CN103201906A - 天线装置 - Google Patents

Abstract

其特征在于，包括：单个天线单元，对应于第一频带和与该第一频带不同的第二频带；馈电点，用于向所述天线单元提供AC电力；以及并联谐振电路，电连接在所述天线单元与所述馈电点之间，所述并联谐振电路具有设置成在所述第一频带中显示电感性质和设置成在所述第二频带中显示电容性质的阻抗，并且所述第一和第二频带中的回波损耗充分小以使得实现无线通信。

Description

天线装置

技术领域

本发明涉及采用少量天线单元来覆盖大范围频带的天线装置。

背景技术

按常规，采用具有两个天线单元的天线装置，以使得分别对应于不同的无线电频带。作为这种天线装置210，图7示出天线装置210，天线装置210在具有两个馈电点203和213的印刷线路板202上包括用于低频带和用于高频带的两个天线单元201和211。在天线装置210中，例如，用于低频带的天线单元201设置成对应于1100至1200 MHz的频带，而用于高频带的另一天线单元211设置成对应于1700至1800 MHz的频带。因此，在图7所示的相关技术中，为了获得无线通信所需的天线特性，天线装置210安装分别与各频带对应的两个天线单元(在这里称作热端天线单元)201和211。

近年来，具有天线装置的蜂窝电话、路由器和个人计算机的无线通信终端每天都在进步，并且消费者要求便于携带、功能性丰富的无线通信终端。为了响应消费者的需要，生产商正在进行研发，以便使得用于无线通信终端的构件进一步小型化，同时维持无线通信终端的多功能性。在这类情况下，在图7所示的相关技术中，状况是将要接近使天线装置的构件本身小型化的极限。以及随之而来的是关于调和当前功能性的维持与天线装置的小型化的困难。相应地，因为当存在即使减少用于天线装置的构件数量也仍然能够实现多功能性的技术时能够实现具有天线装置的无线通信终端的显著小型化，所以它是极为有效的。

但是，例如在天线装置中，如果两个天线单元的数量减少为一个，则它只能对应于一个频带。换言之，具有天线装置的无线通信终端的功能性将会下降。作为一个示例，图8中示出具有一个天线单元211的天线装置210。所示天线装置具有电连接到天线单元的一个馈电点，以及在这里假定它设置成对应于如图7的1700-1800 MHz的频带。因为其它构件与图7所示天线装置的构造相同，所以省略其说明。

图9A示出图8所示天线装置的阻抗特性，以及图9B示出图8所示天线装置的回波损耗特性。这是使用网络分析器作为测量仪器对馈电点电力的频率特性的测量结果，并且它能够通过使用关于天线装置的天线特性是否良好的测量结果来判断。图9A和图9B中的标记1、2、3、4和5分别是在1100、1200、1700、1800和1360 MHz的阻抗特性和回波损耗。具体来说，标记5示出这个天线单元的谐振中心频率。图9B所示的回波损耗通过与图9A中的阻抗相同的测量来得到，它们之间仅图不同。参照图9B，我们发现，在这个天线装置的谐振中心频率1360 MHz回波损耗被充分确保。但是，在应当对应的1100至1200 MHz的低频带以及特别是以标记1所示的1100 MHz的低频带中，回波损耗为-2 dB以及很差的值。另一方面，在应当对应的1700至1800 MHz的高频带中，回波损耗为-4.2和-3.4 dB，它们对于无线通信不是合乎需要的值。

在具有这类回波损耗特性的天线装置中，因为在应当对应的上述频带中没有得到作为无线通信成为可能的充分的天线特性，所以使用通常使用如图7所示的热端的两个天线单元的系统。也就是说，为了确保天线特性，即使如同图8所示的天线装置一样采用只是减少天线单元的构件数量以及使天线装置的尺寸小型化的方法，也无法得到充分的天线特性。

