CN102959802A - 天线装置和无线通信装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种天线装置和无线通信装置。该天线装置包括：2个天线元件(A1、A2)；2个供电线路(L1、L2)；在天线元件(A1)的一端所设置的供电点(P1)；以及在天线元件(A2)的一端所设置的供电点(P2)。供电线路(L1、L2)从供电点(P1、P2)起在第1方向上延伸。天线元件(A1)从供电点(P1)起在与第1方向垂直的第2方向上延伸，天线元件(A2)从供电点(P2)起在与第2方向反向的第3方向上延伸。天线装置包括在与供电点(P1、P2)邻接的位置上具有与供电线路(L1、L2)的接地导体连接的一端并从与供电点(P1、P2)邻接的位置起在第1方向上延伸的套筒元件(S0)。

Description

天线装置和无线通信装置
技术领域
本发明主要涉及诸如便携式电话机等的移动体通信装置用的天线装置和包括它的无线通信装置。
背景技术
便携式电话机等的便携式无线通信装置的小型化和薄型化正在迅速发展。便携式无线通信装置不仅被用作现有技术的电话机，而且已被改装在进行电子邮件的接收发送或者进行由WWW(万维网)实现的网页的阅览等的数据终端机上。而且，处理信息也从现有的声音或者文字信息向照片或者运动图像发展而实现大容量化，从而要求通信质量的进一步提高。
在这样的状况下，提出了在规定的频带中降低电磁耦合、从而能够进行高速无线通信的阵列天线装置。
根据专利文献1，公开了使用扼流的阵列天线装置，通过扼流效应，能够降低天线元件间的电磁耦合。
另一方面，作为公知的技术，具有使偶极子天线(专利文献2)或者套筒天线(非专利文献1)成为端射天线阵配置或者垂射天线阵配置的阵列天线的构成法。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开平05-145324号公报
专利文献2：日本特开2006-217302号公报。
非专利文献
非专利文献1：大岛他，“考虑了空间相关和阵列元件间耦合的MIMO传输特性[1]：基于辐射模式测量的阵列天线元件间耦合特性”，电子信息通信学会技术研究报告、AP-107、pp.7-12、2007.
非专利文献2：Blanch，S.；Romeu，J.；Corbella，I.，“Exact representationof antenna system diversity performance from input parameter description”Electronics Letters，Volume 39，Issue 9，pp.705-707，May 2003.
发明概要
发明所要解决的技术问题
近年来，便携式电话的数据传输的高速化的需要不断提高，研究了下一代便携式电话标准即3G-LTE(第3代合作伙伴计划长期演进技术：3rdGeneration Partnership Project Long Term Evolution)。在3G-LTE中，作为用于实现无线传输的高速化的新技术，决定采用使用多个天线元件对多个信道的无线信号利用空分多路复用来进行接收发送的MIMO(多输入多输出)方式。在MIMO方式中，通过在发送机侧和接收机侧分别使用多个天线元件，且在空间上对数据流进行多路复用，从而使传输速度的高速化成为可能。
但是，在MIMO方式中，由于在相同的频率下使多个天线元件同时动作，因此在小型的便携式电话机内使多个天线元件被邻近安装的状况下，天线元件间的电磁耦合会变得非常强。当天线元件间的电磁耦合变强时，天线元件的辐射效率会劣化。随之，接收电波会变弱而导致传输速度的降低。因此，在邻近配置多个天线元件的状态下，需要低耦合的阵列天线。
此外，用于执行MIMO方式的通信的天线装置，为了实现空分多路复用，需要通过使指向性或者偏振波特性等不同，来同时执行相互呈低相关性的多个无线信号的接收发送。
而且，以搭载到小型的无线终端装置上为目的，而正不断要求天线元件的小型化。
专利文献1的天线装置存在下述问题：尽管能够实现利用扼流的电磁耦合的降低，但是，由于要排列多个天线元件，因而天线装置的设置面积增大。
此外，尽管还具有使偶极子天线(专利文献2)或者套筒天线(非专利文献1)成为阵列构成的方法，但是，当使天线元件间距离变小时，天线元件间的电磁耦合会变强。因此存在为了确保较高的辐射效率而必需充分确保天线元件间的距离这样的问题。
因此，如便携式电话机等小型的无线终端装置等那样，在设置面积被限制的情况下，现有技术的天线装置是不合适的。
发明内容
