CN102648551A - 天线匹配装置、天线装置及移动通信终端 - Google Patents

天线匹配装置、天线装置及移动通信终端 Download PDF

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Abstract

本发明提供可实现小型化并且容易进行阻抗特性设计的天线匹配装置、以及可在宽频带下使用的天线装置及移动通信终端。天线匹配装置包括：与第一辐射单元(15)连接的第一天线端子(35)、与第二辐射单元(16)连接的第二天线端子(36)、与馈电部C连接的馈电端子(33、34)；串联连接在天线端子(35)和天线端子(36)之间的天线耦合电路(耦合用电感元件L)；以及连接在天线端子(35、36)和馈电端子(33、34)之间的匹配部B。耦合用电感元件L和匹配部B与预定的基板形成为一体。匹配部B与信号线(11、12)串联连接，具有第一谐振电路(21)和第二谐振电路(22)，该第一谐振电路(21)和第二谐振电路(22)具有彼此不同的谐振频率，且彼此耦合。匹配部B与具有RF电路的馈电电路40连接。

Description

天线匹配装置、天线装置及移动通信终端
技术领域
本发明涉及天线匹配装置、天线装置及移动通信终端，特别涉及对于便携式电话等移动通信终端的天线而言是最合适的天线匹配装置、天线装置、及包括该天线装置的移动通信终端。
背景技术
以往，在移动通信终端中，使用一种用于使天线和与其连接的馈电部(包含RF电路)之间的阻抗进行匹配的匹配电路。作为这种匹配电路，如专利文献1所记载的那样，已知有将构成匹配电路的元件与多层基板形成一体化的技术。另一方面，专利文献2中记载了如下技术：为了形成宽频带的天线，使构成偶极子天线的两个辐射单元经由耦合用线圈元件进行耦合。
而若将构成所述匹配电路的元件和所述耦合用线圈元件作为分别独立的元器件进行搭载，则搭载用的空间增大，难以应用于要求小型化的移动通信终端。另外，还需要使这些元件的阻抗进行匹配，阻抗特性的设计变得复杂。
另一方面，以往，作为终端内置型的天线，如专利文献3的图15所记载的那样，已知有由底板、馈电点、单极子形状的天线辐射元件构成的天线，或者已知有上述文献3的图16所记载的反F天线。然而，这些天线的频带较窄，难以在宽频带下使用。
专利文献1：日本专利特开2004-336250号公报
专利文献2：日本实用新型实开昭62-24510号公报
专利文献3：日本专利特开2007-282091号公报
发明内容
因此，本发明的目的在于，提供可实现小型化并且容易进行阻抗特性设计的天线匹配装置。本发明的其它目的在于，提供可在宽频带下使用的天线装置及移动通信终端。
本发明的一个方式的天线匹配装置的特征在于，包括：
与第一辐射单元连接的第一天线端子、与第二辐射单元连接的第二天线端子、与馈电部连接的馈电端子；
串联连接在所述第一天线端子和所述第二天线端子之间的天线耦合电路；以及
连接在所述第一及第二天线端子和所述馈电端子之间的匹配电路，
所述天线耦合电路和所述匹配电路与预定的基板形成为一体。
所述天线匹配装置中，由于将用于使第一辐射单元和第二辐射单元进行耦合以实现宽频带化的天线耦合电路、和用于实现天线部和馈电部之间的阻抗匹配的匹配电路与预定的基板形成为一体，因此可集成为小型化，且容易进行阻抗特性设计。
本发明的第二方式的天线装置包括天线部、和与该天线部连接的匹配部，其特征在于，
所述天线部具有与一对信号线分别连接的第一辐射单元和第二辐射单元、以及使该第一辐射单元和第二辐射单元进行耦合的耦合元件，