在作为使用单个天线单元的现有技术的日本专利申请公开No.2010-010960中公开了能够对应于多个频带的多频带天线(第0006段)。具体来说，在日本专利申请公开No.2010-010960中公开了在天线单元的中间安装了LC并联谐振电路并且使高频带侧更宽的天线，并且指明需要在离开馈电点高频带侧频率的λ/4(λ：波长)的位置安装天线的LC并联谐振电路。因此，当使用单个天线单元时，暗示在与LC并联谐振电路的安装位置的关系上无法使天线小型化。

相应地，日本专利申请公开No.2010-010960提出具有两个天线单元的多频带天线。也就是说，包括LC并联谐振电路的阻抗匹配电路被插入并且连接到上述天线单元其中之一。这个多频带天线在低频带侧能够实现良好宽带特性。

发明内容

[技术问题]

但是，虽然上述日本专利申请公开No.2010-010960目的在于改进低频带侧的特性、维持当前两个天线单元，但是没有具体描述通过减少天线单元的数量来实现天线装置的小型化的有效手段。因此，在日本专利申请公开No.2010-010960所述的多频带天线中安装了两个天线单元。因此，上述日本专利申请公开No.2010-010960无法通过减少天线单元的数量来满足要求易于携带的小型无线通信终端的客户的需要，并且存在没有最终使天线装置的成本降低的问题。

顺便提到，按照本发明人的研究，已经表明天线装置具有如图10所示的无线电路的回波损耗与匹配损耗之间的关系。如从图10会显而易见，我们发现，当回波损耗超过-5 dB时，天线装置的匹配损耗迅速增加。换言之，我们发现，如果回波损耗可抑制在-5 dB之下，则天线装置能够相当地小型化，同时维持其功能性。考虑到上述方面，本发明的一个示范实施例旨在提供能够通过单个天线单元来对应于若干不同频带的天线装置的技术。

[问题的解决方案]

为了解决上述问题，本发明的一种模式涉及天线装置，其中包括：单个天线单元，对应于使用的第一频带和与第一频带不同的使用的第二频带；馈电点，用于向天线单元提供AC电力；以及并联谐振电路，电连接在天线单元与馈电点之间，其中并联谐振电路具有设置成在第一频带中显示电感性质和设置成在第二频带中显示电容性质的阻抗，并且第一和第二频带中的回波损耗充分小以使得实现无线通信。

以及本发明的另一模式涉及包括天线装置设计方法的频带设置方法，该天线装置设计方法包括：选择对应于第一频带和与第一频带不同的第二频带的单个天线单元；将并联谐振电路电连接在天线单元与用于向该天线单元提供AC电力的馈电点之间；将并联谐振电路的阻抗设置成在第一频带中显示电感性质和在第二频带中显示电容性质；以及将第一和第二频带中的回波损耗设置成使得实现无线通信的范围。

本发明的另一模式涉及包括天线装置的电器，该天线装置包括：单个天线单元，对应于第一频带和与第一频带不同的第二频带；馈电点，用于向天线单元提供AC电力；以及并联谐振电路，电连接在天线单元与馈电点之间，其中并联谐振电路具有设置成在第一频带中显示电感性质和设置成在第二频带中显示电容性质的阻抗，并且第一和第二频带中的回波损耗充分小以使得实现无线通信。

[发明的有利效果]