本发明的目的在于解决上述的问题，提供一种与现有技术相比是简单的构成且能够同时接收发送相互呈低相关性的多个无线信号的天线装置，并提供一种包括这样的天线装置的无线通信装置。
根据本发明的第1方式的天线装置，包括：
第1及第2天线元件；
各自具有信号线和接地导体的第1及第2供电线路；
被设置在所述第1天线元件的一端且与所述第1供电线路的信号线连接的第1供电点；和
被设置在所述第2天线元件的一端且与所述第2供电线路的信号线连接的第2供电点，
所述第1及第2供电线路分别从所述第1及第2供电点起在第1方向上延伸，
所述第1天线元件从所述第1供电点起在与所述第1方向实质上垂直的第2方向上延伸，
所述第2天线元件从所述第2供电点起在与所述第2方向实质上反向的第3方向上延伸，
所述天线装置还包括在与所述第1及第2供电点邻接的位置上分别具有与所述第1及第2供电线路的接地导体连接的一端且分别从邻接于所述第1及第2供电点的位置起在所述第1方向上延伸的至少一个套筒元件。
在所述天线装置中，其特征在于，所述至少一个套筒元件是将所述第1及第2供电线路进行包围的一个筒状导体。
在所述天线装置中，其特征在于，所述至少一个套筒元件包括：将所述第1供电线路进行包围的作为一个筒状导体的第1套筒元件；和将所述第2供电线路进行包围的作为一个筒状导体的第2套筒元件。
在所述天线装置中，其特征在于，所述第1及第2套筒元件相互相接。
在所述天线装置中，其特征在于，所述第1及第2套筒元件相互隔离。
在所述天线装置中，其特征在于，所述至少一个套筒元件是至少一个线状导体。
在所述天线装置中，其特征在于，所述第1及第2供电线路的接地导体相互相接。
在所述天线装置中，其特征在于，所述第1及第2供电线路相互隔离，所述至少一个套筒元件包括：与所述第1供电线路连接的至少一个套筒元件；和与所述第2供电线路连接的至少一个套筒元件。
在所述天线装置中，其特征在于，
所述第1及第2供电线路是在电介质基板上所形成的微波传输带线路，
所述第1及第2天线元件以及所述至少一个套筒元件被图案化形成在所述电介质基板上。
在所述天线装置中，其特征在于，
所述第1及第2供电线路，是在电介质基板上所形成的共面线路，
所述第1及第2天线元件以及所述至少一个套筒元件被图案化形成在所述电介质基板上。
在所述天线装置中，其特征在于，
所述第1及第2天线元件以及所述至少一个套筒元件具有第1电长度，
所述第1天线元件在从所述第1供电点起到与所述第1电长度不同的第2电长度的位置上包括第1陷波电路，
所述第2天线元件在从所述第2供电点起到所述第2电长度的位置上包括第2陷波电路，
所述至少一个套筒元件的每一个在从与所述第1及第2供电线路的接地导体连接的一端起到所述第2电长度的位置上包括第3陷波电路，
所述第1、第2及第3陷波电路的每一个，在第1频率下实质上短路，在比所述第1频率更高的第2频率下实质上变成断开。
在所述天线装置中，其特征在于，
所述第1及第2天线元件具有第1电长度，
所述天线装置还包括具有与所述第1电长度不同的第2电长度的第3及第4天线元件，
所述第3天线元件从所述第1供电点起在与所述第1方向实质上垂直的第4方向上延伸，
所述第4天线元件从所述第2供电点起在与所述第4方向实质上反向的第5方向上延伸，
所述至少一个套筒元件包括：具有所述第1电长度的第1套筒元件；和具有所述第2电长度的第2套筒元件。
本发明第2方式的无线通信装置，其特征在于，包括本发明第1方式的天线装置。
发明效果
根据本发明的天线装置和无线通信装置，与现有技术相比，是简单的构成，且降低天线元件间的电磁耦合，通过各个天线元件，能够同时接收发送相互呈低相关性的多个无线信号。
附图说明
图1是对本发明的第1实施方式的天线装置的概略构成进行表示的立体图。
图2是对图1的天线装置的供电点P1、P2的附近进行表示的剖视图，是与通过供电点P1、P2和供电线路L1、L2的XZ面平行的面上的剖视图。
图3是图1的天线装置的剖视图，是与通过套筒元件S0的XY面平行的面上的剖视图。
图4是对本发明的第1实施方式的第1变形例的天线装置的概略构成进行表示的立体图。
图5是对图4的天线装置的供电点P1、P2的附近进行表示的剖视图，是与通过供电点P1、P2和供电线路L1、L2的XZ面平行的面上的剖视图。
图6是图4的天线装置的剖视图，是与通过套筒元件S1、S2的XY面平行的面上的剖视图。
图7是对本发明的第1实施方式的第2变形例的天线装置的概略构成进行表示的立体图。
图8是对图7的天线装置中的天线元件A1、A2间的电磁耦合进行表示的曲线图。
图9是对图1的天线装置的比较例的电流分布进行表示的示意图。
图10是对图1的天线装置的电流分布进行表示的示意图。
