人体碰触时的影响而导致的无线电波辐射特性的影响。

图7和图8是表示本实施方式的天线的共振频率带宽的测量结果的图。图7是表示频率和电压驻波比(VSWR)的关系的曲线图，图8是史密斯圆图。

在测量实验中，使频率从1.45[GHz]变化至2.95[GHz]来测量图7的电压驻波比和图8的阻抗。当电压驻波比为1时，由于阻抗是匹配的，因此天线的阻抗为50Ω。图8的史密斯圆图的中心(正中)表示50Ω。如果电压驻波比小于等于2，则可以说天线特性良好。电压驻波比小于等于2的频率带宽为1.84[GHz]～2.71[GHz]。将该能够使用的频率带宽称为“比带宽”。比带宽可以用下式表示。

对在图1中没有通孔102a和102b、并且天线元件101a和101b为直线形状的天线的第一比较例进行了同样的测量，结果比带宽为25％。

另外，对在图1中没有通孔102a和102b、并且天线元件101a和101b为U字形状的天线的第二比较例进行了同样的测量，结果比带宽为30％。通过使天线元件101a和101b为U字形状，与第一比较例相比，能够使比带宽更宽。

另外，对如上述本实施方式那样设置有通孔102a和102b、并且天线元件101a和101b为U字形状的天线进行了同样的测量，结果比带宽f为38％。通过设置通孔102a和102b，与第二比较例相比，能够使比带宽变得更宽。与第一比较例相比，本实施方式能够使比带宽变宽13％以上。

通孔102a和102b用于产生基板100的介电常数的不连续性，因此也可以在通孔102a和102b中设置介电常数与基板100的介电常数不同的材料。

也就是说，区域102a和102b只要是设置在基板100内的、介电常数与基板100的介电常数不同的不同介电常数区域即可。也可以如上述实施方式那样为基板100内的通孔。另外，不同介电常数区域102a和102b也可以通过在贯穿基板100的区域内设置所述介电常数不同的材料来构成。所述介电常数不同的材料例如为聚四氟乙烯(polytetrafluoroethylene)(介电常数εr＝18.6～68.4)、ABS(丙烯酸脂-丁二烯-苯乙烯)树脂(介电常数

)、或者乙烯基树脂(介电常数

)等。

虽然以不同介电常数区域102a和102b为U字形状的情况为例进行了说明，但是不限于此，也可以是L字形状等。第一不同介电常数区域102a与第一天线元件101a相邻地设置，第二不同介电常数区域102b与第二天线元件101b相邻地设置。

根据本实施方式，通过设置不同介电常数区域102a和102b、以及/或者使天线元件101a和101b为U字形状，能够使共振频带变宽，并且能够降低由于外部影响而导致的无线电波辐射特性的变化。

上述实施方式均只是表示用于实施本发明的具体的示例，不能理解为据此对本发明的技术范围进行限定性的解释。也就是说，可以在不脱离本发明的技术思想或者其主要特征的情况下通过各种方式来实施本发明。

产业上的可利用性

能够使共振频带变宽，并且能够降低由于外部影响而导致的无线电波辐射特性的变化。

Claims (15)

1.一种天线，其特征在于，包括：

介电材料的基板；

第一不同介电常数区域，设置在所述基板内，并具有与所述基板的介电常数不同的介电常数；以及

U字形状的第一天线元件，设置在所述基板的表面上，

所述第一不同介电常数区域设置在所述第一天线元件的U字内。

2.如权利要求1所述的天线，其特征在于，

所述第一不同介电常数区域为所述基板内的通孔。

3.如权利要求1所述的天线，其特征在于，

在所述第一不同介电常数区域中，在贯穿所述基板的区域内设置有所述具有不同介电常数的材料。

4.如权利要求1所述的天线，其特征在于，

所述第一不同介电常数区域与所述第一天线元件相邻地设置。

5.如权利要求1所述的天线，其特征在于，

所述第一天线元件在其端部具有用于阻抗匹配的折回图案。

6.如权利要求1所述的天线，其特征在于，

还包括设置在所述基板的背面上的第二天线元件，

第一天线元件和第二天线元件分别包括覆盖对应的不同介电常数区域的U字形状的天线区域和阻抗匹配用天线区域，

所述阻抗匹配用天线区域分别设置在位于第一天线元件和第二天线元件相互不重叠的区域的对应的天线元件的开放端。

7.如权利要求6所述的天线，其特征在于，

所述第一和第二天线元件具有透过所述基板而投影的区域相互重叠的区域、以及相互不重叠的区域。

8.如权利要求7所述的天线，其特征在于，

在所述互相重叠的区域中，所述第一天线元件的宽度比所述第二天线元件的宽度窄。

9.如权利要求6所述的天线，其特征在于，

所述第一天线元件与通信电路连接，所述第二天线元件接地。

10.如权利要求9所述的天线，其特征在于，

还具有设置在所述基板的表面和背面上的接地区域，

所述第二天线元件与所述接地区域连接。

11.如权利要求9所述的天线，其特征在于，

所述第一和第二天线元件具有透过所述基板而投影的区域相互重叠的区域、以及相互不重叠的区域，

在所述相互重叠的区域的第一天线元件上设置有与所述通信电路的连接点。

12.如权利要求11所述的天线，其特征在于，

在所述第一天线元件的一个端部设置有与所述通信电路的连接点。

13.如权利要求12所述的天线，其特征在于，

所述第一天线元件在其另一个端部具有用于阻抗匹配的折回图案。

14.如权利要求13所述的天线，其特征在于，

所述第二天线元件在其端部具有用于阻抗匹配的折回图案。

15.如权利要求6所述的天线，其特征在于，

还具有第二不同介电常数区域，所述第二不同介电常数区域设置在所述基板内，并具有与所述基板的介电常数不同的介电常数，

所述第一不同介电常数区域与所述第一天线元件相邻地设置，所述第二不同介电常数区域与所述第二天线元件相邻地设置。

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