按照本发明，通过将并联谐振电路连接到天线装置的天线单元，即使在天线单元为单个时，通过连接到天线装置的天线单元，也能够提供能够对应于若干不同频带的天线装置的技术。

下面将使用描述和附图来详细描述本发明的其它有利效果和示范实施例。

附图说明

图1是示出按照本发明的第一示范实施例的天线装置的构造的顶视图；

图2A是示出按照本发明的第一示范实施例的天线装置的阻抗特性的图；

图2B是示出按照本发明的第一示范实施例的天线装置的回波损耗特性的图；

图3是示出按照本发明的第一示范实施例的天线装置上安装的并联谐振电路及其阻抗特性的图；

图4是示出按照本发明的第二示范实施例的天线装置的构造的顶视图；

图5是示出按照本发明的第二示范实施例的天线装置上安装的并联谐振电路及其阻抗特性的图；

图6A是示出按照本发明的第二示范实施例的天线装置的阻抗特性的图；

图6B是示出按照本发明的第二示范实施例的天线装置的回波损耗特性的图；

图7是示出本发明的相关技术的天线装置的构造的顶视图；

图8是示出本发明的相关技术的天线装置的构造的顶视图；

图9A是示出图8所示天线装置的阻抗特性的图；

图9B是示出图8所示天线装置的回波损耗特性的图；

图10是示出图8所示天线装置的匹配损耗的图。

具体实施方式

下文中将参照附图来详细描述按照本发明的一个优选示范实施例的天线装置。但是，本发明的技术范围决不是被理解为通过以下所述的示范实施例进行限制。

<第一实施例>

首先将描述本发明的第一示范实施例。图1是典型地示出按照本发明的第一示范实施例的天线装置10的示意配置的顶视图。如图所示，按照本发明的一个示范实施例的天线装置10包括天线单元1、印刷线路板2、馈电点3和并联谐振电路4。假定按照这个示范实施例的天线装置10执行与低频带f1和/或高频带f3中的基站、无线电路或其它无线终端的无线通信，以及假定并联谐振电路4的并联谐振频率是低频带f1与高频带f3之间的频率f2。

下文中将详细描述组成按照这个示范实施例的天线装置10的各组件。例如，天线单元1是包括棒状元件的双极天线。此外，天线单元1能够由诸如铜线、铝线和铝合金线之类的导电材料来形成。与天线单元1对应的频率根据其波长来决定。相应地，考虑将1000 MHz的频率作为参考，例如，在比参考频率要低的无线电波800 MHz的情况下，天线单元1设计成比与参考频率对应的天线单元的长度要长，以及在比参考频率要高的无线电波1200 MHz的情况下，天线单元1设计成比与参考频率对应的天线单元的长度要短。

此外，虽然天线单元1示出作为图1的L字符形状的构造，但是天线单元1的形状并不是特别局限于此，并且例如它是可如同直线一样设置的单极类型。天线单元1可以是作为另一形式的鞭状天线或螺旋天线的天线。

印刷线路板2是其上安装了生成电信号的发送电路以及电子电路的板，并且其GND图案能够用作冷端的天线单元。假定印刷线路板2为冷端的天线单元，与天线单元1一起，则将处于形成包括热端和冷端的两个天线单元的双极天线的大致等效状态。

馈电点3是在天线单元1中向其提供AC电力的点。馈电点3在一端与印刷线路板2电连接，并且在在另一端与并联谐振电路4电连接。因此，馈电点3具有经由并联谐振电路4向天线单元1提供交流电的构造。

并联谐振电路4包括并联连接的电感器(线圈)L1和电容器(电容器)C1。并联谐振电路4在一端与天线单元1电连接，并且在在另一端与馈电点3电连接。

接下来将参照附图来描述按照这个示范实施例的天线装置10的功能。图2A和图2B示出按照这个示范实施例的天线装置10的天线特性。

图2A示出按照这个示范实施例的天线装置10的阻抗特性。在这里，阻抗是查看高频中的天线的行为的一种方法，并且在史密斯圆图上绘制。因为电压驻波比变为小至它一般在史密斯圆图圆的中心的50Ω附近，所以作为天线的特性是良好的，并且与电路侧的匹配也进一步改进。图2B示出按照这个示范实施例的天线装置10的回波损耗特性。图中，越接近50 Ω，则回波损耗越显示小值。如从图中显而易见，对于按照这个示范实施例的天线装置10，我们发现，天线的特性和匹配特征在低谷部分(也就是说，1100 MHz-1200 MHz的频带以及1700 MHz-1800 MHz的频带)变为良好。

如上所述，如果回波损耗不是-5 dB或以下，则天线特性的确保比较困难。在按照这个示范实施例的天线装置中，在标记1、2、3和4表示的1100、1200、1700和1800 MHz的频带中，得到-5 dB或以下的回波损耗，并且我们发现，充分的天线特性也使用单个天线单元1来得到。