所述匹配部与所述一对信号线串联连接，且具有第一谐振电路和第二谐振电路，该第一谐振电路和第二谐振电路具有彼此不同的谐振频率，且彼此耦合。
本发明的第三方式的移动通信终端内置有包括天线部、和与该天线部连接的匹配部的天线装置，其特征在于，
所述天线部具有与一对信号线分别连接的第一辐射单元和第二辐射单元、以及使该第一辐射单元和第二辐射单元进行耦合的耦合元件，
所述匹配部与所述一对信号线串联连接，且具有第一谐振电路和第二谐振电路，该第一谐振电路和第二谐振电路具有彼此不同的谐振频率，且彼此耦合，
所述匹配部与具有RF电路的馈电电路连接。
所述天线部中，与一对信号线分别连接的第一辐射单元和第二辐射单元通过耦合元件(优选为电感元件)进行耦合，从而在宽频带下增益较大。所述匹配部与一对信号线串联连接，且具有第一谐振电路和第二谐振电路，该第一谐振电路和第二谐振电路具有彼此不同的谐振频率，且彼此耦合，从而使所述天线部的阻抗与馈电电路的阻抗在宽频带下进行匹配。这样，通过包括宽频带的天线部、和可在宽频带下进行阻抗匹配的匹配部，从而本发明所涉及的天线装置可在宽频带下使用。
根据第一方式的天线匹配装置，可实现小型化，且容易进行阻抗特性设计。另外，根据第二及第三方式的天线装置及移动通信终端，通过包括宽频带的天线部、和可在宽频带下进行阻抗匹配的匹配部，从而可进行宽频带下的通信。
附图说明
图1是表示包括天线匹配装置的天线装置的第一例的框图。
图2是表示构成所述天线装置的天线部的相对于频率的增益的曲线图。
图3是表示所述天线部的阻抗的史密斯图。
图4是表示构成所述天线装置的匹配部的阻抗的史密斯图。
图5是表示所述匹配部的相对于频率的反射特性的曲线图。
图6是表示匹配部的变形例1的等效电路图。
图7是表示匹配部的变形例2的等效电路图。
图8是表示包括天线匹配装置的天线装置的第二例的框图。
图9是表示包括天线匹配装置的模块例1的俯视图。
图10是表示所述天线匹配装置的立体图。
图11是表示所述天线匹配装置的剖视图。
图12是表示包括天线匹配装置的模块例2的俯视图。
图13表示天线装置的模块例3，(A)是俯视图，(B)是主要部分的剖视图。
图14表示天线装置的模块例4，(A)是俯视图，(B)是剖视图。
图15表示天线装置的模块例5，(A)是俯视图，(B)是柔性基板部的剖视图，(C)是表示柔性基板部的变形例的剖视图。
具体实施方式
下面，参照附图，说明本发明所涉及的天线匹配装置、天线装置及移动通信终端的实施例。此外，各附图中，对相同构件、部分附加共同的标号，并省略重复的说明。
(实施例1，参照图1～图5)
图1所示的天线装置包括天线匹配装置5，大致包括天线部A、与该天线部A连接的匹配部B，在匹配部B连接有馈电部C。馈电部C组装入便携式电话等移动通信终端。由天线部A和匹配部B构成的天线装置如下所述形成模块化(参照图9～图12)，并被搭载于移动通信终端。
天线部A具有与一对信号线11、12分别连接的第一辐射单元15和第二辐射单元16、以及使该第一和第二辐射单元15、16耦合的耦合电路(耦合用电感元件L)。
匹配部B具有由第一电感元件L1和第一电容元件C1构成的第一谐振电路21、以及由第二电感元件L2和第二电容元件C2构成的第二谐振电路22。第一和第二谐振电路21、22与一对信号线11、12串联连接，具有彼此不同的谐振频率，且第一和第二电感元件L1、L2通过互感彼此进行磁耦合。各电感元件L1、L2由线圈导体构成，该线圈导体卷绕成使得由这些电感元件所产生的磁通形成闭合磁路。因而，各电感元件L1、L2的耦合度极高，为0.7～1.0。