图11是对图1的天线装置的天线元件A1、A2的张角在XZ面内进行变化的情况进行表示的立体图。
图12是对图11的天线装置中的天线元件A1、A2间的电磁耦合进行表示的曲线图。
图13是对图1的天线装置的天线元件A1、A2的张角在XY面内进行变化的情况进行表示的立体图。
图14是对图13的天线装置中的天线元件A1、A2间的电磁耦合进行表示的曲线图。
图15是对本发明的第2实施方式的天线装置的概略构成进行表示的立体图。
图16是对本发明的第2实施方式的变形例的天线装置的概略构成进行表示的立体图。
图17是对本发明的第3实施方式的天线装置的概略构成进行表示的立体图。
图18是对本发明的第3实施方式的第1变形例的天线装置的概略构成进行表示的立体图。
图19是对本发明的第3实施方式的第2变形例的天线装置的概略构成进行表示的立体图。
图20是对本发明的第4实施方式的天线装置的概略构成进行表示的立体图。
图21是对图20的陷波电路T0、T1、T2进行表示的电路图。
图22是对本发明的第4实施方式的第1变形例的天线装置的概略构成进行表示的立体图。
图23是对本发明的第4实施方式的第2变形例的天线装置的概略构成进行表示的立体图。
图24是对本发明的实施例的天线装置的S参数进行表示的曲线图。
图25是对比较例的天线装置的概略构成进行表示的立体图。
图26是对图25的天线装置中的天线元件A1、A2间的电磁耦合进行表示的曲线图。
图27是对图25的天线装置的S参数进行表示的曲线图。
图28是对本发明的实施例和比较例的天线装置的辐射效率进行表示的曲线图。
图29是对本发明的实施例和比较例的天线装置的相关系数进行表示的曲线图。
具体实施方式
下面，参考附图，说明本发明的实施方式。而且，对于同样的构成单元，赋予相同的标号。
第1实施方式
图1是对本发明的第1实施方式的天线装置的概略构成进行表示的立体图。图2是对图1的天线装置的供电点P1、P2的附近进行表示的剖视图，是与通过供电点P1、P2和供电线路L1、L2的XZ面平行的面中的剖视图。图3是图1的天线装置的剖视图，是与通过套筒元件S0的XY面平行的面中的剖视图。
本实施方式的天线装置，包括：2个天线元件A1、A2；分别具有信号线和接地导体的2个供电线路L1、L2；在天线元件A1的一端上所设置并且与供电线路L1的信号线电连接的供电点P1；以及在天线元件A2的一端上所设置并且与供电线路L2的信号线电连接的供电点P2。供电线路L1、L2分别从供电点P1、P2在第1方向(-Z方向)上延伸。天线元件A1从供电点P1在与第1方向实质上垂直的第2方向(-X方向)上延伸，天线元件A2从供电点P2在与第2方向实质上相反的第3方向(+X方向)上延伸。天线装置还包括在与供电点P1、P2邻接的位置上分别具有与供电线路L1、L2的接地导体电连接的一端以及从与供电点P1、P2邻接的位置分别在第1方向上延伸的至少一个套筒元件S0。
本实施方式的天线装置，其特征在于，通过配置为使天线元件A1、A2和套筒元件S0之间的张角成为直角，并且配置为使2个天线元件A1、A2的张角成为180度，从而使天线元件A1、A2间的电磁耦合(或者供电点F1、F2间的电磁耦合)实质上成为零。
天线元件A1、A2由例如相对于工作波长λ具有电长度d1＝d2＝λ/4的线状导体构成。天线元件A1、A2不局限于线状导体，还可以由板状导体(多边形、圆形、椭圆形等)构成。此外，天线元件A1、A2也可以被构成为相对于Z轴或者相对于YZ面呈非对称。
供电线路L1、L2，如图2和图3所示，例如，由具有作为内部导体的信号线L1a、L2a、作为外部导体的接地导体L1b、L2b、以及电介质L1c、L2c的同轴电缆构成。尽管在图2和图3中，示出了使供电线路L1、L2的接地导体L1b、L2b相互相接，但是也可以使供电线路L1、L2相互隔离。供电线路L1、L2不局限于同轴电缆，也可以是平行供电线路或者微波传输带线路等平面型的供电线路。
在图1的天线装置中，至少一个套筒元件S0是将供电线路L1、L2包围的一个筒状导体。套筒元件S0相对于工作波长λ具有电长度d0＝λ/4。套筒元件S0的一端在邻近于供电点P1、P2的位置上与供电线路L1、L2的接地导体L1b、L2b电短路，并且套筒元件S0的另一端电断开。本实施方式的天线装置，通过包括该套筒元件S0，来抑制向供电线路L1、L2的泄漏电流。而且，套筒元件S0不局限于筒状导体，可以是中空的四边柱或者多边形柱，也可以是如后述那样的线状导体。
根据本实施方式的天线装置，与现有技术相比，是简单的构成，且降低了天线元件A1、A2间的电磁耦合，通过各个天线元件A1、A2，能够同时接收发送相互呈低相关性的多个无线信号。