图3示出按照这个示范实施例的并联谐振电路4及其阻抗特性。图4所示的标记1、2、3、4和5分别示出1100、1200、1700、1800和1500 MHz的频带中的并联谐振电路4的阻抗。

按照这个示范实施例的并联谐振电路4在比所示1500 MHz的并联谐振频率f2要低的频带f1中作为电感性质(作为电感器)进行操作，以及在比1500 MHz的并联谐振频率f2要高的频带f3中作为电容性质(作为电容器)进行操作。因此，当并联谐振电路4与按照这种方式所设立的天线单元1以及馈电点3串联连接时，电感性质的阻抗在1100至1200 MHz的氏频带f1中串联地插入，并且电气长度看起来较长。也就是说，它与已经插入的线圈是同义的。

另一方面，电容性质的阻抗在1700至1800 MHz的高频带f3中串联地插入，并且电气长度看起来较短。也就是说，它与已经插入的电容器是同义的。在这里，上述低频带f1、并联谐振频率f2和高频带f3之间的大小关系如上所述将为f1<f2<f3。

在这个示范实施例中，虽然热端的天线单元1为一个，但是通过将包括线圈L1和电容器C1的并联谐振电路4安装在天线单元1与馈电点之间，能够得到与两个之间的谐振相同的效果。具体来说，在应当对应的1100至1200 MHz的频带f1和1700至1800 MHz的频带f3中得到谐振，以及执行回波损耗的确保。因为在作为谐振电路4的并联谐振频率f2的1500 MHz的阻抗是无穷大，所以天线装置10不会具有能够用作并联谐振频率f2中的天线的天线特性。当被判断为图2B示出的天线装置10的回波损耗时，在1500 MHz的回波损耗确实为0 dB。当考虑上述方面时，能够通过使天线单元1成为两个频带f1与f3之间的长度，使得可使天线单元1对应于预期低频带f1和高频带f3，来实现本发明。也就是说，按照预期频带f1和f3，设置天线单元1的物理长度。例如，当使天线装置10对应于1200 MHz左右和1800 MHz左右的频带f1和f3时，因为作为两个频带f1与f3的中间值的1500 MHz的频率的波长为0.2 m，所以天线单元1的长度基于其波长的长度来确定。例如，天线单元1的物理长度将为长度0.1 m，这通过在双极天线的情况下将上述频率1500 MHz的无线电长波0.2 m乘以1/2来得到。作为其它示范实施例，例如，在垂直天线的情况下能够使通过将上述波长0.2 m与1/4相乘来得到的长度0.05 m成为天线单元1的长度。

即使天线装置10的天线单元1在本发明中为单个，也将并联谐振电路4放在天线单元1与馈电点3之间，以及并联谐振频率f2被设置成使得它将在两个不同频带之间。此外，按照本发明的并联谐振电路在比并联谐振频率f2要低的频带f1中显示电感性质并且在比并联谐振频率f2要高的频带f3中显示电容性质，以及能够通过设计为每个低频带f1和高频带f3中的回波损耗为-5 dB或以下来执行低频带f1和高频带f3的两种频带中的无线通信。因此，能够维持功能性地使天线装置10小型化，以及能够降低成本。

由此，在比并联谐振电路4的并联谐振频率f2要低的频带f1以及比并联谐振频率f2要高的频带f3中，均能够仅通过使用按照本发明的天线装置10中的单个热端天线单元1来执行无线通信。

当可选地选择天线单元1的长度时，能够使天线装置10对应于预期的不同频带。

<第二实施例>

接下来将描述本发明的第二示范实施例。本发明的第二示范实施例是对上述第一示范实施例的修改。在这个示范实施例中，下文中将相同标号附于具有与第一示范实施例中已经描述的部件相同的功能的部件，并且省略其描述。

图4是用于说明按照本发明的第二示范实施例的天线装置10的顶视图。在这个示范实施例中，电容器C2还串联地安装到并联谐振电路，其中并联谐振电路将线圈L1和电容器C1并联地安装在该电路与馈电点3之间，以及串并联谐振电路5由线圈L1、电容器C1和电容器C2组成。此外，作为其它示范实施例，串并联谐振电路5可通过将线圈L2(未示出)代替电容器C2串联地添加到并联谐振电路来组成。