详细而言，第一电感元件L1的一端与第二电感元件L2的一端连接，第一电感元件L1的另一端经由第一电容元件C1与第二电感元件L2的另一端连接。另外，第一和第二电感元件L1、L2的一端经由端子32与第二辐射单元16连接。第二电感元件L2的另一端经由第二电容元件C2和端子31与第一辐射单元15连接。而且，在第一谐振电路21和馈电部之间连接有第三电容元件C3。
馈电部C包括具有未图示的RF电路的馈电电路40。馈电电路40的一端经由端子33与第三电容元件C3连接，另一端被降至接地GND，并且经由端子34与第一和第二电感元件L1、L2的一端连接。即，馈电部C为不平衡型，接地GND的规模有限。
这里，若举例示出各元件的数值，则例如耦合用电感元件L为12nH，第一电感元件L1为11nH，第二电感元件L2为12nH，第一电容元件C1为4pF，第二电容元件C2为3.5pF，第三电容元件C3为1pF。
以上的结构中，天线部A中，与一对信号线11、12分别连接的第一辐射单元15和第二辐射单元16通过耦合元件、即电感元件L进行耦合，从而在宽频带下增益较大。具体而言，如图2所示，在900MHz～2.0GHz的范围都具有良好的增益。频率f0是没有耦合元件(电感元件L)时的谐振频率，通过耦合元件来解除简并，出现谐振频率f1、f2，可实现宽频带。
另外，第一和第二辐射单元15、16的形状是任意的，但根据其形状可使辐射指向性具有优选的特性。另一方面，天线部A的增益为正的区域中的阻抗如图3的史密斯图所示，偏差较大，通常为5～30Ω。此外，馈电电路40的阻抗通常为50Ω。
匹配部B与一对信号线11、12串联连接，且具有第一谐振电路21和第二谐振电路22，该第一谐振电路21和第二谐振电路22具有彼此不同的谐振频率，且彼此耦合，从而使天线部A的阻抗和馈电电路40的阻抗在宽频带下进行匹配。具体而言，匹配部B如图4的史密斯图所示，可使天线部A的阻抗的实部调至50Ω。另外，匹配部B如图5所示，在900MHz～2.0GHz的范围都具有良好的反射特性。此外，匹配部B不会影响到阻抗的虚部，虚部成为各种值。
这样，图1所示的天线装置包括宽频带的天线部A、和可在宽频带下进行阻抗匹配的匹配部B，从而可在宽频带下使用。关于天线部A的电学长度，从阻抗匹配这一点出发，优选为λ/2(λ为使用频率)或λ/2以下。其对于防止因天线的阻抗变化较大而出现的在特定的频带中具有反谐振点(未起到作为天线的作用的点)这一情况的发生是有效的方法。
另外，在匹配部B中，LC谐振电路的级数也可构成为大于2的多级，若构成为多级，则容易取得阻抗匹配。这一点在如下所示的变形例1、2中也相同。
(匹配部的变形例1，参照图6)
作为变形例1如图6所示，所述匹配部B也可将第一和第二电感元件L1、L2的一端经由第四电容元件C4与信号线12连接。
(匹配部的变形例2，参照图7)
作为变形例2如图7所示，所述匹配部B也可省去第三电容元件C3和第四电容元件C4。
(实施例2，参照图8)
图8所示的天线装置包括天线匹配装置5，使馈电部C成为平衡型，其他结构与图1所示的天线装置相同。因而，图8所示的天线装置的作用效果与图1所示的天线装置相同。
(模块例1，参照图9)
图9中示出将所述天线装置形成模块化后的例1。该模块例1中，使搭载于便携式电话等移动通信终端的印刷布线基板60中内置的接地电极61兼用作第二辐射单元(16)。第一辐射单元15作为导体膜形成在基板70的表面，经由形成于柔性基板65的导体66与连接器55连接。
在印刷布线基板60上，配置有用于与构成便携式电话等移动通信终端的各种电路的IC元器件、片型的各种元件及馈电部C连接的连接器55等。另外，在印刷布线基板60上搭载有天线匹配装置5。该天线匹配装置5由多层基板62构成，该多层基板62将匹配部B、耦合用电感元件L形成为多层并由陶瓷或者树脂等电介质层组成。