图4是对本发明的第1实施方式的第1变形例的天线装置的概略构成进行表示的立体图。图5是对图4的天线装置的供电点P1、P2的附近进行表示的剖视图，是与通过供电点P1、P2和供电线路L1、L2的XZ面平行的面中的剖视图。图6是图4的天线装置的剖视图，是与通过套筒元件S1、S2的XY面平行的面中的剖视图。本变形例的天线元件，其特征在于，代替将供电线路L1、L2包围的一个套筒元件S0，而包括作为将供电线路L1包围的筒状导体的套筒元件S1和作为将供电线路L2包围的筒状导体的套筒元件S2。2个套筒元件S1、S2的外周，处于沿着其长度方向(Z轴的方向)相互相接的状态，并且相互电连接。图1～图3的天线装置，尽管能够通过包括一体型的套筒元件S0来谋求小型化，但是，本变形例的天线装置，通过针对每个供电线路L1、L2而分别包括单独的套筒元件S1、S2，从而能够使构成的自由度提高。
图7是对本发明的第1实施方式的第2变形例的天线装置的概略构成进行表示的立体图。在图4～图6的天线装置中，尽管2个套筒元件S1、S2的外周相互相接，但是如图7所示，2个套筒元件S1、S2也可以相互隔离为在其最近相接部处具有规定距离d3。
图8是对图7的天线装置中的天线元件A1、A2间的电磁耦合进行表示的曲线图。该曲线图的横轴表示在工作波长λ被归一化后的套筒元件S1、S2间的距离d3，纵轴表示由供电点P1、P2间的透过系数的参数S21所表示的天线元件A1、A2间的电磁耦合。套筒元件S1、S2和天线元件A1、A2的电长度是d0＝d1＝d2＝λ/4。图8表示在该条件下进行电磁场分析后的结果。如从图8可知，在本实施方式的天线装置中，即使在将天线元件A1、A2间的距离d3设置为0时，也能够充分地降低电磁耦合。
下面，参考图9～图14，对本实施方式的天线装置的工作原理进行说明。
图9是对图1的天线装置的比较例的电流分布进行表示的示意图。图10是对图1的天线装置的电流分布进行表示的示意图。在图9和图10中，省略了供电线路L1、L2，此外，代替供电点P1、P2，而示出了信号源Q1、Q2。但是，在以下的说明中，由于假定为仅使一个信号源Q1工作的情况，因此另一个信号源Q2表示作为负载。由于图示的关系，将天线元件A1、A2和套筒元件S0的导体部件特意粗线示出。此外，用箭头示出天线元件A1、A2和套筒元件S0上的电流，通过箭头的粗细来表示电流的强度。图9的比较例示出了图1的天线元件A1、A2被相互平行地设置并且各自在+Z方向上延伸的情况(即，天线元件A1、A2的张角为0度的情况)下的电流分布。在该情况下，当使信号源Q1工作时，在天线元件A1上流动远离天线元件A2一侧的电流I1a和邻接于天线元件A2一侧的电流I1b，根据这些电流I1a、I1b，在天线元件A2上流动远离天线元件A1一侧的电流I2a和邻接于天线元件A1一侧的电流I2b。在套筒元件S0上也流动电流10a、10b。电流I1a、I1b和电流I2a、I2b是相互反相的。此时，如图9所示，由于电流I2a、I2b流至信号源Q2，因此天线元件A1、A2间的电磁耦合增加，辐射效率降低。另一方面，如图10所示，在天线元件A1、A2的张角为180度的情况下，通过使天线元件A1、A2间的距离疏远，而使电流I1b、I2b变小，其结果是，天线元件A1、A2间的电磁耦合减少。通过使套筒元件S0和天线元件A1之间的距离靠近，而使电流I0a、I1a相互耦合而变强。作为进一步的效果，通过使套筒元件S0和天线元件A2之间的距离靠近，而使电流I2a的流动方向反转。其结果是，如图10所示，由于电流I2a、I2b变成相互反相的电流而抵消，因此流至信号源Q2的电流实质上变成零，因此，天线元件A1、A2间的电磁耦合也实质上变成零。
图11是对图1的天线装置的天线元件A1、A2的张角在XZ面内进行变化的情况进行表示的立体图。图12是对图11的天线装置中的天线元件A1、A2间的电磁耦合进行表示的曲线图。该曲线图的横轴表示从0度到180度进行变化的XZ面内的张角θ1，纵轴表示由供电点P1、P2间的透射系数的参数S21表示的天线元件A1、A2间的电磁耦合。套筒元件S1、S2和天线元件A1、A2的电长度是d0＝d1＝d2＝λ/4。图12表示在该条件下进行电磁场分析后的结果。天线元件A1、A2间的电磁耦合需要优选为-10dB以下。根据图12可知，当XZ面内的张角θ1是160度以上时，天线元件A1、A2间的电磁耦合变成-10dB以下，当XZ面内的张角是180度时，天线元件A1、A2间的电磁耦合成为最低。