图5中示出设置在按照第二示范实施例的天线装置10中的串并联谐振电路5及其阻抗。在这个天线装置10中，并联谐振由包括电容器C1和线圈L1的并联谐振电路来得到，以及串联谐振通过并联谐振电路和电容器C2来得到。与第一示范实施例不同，它被构成在应当对应的1300至1400 MHz的低频带f1(标记1和2)中以使得短路(直通)，以及被构成在1750至1850 MHz的高频带f3(标记3和4)中以使得显示电容性质。也就是说，通过串并联谐振电路5，1300至1400 MHz的低频带f1是按照原样，它在1750至1850 MHz的高频带f3中被缩短以使得显示电容性质。

此外，作为另一示范实施例，在将线圈L2(未示出)代替电容器C2串联地添加到并联谐振电路时，它在应当对应的1300至1400 MHz的低频率f1中变为电感性的，而在1750至1850 MHz的高频带f3中短路(直通)。也就是说，通过按照这种方式所构成的串并联谐振电路5，1300至1400 MHz的低频带f1通过电感性来缩短，以及使1750至1850的高频带f3按照原样。

图6A和图6B中示出按照第二示范实施例、使用串并联谐振电路5的天线装置10的天线特性。如从图6A和图6B清楚地知道，-5 dB或以下的回波损耗在1300至1400 MHz的低频带f1和1750至1850 MHz的高频带f3中是可得到的。

这个示范实施例能够对应于各客户的天线规格。具体来说，例如，它能够用于在对1300至1400 MHz的低频带f1中的天线特性的要求是严格的以及相对地容许对1750至1850 MHz的高频带f3中的天线特性的要求情况。这个串并联谐振电路5进行的阻抗控制能够在某种程度上确保-5 dB或以下的回波损耗。

虽然有可能将很大的线圈附于极短天线单元上以及从维持天线本身的特性的观点来组成天线装置10，但是在其构件的尺寸方面存在极限，并且它具有固定限制。期望使用提供有其中容许某种降级的频带中的可实现极限之内、同时将具有严格特性要求的频带设置为短路以使得在可能的情况下其特性不会降级的串并联谐振电路5的天线装置10。

因此，按照第二示范实施例，甚至当天线装置10的天线规格为了频带或客户的便利而有所不同时，能够提供能够展示与状况和环境对应的天线特性的天线装置10。

此外，天线装置能够提供有在能够维持天线特性的极限之内的、包括与并联谐振电路串联的多个电容器或线圈的串并联谐振电路。

此外，使用上述第一和第二示范实施例中包含的分别的特征的天线装置的设计方法也包含在本发明的范畴中。

此外，其中装载了上述第一和第二示范实施例中包含的天线装置10的电气设备也包含在本发明的范畴中。

本发明能够通过其它各种形式来实施，而没有背离其主要特征的目的。

因此，在所有方面只是说明性的，并且上述示范实施例不应当限制性地来理解。本发明的范围通过专利权利要求部分的范围来指示，而完全不是局限于说明书主体。属于专利权利要求部分的范围的等效范围的所有变换、各种改进、置换和改造均处于本发明的范围之内。

本申请坚持要求基于2010年10月21日申请的日本专利申请No.2010-236601的优先权，并且将其公开的各方面结合于此。

虽然还能够像以下附注一样描述上述实施例的部分或全部，但是它们并不局限于此。

(附注1)

一种天线装置，包括对应于第一频带和与第一频带不同的第二频带的单个天线单元；

馈电点，用于向天线单元提供交流电力；以及

并联谐振电路，电连接在天线单元与馈电点之间，其中并联谐振电路具有设置成在第一频带中显示电感性质和在第二频带中显示电容性质的阻抗，并且回波损耗小至无线通信能够在第一和第二频带中执行。

(附注2)