这样若预先将天线装置形成为一体而形成模块化，则容易进行将天线装置搭载于便携式电话等移动通信终端的作业，另外，能够仅通过局部地重新设计匹配部B等，从而使其与各种规格的移动通信终端相适应，容易进行天线装置自身的设计。
(天线匹配装置，参照图10及图11)
如图11所示，在构成天线匹配装置5的多层基板62的上层部，作为第一谐振电路21分别内置有形成为线圈状的第一电感元件L1和第一电容元件C1以作为内部导体，作为第二谐振电路22分别内置有形成为线圈状的第二电感元件L2和第二电容元件C2以作为内部导体。另外，内置有第三电容元件C3以作为内部导体。而且，在多层基板62的下层部，内置有耦合用电感元件L以作为内部导体。
所述内部导体与配置于多层基板62的表面的外部端子33～36(参照图10)连接。即，第一谐振电路21和第二谐振电路22经由第三电容元件C3与外部端子33连接，并且与外部端子34连接(等效电路中的连接关系参照图1)，与馈电部3连接。另外，耦合用电感元件L经由外部端子35与第一辐射单元15连接，并且经由外部端子36与第二辐射单元16连接。
即，天线匹配装置5包括：与第一辐射单元15连接的第一天线端子35、与第二辐射单元16连接的第二天线端子36、与馈电部C连接的馈电端子33、34；串联连接在第一天线端子35和第二天线端子36之间的天线耦合电路(耦合用电感元件L)；以及连接在第一及第二天线端子35、36和馈电端子33、34之间的匹配部B。
对于由上述结构组成的天线匹配装置5，由于将用于使第一辐射单元15和第二辐射单元16进行耦合以实现宽频带化的天线耦合电路(耦合用电感元件L)、以及用于实现天线部A和馈电部C之间的阻抗匹配的匹配电路(匹配部B)与预定的多层基板62形成为一体，因此可集成为小型化，容易进行阻抗特性设计。
而且，由于在第一电感元件L1及第二电感元件L2、和耦合用电感元件L之间设置有具有第一电容元件C1及第二电容元件C2的电介质层，因此能够尽量地消除电感元件L1、L2和电感元件L之间的磁耦合。
(模块例2，参照图12)
图12中示出将所述天线装置形成模块化后的例2。该模块例2中，使搭载于便携式电话等移动通信终端的印刷布线基板70中内置的接地电极71兼用作第二辐射单元(16)。第一辐射单元15作为导体膜形成在基板80的表面。而且，在该基板80上搭载有天线匹配装置5、连接器56。该天线匹配装置5在图10及图11中示出。
在印刷布线基板70上，配置有用于与构成便携式电话等移动通信终端的各种电路的IC元器件、片型的各种元件及馈电部C连接的连接器55等。连接器55将天线匹配装置5和第二辐射单元16连接，连接器56将天线匹配装置5和匹配部B连接。
作为模块例2构成天线装置的效果如所述模块例1所说明的那样。另外，关于天线匹配装置5的作用效果也如参照10及图11所说明的那样。
(模块例3，参照图13)
图13(A)、(B)中示出将所述天线装置形成模块化后的例3。该模块例3使用由液晶聚合物、环氧类树脂组成的基板50，基板50由刚性基板部50a、50b和柔性基板部50c构成。在刚性基板部50a，配置有第一辐射单元15及匹配部B、耦合用电感元件L，而且，配置有用于将匹配部B等与馈电部C连接的连接器55。电感元件L、L1、L2以内置于基板部50a的区域51中的状态形成为多层，片型的电容元件C1、C2、C3安装在基板部50a的表面的区域51上。