图13是对图1的天线装置的天线元件A1、A2的张角在XY面内进行变化的情况进行表示的立体图。天线元件A1、A2相对于套筒元件S0的角度是90度。图14是对图13的天线装置中的天线元件A1、A2间的电磁耦合进行表示的曲线图。该曲线图的横轴表示从0度到180度进行变化的XY面内的张角θ2，纵轴表示由供电点P1、P2间的透射系数的参数S21表示的天线元件A1、A2间的电磁耦合。套筒元件S1、S2和天线元件A1、A2的电长度是d0＝d1＝d2＝λ/4。图12表示在该条件下进行电磁场分析后的结果。根据图14可知，当XY面内的张角θ2是180度时，天线元件A1、A2间的电磁耦合成为最低。
根据以上的结果，当将天线元件A1、A2间的电磁耦合降低到-10dB以下时，需要优选地使θ1＝180度并且θ2＝180度。
而且，根据本实施方式的天线装置，能够不仅降低天线元件A1、A2间的电磁耦合，而且能够降低由以下定义的相关系数ρ(参考非专利文献2)。
[数学式1]
ρ = | S * 11 S 12 + S * 21 S 22 | 2 ( 1 - | S 11 | 2 - | S 21 | 2 ) ( 1 - | S 22 | 2 - | S 12 | 2 )
根据上式，通过降低透射系数S21、S12，以及降低反射系数S11、S22，能够使上式的分子实质上接近于0，分母实质上接近于1，因此，能够降低相关系数ρ。尽管相关系数ρ优选为0.6以下，但是，根据本发明实施方式的天线装置，如后所述，能够达到该值。其结果是，在本实施方式的天线装置中，能够更高效率地同时接收发送相互呈低相关性的多个无线信号。
第2实施方式
图15是对本发明的第2实施方式的天线装置的概略构成进行表示的立体图。套筒元件不局限于图1等所示的筒状导体，还可以是至少一个线状导体。即使通过本实施方式的天线装置，与现有技术相比，也能够是简单的构成，且降低天线元件A1、A2间的电磁耦合，通过各个天线元件A1、A2，能够同时接收发送相互呈低相关性的多个无线信号。如图15所示，通过使用线状导体的套筒元件S1、S2，特别地，能够获得下述格外的效果：与图1的套筒元件S0相比，能够降低套筒元件S0的体积及重量，能够使天线装置轻量化，能够廉价地制成天线装置。
尽管在图15中示出了使供电线路L1、L2的接地导体相互相接，但是，在该情况下，代替2个套筒元件S1、S2，还可以安装单个套筒元件。此外，也可以安装3个以上的套筒元件。当增加套筒元件时，能够更加良好地抑制向供电线路L1、L2的泄漏电流，能够有助于宽带化。
图16是对本发明的第2实施方式的变形例的天线装置的概略构成进行表示的立体图。尽管在图15中，示出了使供电线路L1、L2的接地导体相互相接，但是供电线路L1、L2也可以相互隔离。在该情况下，套筒元件包含与供电线路L1电连接的至少一个套筒元件和与供电线路L2电连接的至少一个套筒元件。
第3实施方式
图17是对本发明的第3实施方式的天线装置的概略构成进行表示的立体图。本实施方式的天线装置，其特征在于，由电介质基板的导体图案来构成天线元件A1、A2、套筒元件S1、S2、以及供电线路。
本实施方式的天线装置，包括：在层叠的电介质基板D1、D2之间所形成的接地导体G0；在电介质基板D1的上表面(+Z侧的面)所形成的信号线L1a；以及在电介质基板D2的下表面(-Z侧的面)所形成的信号线L2a，接地导体G0和信号线L1a构成作为微波传输带线路的第1供电线路，接地导体G0和信号线L2a构成作为微波传输带线路的第2供电线路。天线装置还包括：在电介质基板D1的上表面上形成并且在供电点P1处与信号线L1a电连接的天线元件A1；以及在电介质基板D2的下表面形成并且在供电点P2处与信号线L2a电连接的天线元件A2。天线装置还包括在电介质基板D1、D2之间形成并且与接地导体G0电连接的套筒元件S1、S2。
即使通过本实施方式的天线装置，与现有技术相比，也能够是简单的构成，且降低天线元件A1、A2间的电磁耦合，通过各个天线元件A1、A2，能够同时接收发送相互呈低相关性的多个无线信号。本实施方式的天线装置，通过由电介质基板的导体图案而平面且一体地构成，能够得到天线装置的低矮化的格外的效果。
图18是对本发明的第3实施方式的第1变形例的天线装置的概略构成进行表示的立体图。本变形例的天线装置，其特征在于，将信号线L2a不是如图17那样形成在电介质基板D2的下表面而是形成在电介质基板D1的上表面。由此，本变形例的天线装置能够除去图17的电介质基板D2而使用单个电介质基板D1来构成，能够使天线装置的构成简化。