如附注1所述的天线装置，其中，并联谐振电路具有第一与第二频带之间的并联谐振频率。

(附注3)

如附注1或2所述的天线装置，其中，第一和第二频带中的回波损耗为-5 dB或以下。

(附注4)

如附注1至3中的任一项所述的天线装置，其中，基于第一频带与第二频带的中间值将天线单元的全长设置成所述中间值的波长的大约1/4或者大约1/2的长度。

(附注5)

如附注1至4中的任一项所述的天线装置，还包括用作电连接到馈电点的双极天线的天线单元的印刷线路板。

(附注6)

如附注1至5中的任一项所述的天线装置，还包括串联地电连接到并联谐振电路的一个或多个电容元件或电感元件。

(附注7)

一种电气设备，包括如附注1至6中的任一项所述的天线装置。

(附注8)

一种天线装置设计方法，包括：选择对应于第一频带和与第一频带不同的第二频带的单个天线单元；将并联谐振电路电连接在天线单元与用于向该天线单元提供交流电力的馈电点之间；将并联谐振电路的阻抗设置成在第一频带中显示电感性质和在第二频带中显示电容性质；以及将第一和第二频带中的回波损耗设置成使得实现无线通信的范围。

(附注9)

如附注8所述的天线装置设计方法，其中，并联谐振电路具有第一与第二频带之间的并联谐振频率。

(附注10)

如附注8或9所述的天线装置设计方法，其中，第一和第二频带中的回波损耗为-5 dB或以下。

(附注11)

如附注8至10中的任一项所述的天线装置设计方法，其中，基于第一频带与第二频带的中间值将天线单元的全长设置成所述中间值的波长的大约1/4或者大约1/2的长度。

附图标记说明

1 天线单元

2 印刷线路板

3 馈电点

4 并联谐振电路

5 串并联谐振电路

10 天线装置。

Claims (10)

1. 一种天线装置，包括：

单个天线单元，对应于第一使用频带和与所述第一使用频带不同的第二使用频带；

馈电点，用于向所述天线单元提供交流电力；以及

并联谐振电路，电连接在所述天线单元与所述馈电点之间，其中，

所述并联谐振电路具有设置成在所述第一使用频带中显示电感性质和在所述第二使用频带中显示电容性质的阻抗，并且回波损耗在所述第一和第二使用频带中充分小，以便实现无线通信。

2. 如权利要求1所述的天线装置，其中，所述并联谐振电路具有所述第一使用频带与所述第二使用频带之间的并联谐振频率。

3. 如权利要求1或2所述的天线装置，其中，所述第一和第二使用频带中的回波损耗为-5 dB或以下。

4. 如权利要求1至3中的任一项所述的天线装置，其中，基于所述第一使用频带与所述第二使用频带的中间值将所述天线单元的全长设置成所述中间值的波长的大约1/4或者大约1/2的长度。

5. 如权利要求1至4中的任一项所述的天线装置，还包括用作电连接到所述馈电点的双极天线的天线单元的印刷线路板。

6. 如权利要求1至5中的任一项所述的天线装置，还包括串联地电连接到所述并联谐振电路的至少一个或多个电容元件或电感元件。

7. 一种电器，包括权利要求1至6中的任一项所述的天线装置。

8. 一种天线装置设计方法，包括下列步骤：

选择对应于第一使用频带和与所述第一使用频带不同的第二使用频带的单个天线单元；

将并联谐振电路电连接在所述天线单元与用于向所述天线单元提供交流电力的馈电点之间；

将所述并联谐振电路的阻抗设置成在所述第一使用频带中显示电感性质和在所述第二使用频带中显示电容性质；以及

将所述第一和第二使用频带中的回波损耗设置成使得实现无线通信的范围。

9. 如权利要求8所述的天线装置设计方法，其中，所述并联谐振电路具有所述第一使用频带与所述第二使用频带之间的并联谐振频率。

10. 如权利要求8或9所述的天线装置设计方法，其中，所述第一使用频带和所述第二使用频带中的回波损耗为-5 dB或以下。

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