第二辐射单元16以内置的状态形成于另一个刚性基板部50b。该第二辐射单元16经由形成于柔性基板部50c的导体部56与连接器55连接。
这样若预先将天线装置形成为一体而形成模块化，则容易进行将天线装置搭载于便携式电话等移动通信终端的作业，另外，能够仅通过局部地重新设计匹配部B等，从而使其与各种规格的移动通信终端相适应，容易进行天线装置自身的设计。
(模块例4，参照图14)
图14(A)中示出将所述天线装置形成模块化后的例4。该模块例4中，使搭载于便携式电话等移动通信终端的印刷布线基板60中内置的接地电极61兼用作第二辐射单元(16)。第一辐射单元15作为导体膜形成在基板70的表面，经由形成于柔性基板65的导体66与连接器55连接。
在印刷布线基板60上，配置有用于与构成便携式电话等移动通信终端的各种电路的IC元器件、片型的各种元件及馈电部C连接的连接器55等。另外，在印刷布线基板60上搭载有多层基板62，该多层基板62将匹配部B、耦合用电感元件L形成为多层并由陶瓷或者树脂组成。
如图14(B)所示，在所述多层基板62的上层部，作为第一谐振电路21分别内置有形成为线圈状的第一电感元件L1和第一电容元件C1以作为内部导体，作为第二谐振电路22分别内置有形成为线圈状的第二电感元件L2和第二电容元件C2以作为内部导体。另外，内置有第三电容元件C3以作为内部导体。而且，在多层基板62的下层部，内置有耦合用电感元件L以作为内部导体。这些内部导体经由配置于多层基板62的表面的外部电极63a、63b与第一和第二辐射单元15、16、馈电部C连接。
作为模块例4构成天线装置的效果如所述模块例3所说明的那样。
(模块例5，参照图15)
图15(A)中示出所述天线装置的模块例5。该模块例5中，使搭载于便携式电话等移动通信终端的印刷布线基板70中内置的接地电极71兼用作第二辐射单元(16)。第一辐射单元15作为导体膜形成在基板80的表面。而且，在该基板80上，搭载有内置了匹配部B、耦合用电感元件L的所述多层基板62。
在印刷布线基板70上，配置有用于与构成便携式电话等移动通信终端的各种电路的IC元器件、片型的各种元件及馈电部C连接的连接器55等。
如图15(B)所示，内置于所述多层基板62的匹配部B、耦合用电感元件L经由内置于基板80的刚性基板部80a中的内部导体85与第一辐射单元15连接，且经由形成于柔性基板部80b的内部导体86与连接器55、接地电极71(第二辐射单元16)连接。
此外，如图15(C)所示，匹配部B、耦合用电感元件L也可作为内部导体形成为多层而内置于刚性基板部80a。
作为模块例5构成天线装置的效果如所述模块例3所说明的那样。
(其它实施例)
此外，本发明所涉及的天线匹配装置、天线装置及移动通信装置并不局限于所述实施例，当然可在其要点的范围内进行各种改变。
工业上的实用性
如上所述，本发明对于天线匹配装置、天线装置及移动通信终端是有用的，特别是在可实现小型化并且容易进行阻抗特性设计这一点、以及可在宽频带下使用这一点上是优异的。
标号说明
A…天线部
B…匹配部
C…馈电部
5…天线匹配装置
11、12…信号线
15…第一辐射单元
16…第二辐射单元
21…第一谐振电路
22…第二谐振电路
33、34、35、36…外部端子
40…馈电电路
62…多层基板
L…耦合用电感元件
L1、L2…电感元件
C1、C2、C3…电容元件
50、60、62、70、80…基板

Claims (18)

1.一种天线匹配装置，其特征在于，包括：
与第一辐射单元连接的第一天线端子、与第二辐射单元连接的第二天线端子、与馈电部连接的馈电端子；
串联连接在所述第一天线端子和所述第二天线端子之间的天线耦合电路；以及