图19是对本发明的第3实施方式的第2变形例的天线装置的概略构成进行表示的立体图。本变形例的天线装置，其特征在于，包括被构成作为共面线路的供电线路。本变形例的天线装置，包括在电介质基板D1的上表面(+Z侧的面)所形成的信号线L1a、L2a和接地导体G1、G2、G3，信号线L1a、L2a被连接到信号源Q1、Q2，接地导体G1、G2、G3被接地。信号线L1a和接地导体G1、G2构成作为共面线路的第1供电线路，信号线L2a和接地导体G1、G3构成作为共面线路的第2供电线路。天线装置还包括：在电介质基板D1的上表面所形成且在供电点P1处与信号线L1a电连接的天线元件A1；和在电介质基板D1的上表面所形成且在供电点P2处与信号线L2a电连接的天线元件A2。天线装置还包括在电介质基板D1的上表面所形成并且分别与接地导体G2、G3电连接的套筒元件S1、S2。
本实施方式的天线装置，不局限于包括作为微波传输带线路或者共面线路的供电线路，还可以包括在电介质基板上所形成的其他的类型的供电线路。
图18和图19的天线装置，由于与图17的天线装置相比，能够减少电介质基板的个数，因此能够使天线装置的构成简化。另一方面，图17的天线装置，通过将信号线L1a、L2a设置在相对于接地导体G0呈不同的面上，从而具有能够降低供电线路间的电磁耦合这样的效果。
第4实施方式
本实施方式的天线装置，其特征在于，包括用于使天线装置以不同的2个频率进行谐振的构成。
图20是对本发明的第4实施方式的天线装置的概略构成进行表示的立体图。图20的天线装置相当于在图1的天线装置的天线元件A1、A2和套筒元件S0的长度方向的中途的位置上包括陷波电路的天线装置，由此，在相互不同的第1及第2频率下进行谐振。图20的天线装置，包括：被分割的套筒元件S0a、S0b(总称为套筒元件S0)；在这些套筒元件之间所设置的陷波电路T0；被分割的天线元件A1a、A1b(总称为天线元件A1)；在这些天线元件之间所设置的陷波电路T1；被分割的天线元件A2a、A2b(总称为天线元件A2)；在这些天线元件之间所设置的陷波电路T2。天线元件A1、A2和套筒元件S0具有第1电长度，天线元件A1在从供电点P1到与第1电长度不同的第2电长度的位置上包括陷波电路T1，天线元件A2在从供电点P2到第2电长度的位置上包括陷波电路T2，套筒元件S0在从与供电线路L1、L2的接地导体所连接的一端到第2电长度的位置上包括陷波电路T0。图20的天线装置的其他部分的构成与图1的天线装置是同样的。
图21是对图20的陷波电路T0、T1、T2进行表示的电路图。陷波电路T0、T1、T2是包括电容C和电感L的并联谐振电路，在规定的频率f1下实质上短路，在比频率f1更高的规定的频率f2下实质上成为断开。当图20的天线装置在频率f1下进行工作时，天线元件A1、A2和套筒元件S0整体进行谐振，另一方面，当在频率f2下工作时，天线元件A1a、A2a和套筒元件S0a的仅一部分进行谐振。这样，天线元件A1、A2和套筒元件S0的每一个都是单个元件，并且具有2个进行谐振的电长度，天线装置在不同的2个频率下进行谐振。
即使通过本实施方式的天线装置，与现有技术相比，也能够是简单的构成，同时降低天线元件A1、A2间的电磁耦合，通过各个天线元件A1、A2，能够同时接收发送相互呈低相关性的多个无线信号。本实施方式的天线装置，还能够实现在不同的2个频率下进行谐振的多频带工作。
图22是对本发明的第4实施方式的第1变形例的天线装置的概略构成进行表示的立体图。本实施方式的包括陷波电路的构成，不仅适用于包括如图1那样的作为筒状导体的套筒元件的天线装置，而且还能够适用于包括如图15那样的作为线状导体的套筒元件的天线装置。图22的天线装置相当于在图15的天线装置的天线元件A1、A2和套筒元件S1、S2的长度方向的中途的位置上包括陷波电路的天线装置，由此，在相互不同的第1及第2频率下进行谐振。图22的天线装置，包括：被分割的套筒元件S1a、S1b(总称为套筒元件S1)；在这些套筒元件之间所设置的陷波电路T0；被分割的套筒元件S2a、S2b(总称为套筒元件S2)；在这些套筒元件之间所设置的陷波电路T0。图22的天线装置的其他部分的构成与图20的天线装置是同样的。
图23是对本发明的第4实施方式的第2变形例的天线装置的概略构成进行表示的立体图。在本实施方式的天线装置中，用于实现多频带工作的构成不局限于陷波电路，也可以包括具有不同的电长度的天线元件和套筒元件。图23的天线装置相当于在图15的天线装置上还包括追加的天线元件A3、A4和套筒元件S3、S4的天线装置。在图23的天线装置中，天线元件A1、A2和套筒元件S1、S2具有规定的第1电长度，天线元件A3、A4和套筒元件S3、S4具有与第1电长度不同的规定的第2电长度。天线元件A3，从供电点P1起，在与供电线路L1、L2和套筒元件S1～S4所延伸的第1方向实质上垂直的第4方向上延伸；天线元件A4，从供电点P2起，在与第4方向实质上反向的第5方向上延伸。在图23中，尽管示出了使天线元件A3在与天线元件A1实质上相同的方向上延伸且使天线元件A4在与天线元件A2实质上相同的方向上延伸，但是，不局限于这样的方向。在图23的天线装置中，通过将天线元件A1、A2和套筒元件S1、S2的电长度构成为在规定的频率f1下进行谐振，并将天线元件A3、A4和套筒元件S3、S4的电长度构成为在比频率f1更高的规定的频率f2下进行谐振，能够实现在不同的2个频率下进行谐振的多频带工作。在该情况下，由于可以设计为使各个电长度相对于希望频率的工作波长λ而成为λ/4左右，因此具有制作容易这样的特征。
而且，图20的天线装置与图22的天线装置相比，具有向供电线路L1、L2的泄漏电流变少这样的特征。
可以将参照图20～图23而说明的第4实施方式的各个构成进行组合。例如，可以将图22的包含陷波电路T1、T2的天线元件A1、A2与图23的套筒元件S1～S4进行组合，也可以将图20的包含陷波电路T0的套筒元件S0(或者图22的包含陷波电路T11、T12的套筒元件S1、S2)与图23的天线元件A1～A4进行组合。此外，还可以将第4实施方式的各个构成和图4、图7、图17～图19等所示的其他的实施方式的构成进行组合。
实施例1
下面，说明本发明实施方式的天线装置的模拟结果。
图24是对本发明的实施例的天线装置的S参数进行表示的曲线图。在图1的天线装置中，将天线元件A1、A2和套筒元件S0的电长度设为d0＝d1＝d2＝100mm。图24的曲线图表示在频率500～1000MHz的范围内使用FDTD法来进行瞬态分析的结果。在该情况下，当考虑压缩率时，天线装置变成在大约700Hz附近进行谐振。反射系数的参数S11和透射系数的参数S21两者在谐振频率700MHz的附近是-10dB以下，从而可知天线元件A1、A2间的电磁耦合足够低。
图25是对比较例的天线装置的概略构成进行表示的立体图。在该比较例的天线装置中，天线元件A1、A2被设置成相互平行，并且分别在+Z方向上延伸(即，天线元件A1、A2的张角是0度)。
图26是对图25的天线装置中的天线元件A1、A2间的电磁耦合进行表示的曲线图。该曲线图的横轴表示在工作波长λ被归一化后的套筒元件S1、S2间的距离d3，纵轴表示由供电点P1、P2间的透过系数的参数S21所表示的天线元件A1、A2间的电磁耦合。套筒元件S1、S2和天线元件A1、A2的电长度是d0＝d1＝d2＝100mm。根据比较例的天线装置可知，在套筒元件S1、S2间的距离d3较小时，天线元件A1、A2间的电磁耦合较大。
图27是对图25的天线装置的S参数进行表示的曲线图。下面，在所有图27～图29中，比较例的天线装置假设图25的距离d3＝10mm。模拟的条件和方法与图24同样地进行。在该情况下，当考虑压缩率时，比较例的天线装置成为在大约700Hz附近进行谐振。尽管在谐振频率710MHz下反射系数的参数S11变成-10dB以下，但是透射系数的参数S21表示出-5dB以上这样较高的值。
下面，参照图28和图29，将实施例的天线装置和比较例的天线装置的辐射效率及相关系数进行比较。
图28是对本发明的实施例和比较例的天线装置的辐射效率进行表示的曲线图。该曲线图表示辐射效率的频率特性。这里，辐射效率由“1-S11 2-S21 2”导出。图28的曲线图表示在频率500～1000MHz的范围内通过使用FDTD法来进行瞬态分析后的结果。尽管在比较例的天线装置中由于电磁耦合S21较大，而示出了辐射效率在整个频率500～1000MHz内为-4dB以下这样较低的值，但是可知，在实施例的天线装置中，示出了在整个330MHz的频带宽度上辐射效率为-4dB以上这样较高的值。
图29是对本发明的实施例和比较例的天线装置的相关系数进行表示的曲线图。图29的曲线图是在频率500～1000MHz的范围内使用FDTD法而求得S参数、使用数学式1而计算出相关系数ρ的结果。根据图29的曲线图可知，尽管在比较例的天线装置中由于电磁耦合较高，而示出了相关系数为0.8以上这样较高的值，但是，在实施例的天线装置中，示出了相关系数为0.6以下这样较低的值。
根据以上的结果可知，在本发明实施方式的天线装置中，能够降低供电点间的电磁耦合，能够同时接收发送相互呈低相关性的多个无线信号。
而且，尽管本实施例设计为在700MHz附近进行工作，但是，通过变更天线元件和套筒元件的电长度，不局限于该频率，即使在其他的频率下也是能够适用的。