连接在所述第一及第二天线端子和所述馈电端子之间的匹配电路，
所述天线耦合电路和所述匹配电路与预定的基板形成为一体。
2.如权利要求1所述的天线匹配装置，其特征在于，
所述天线耦合电路包含耦合用电感元件。
3.如权利要求1或2所述的天线匹配装置，其特征在于，
所述匹配电路包含第一谐振电路及第二谐振电路，第一谐振电路和第二谐振电路彼此进行磁耦合。
4.如权利要求3所述的天线匹配装置，其特征在于，
第一谐振电路包含第一电感元件，第二谐振电路包含第二电感元件，该第一电感元件和第二电感元件彼此进行磁耦合。
5.如权利要求4所述的天线匹配装置，其特征在于，
第一谐振电路还包含第一电容元件，且与第一电感元件构成LC谐振电路，
第二谐振电路还包含第二电容元件，且与第二电感元件构成LC谐振电路。
6.如权利要求3至5中的任一项所述的天线匹配装置，其特征在于，
第一谐振电路和第二谐振电路具有彼此不同的谐振频率。
7.如权利要求1至6中的任一项所述的天线匹配装置，其特征在于，
所述天线耦合电路和所述匹配电路内置于层叠多个电介质层而形成的多层基板。
8.如权利要求7所述的天线匹配装置，其特征在于，
第一电感元件及第二电感元件、和耦合用电感元件形成于不同的电介质层。
9.如权利要求8所述的天线匹配装置，其特征在于，
在第一电感元件及第二电感元件、和耦合用电感元件之间设置有具有第一电容元件及第二电容元件的电介质层。
10.一种天线装置，包括天线部、和与该天线部连接的匹配部，其特征在于，
所述天线部具有与一对信号线分别连接的第一辐射单元和第二辐射单元、以及使该第一辐射单元和第二辐射单元进行耦合的耦合元件，
所述匹配部与所述一对信号线串联连接，且具有第一谐振电路和第二谐振电路，该第一谐振电路和第二谐振电路具有彼此不同的谐振频率，且彼此耦合。
11.如权利要求10所述的天线装置，其特征在于，
所述匹配部与平衡馈电型或不平衡馈电型的馈电部连接。
12.如权利要求10或11所述的天线装置，其特征在于，
第一谐振电路包含第一电感元件，第二谐振电路包含第二电感元件，该第一电感元件和第二电感元件彼此进行磁耦合。
13.如权利要求12所述的天线装置，其特征在于，
第一谐振电路还包含第一电容元件，且与第一电感元件构成LC谐振电路，
第二谐振电路还包含第二电容元件，且与第二电感元件构成LC谐振电路。
14.如权利要求13所述的天线装置，其特征在于，
第一电感元件的一端与第二电感元件的一端连接，第一电感元件的另一端经由第一电容元件与第二电感元件的另一端连接。
15.如权利要求13所述的天线装置，其特征在于，
第一电容元件连接在第一电感元件和第二电感元件之间，第二电容元件连接在第二电感元件和第一辐射单元之间。
16.如权利要求10至15中的任一项所述的天线装置，其特征在于，
还在第一谐振电路和所述馈电部之间连接有第三电容元件。
17.如权利要求10至16中的任一项所述的天线装置，其特征在于，
使第一辐射单元和第二辐射单元进行耦合的耦合元件是电感元件。
18.一种移动通信终端，内置有包括天线部、和与该天线部连接的匹配部的天线装置，其特征在于，
所述天线部具有与一对信号线分别连接的第一辐射单元和第二辐射单元、以及使该第一辐射单元和第二辐射单元进行耦合的耦合元件，
所述匹配部与所述一对信号线串联连接，且具有第一谐振电路和第二谐振电路，该第一谐振电路和第二谐振电路具有彼此不同的谐振频率，且彼此耦合，
所述匹配部与具有RF电路的馈电电路连接。
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