产业上的可利用性
根据本发明的天线装置和使用它的无线通信装置，例如能够安装作为便携式电话机，或者还能够安装作为无线LAN用的装置。该天线装置尽管能够安装在例如用于进行MIMO方式的通信的无线通信装置上，但是，不局限于MIMO方式，还能够安装在能够同时执行用于多个应用的通信(多应用)的自适应阵列天线或者最大比率合成分集天线、相控阵列天线之类的阵列天线装置上。
附图标号说明：
A1、A2、A3、A4、A1a、A1b、A2a、A2b天线元件
D1、D2电介质基板
G0、G1、G2、G3接地导体
I0a、I0b、I1a、I1b、I2a、I2b电流
L1、L2供电线路
L1a、L2a信号线
L1b、L2b接地导体
L1c、L2c电介质
P1、P2供电点
Q1、Q2信号源
S0、S1、S2、S3、S4、S0a、S0b、S1a、S1b、S2a、S2b套筒元件
T0、T1、T2、T11、T12陷波电路

Claims (13)

1.一种天线装置，包括：
第1及第2天线元件；
第1及第2供电线路，各自具有信号线和接地导体；
第1供电点，被设置在所述第1天线元件的一端且与所述第1供电线路的信号线连接；和
第2供电点，被设置在所述第2天线元件的一端且与所述第2供电线路的信号线连接，
所述第1及第2供电线路分别从所述第1及第2供电点起在第1方向上延伸，
所述第1天线元件从所述第1供电点起在与所述第1方向实质上垂直的第2方向上延伸，
所述第2天线元件从所述第2供电点起在与所述第2方向实质上反向的第3方向上延伸，
所述天线装置还包括至少一个套筒元件，所述至少一个套筒元件在与所述第1和第2供电点邻接的位置上分别具有与所述第1及第2供电线路的接地导体连接的一端且分别从邻接于所述第1及第2供电点的位置起在所述第1方向上延伸。
2.根据权利要求1所述的天线装置，其特征在于，
所述至少一个套筒元件是将所述第1及第2供电线路进行包围的一个筒状导体。
3.根据权利要求1所述的天线装置，其特征在于，
所述至少一个套筒元件包括：将所述第1供电线路进行包围的作为一个筒状导体的第1套筒元件；和将所述第2供电线路进行包围的作为一个筒状导体的第2套筒元件。
4.根据权利要求3所述的天线装置，其特征在于，
所述第1及第2套筒元件相互相接。
5.根据权利要求3所述的天线装置，其特征在于，
所述第1及第2套筒元件相互隔离。
6.根据权利要求1所述的天线装置，其特征在于，
所述至少一个套筒元件是至少一个线状导体。
7.根据权利要求6所述的天线装置，其特征在于，
所述第1及第2供电线路的接地导体相互相接。
8.根据权利要求6所述的天线装置，其特征在于，
所述第1及第2供电线路相互隔离，
所述至少一个套筒元件包括：与所述第1供电线路连接的至少一个套筒元件；和与所述第2供电线路连接的至少一个套筒元件。
9.根据权利要求1所述的天线装置，其特征在于，
所述第1及第2供电线路是在电介质基板上所形成的微波传输带线路，
所述第1及第2天线元件以及所述至少一个套筒元件被图案化形成在所述电介质基板上。
10.根据权利要求1所述的天线装置，其特征在于，
所述第1及第2供电线路是在电介质基板上所形成的共面线路，
所述第1及第2天线元件以及所述至少一个套筒元件被图案化形成在所述电介质基板上。
11.根据权利要求1至10中任一项所述的天线装置，其特征在于，
所述第1及第2天线元件以及所述至少一个套筒元件具有第1电长度，
所述第1天线元件在从所述第1供电点起到与所述第1电长度不同的第2电长度的位置上包括第1陷波电路，
所述第2天线元件在从所述第2供电点起到所述第2电长度的位置上包括第2陷波电路，
所述至少一个套筒元件的每一个在从与所述第1及第2供电线路的接地导体连接的一端起到所述第2电长度的位置上包括第3陷波电路，
所述第1、第2及第3陷波电路的每一个，在第1频率下实质上短路，在比所述第1频率更高的第2频率下实质上变成断开。
12.根据权利要求6至8中任一项所述的天线装置，其特征在于，
所述第1及第2天线元件具有第1电长度，
所述天线装置还包括具有与所述第1电长度不同的第2电长度的第3及第4天线元件，
所述第3天线元件从所述第1供电点起在与所述第1方向实质上垂直的第4方向上延伸，
所述第4天线元件从所述第2供电点起在与所述第4方向实质上反向的第5方向上延伸，
所述至少一个套筒元件包括：具有所述第1电长度的第1套筒元件；和具有所述第2电长度的第2套筒元件。
13.一种无线通信装置，
包括权利要求1至12中任一项所述的天线装置。
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