CN103545622A - 天线设备及其馈电结构 - Google Patents

Abstract

实施例提供了将电容元件连接到的多个电路进行连接以获得谐振所需的最佳电容电抗值。实施例通过以下方式来提供在谐振中所需的最佳容抗的电容值：将多个电容元件与连接发射器和接地的导线串联，或者并联/串联一个或多个电容元件。

Description

天线设备及其馈电结构

相关专利申请的交叉引用

本申请根据35U.S.C.119和35U.S.C.365要求韩国专利申请No.10-2012-0076313（在2012年7月12日提交）的优先权，该申请通过引用的方式全部并入本申请中。

技术领域

本发明涉及一种用于形成将要连接到电容元件的多种电路并且使用适当的电容元件值来获得谐振所需的最佳容抗值的设备。

背景技术

天线是在终端内接收在空中的无线电信号或在终端内向外发送信号的装置，它是与外部进行通信的无线装置的必要元件。

图1是图示根据现有技术的天线10的配置视图。参见图1，天线10包括馈电部11与辐射体12a和12b。在天线10中，馈电部11与辐射体12a和12b串联，并且由馈电部11提供的信号经由辐射体12a和12b被发送到外部。

在这种情况下，辐射体12a和12b可以是无线通信装置的接地（未示出）或可以为另外的辐射体。另一方面，一个辐射体12a可以是另外的辐射体，并且另一个辐射体12b可以使用接地体来作为辐射体。

在图1的天线10的情况下，因为仅通过使用电气方法来从馈电部11直接向辐射体12a和12b提供电信号而没有另外的馈电结构，所以其性能低于包括馈电结构的天线的性能。

图2是图示根据现有技术的包括馈电结构的天线20的视图。

参见图2，天线20包括馈电部21、辐射体22a和22b以及用于形成馈电回路25的导线24。

在图2的天线20的情况下，因为通过使用导线24来形成馈电回路25，所以能够除了电气馈送之外还通过磁耦合来进行馈送，由此提供比图1的天线10（不包括馈电回路25）更改善的性能。然而，虽然天线20包括馈电回路25，但是其性能在高频区中降低。其详细说明如下。

当从馈电部21提供的RF电流流过馈电回路25时，产生等效磁流I_m。等效磁流I_m表示为如下。

I_ml=jωμSI(ω)      等式（1）

在等式1中，j表示具有长度的等效磁流，ω表示角频率，μ表示磁导率，S表示馈电回路的面积，并且I(ω)表示从馈电部提供的RF电流。

在馈电回路25中产生的等效磁流I_m可以被认为是在馈电回路25中产生的磁通量，并且在馈电回路25中产生的磁通量和等效磁流I_m之间的关系表示为如下。

I_m=-jωψ      等式（2）

在等式2中，ψ表示在馈电回路25中产生的磁通量的总和。

另一方面，在馈电回路25中产生的磁通量的总和可以表示为如下。

$\mathrm{\ψ}=\∫\stackrel{\→}{B}\mathrm{gd}\stackrel{\→}{s}\≈\mathrm{Bgs}=\mathrm{LgI}=L\frac{V}{R+\mathrm{j\ωL}}\∝\frac{1}{\mathrm{\ω}}$       等式（3）

根据等式3，可以知道，随着馈电部21提供的RF电流的频率增大，在馈电回路25中产生的磁通量的总量减小。

也就是说，在馈电回路25中产生的磁通量的总量的减小意味着等效磁流I_m的减小。因此，因为等效磁流I_m在高频减小，并且不可能有效地向辐射体22a和22b馈送RF信号，所以图2的天线20的性能在高频降低，并且其频带可能变得更窄。

另一方面，在天线结构中，标准化的是，低电容元件的电容值（0.3pF至1.5pF）在1800MHz或更大中使用，并且高电容值（6pF至9pF）在960MHz或更小中使用。

在这种情况下，被标准化为2pF或更小的低电容的产品以0.1pF为单位存在，并且被标准化为6pF或更大的高电容的产品以1pF为单位存在。

然而，因为天线比电容的标准化公差更敏感，所以当在期望的频率形成谐振时需要未标准化的电容值。

发明内容

实施例提供了一种天线设备，其中，馈电结构具有宽带特性的谐振频率。

根据所述实施例，提供了一种天线设备，所述天线设备包括：辐射体；馈电部，用于给所述辐射体提供信号；以及，接地部，用于将所述辐射体接地，并且从所述馈电部延伸。

根据所述实施例，提供了一种馈电结构，所述馈电结构包括用于提供信号的馈电部分以及从所述馈电部延伸的接地部。

在附图和下面的说明中阐述了一个或多个实施例的细节。从说明书和附图以及权利要求书，其他特征将是显而易见的。

附图说明

图1是图示根据现有技术的天线的配置视图。

图2是图示根据现有技术的包括馈电结构的天线的视图。

图3是图示用于说明与一个实施例相关的具有馈电结构的天线的视图。

图4a至4d是图示根据一个实施例的馈电结构的视图。

图5a是图示根据一个实施例的具有馈电结构的天线的示例的视图。

图5b是图示根据另一个实施例的具有馈电结构的天线的视图。

图6是图示根据图5a的天线的性能与根据图5b的天线的性能的比较结果的视图。

图7是图示根据又一个实施例的具有馈电结构的天线的视图。

图8是图示根据再一个实施例的具有馈电结构的天线的视图。

图9是图示根据另一个实施例的具有馈电结构的天线的视图，其中，多个电抗装置串联。

图10是图示具有馈电结构的天线的视图，其中，包括一个或多个电抗装置的电路并联。

图11是图示其中串联的三个电抗装置连接到谐振增加部的示例的视图。

图12是图示一个或多个电抗装置分别连接到多个谐振增加部的示例的视图。

图13是图示一个或多个电抗装置分别连接到多个谐振增加部的示例的视图。

图14是图示一个或多个电抗装置分别连接到多个谐振增加部的示例的视图。

图15是图示两个或更多个电抗装置分别连接到多个谐振增加部的示例的视图。

图16是图示多个电抗装置与两个谐振增加部串联并且一个或多个电抗装置连接到另外两个谐振增加部的示例的视图，该谐振增加部并联。

图17是图示使用标准化的电抗装置的天线的特性的视图。

图18是图示使用未标准化的电抗装置的天线的特性的视图。

具体实施方式

以下，将参考附图描述根据实施例的用于天线谐振频率的设备。

现在一般使用的实施例中的术语是特别选择的。但是，申请人在特定情况下还会任意地选择术语，在相应的描述中详细公开了这些术语的运作和意义。因此，应当从术语的运作/意义而不是术语的简单指代来理解术语。

另外，“链接”、“连接”或“接触”不仅表示直接连接的情况，而且表示经由另一个部件、另一个介质或另一个装置机械地连接、电性连接以及有线/无线连接之一的情况。

图3是图示用于说明与一个实施例相关的具有馈电结构的天线的视图。

如图3中所示，天线包括：辐射体32a和32b；以及，馈电结构，用于向辐射体32a和32b馈送信号。该馈电结构包括馈电部31、谐振增加部和导线34。导线34可以包括接地部。谐振增加部包括电抗装置38。电抗装置38包括电容性装置和电感性装置的至少一种。电容性装置可以是电容器。电感性装置可以是电感器。

在该天线中，第一回路36是由馈电部31和谐振增加部形成的，第二回路35是由谐振增加部和导线34形成的，并且，第三回路37是由馈电部31和导线34形成的。

以下将说明图3的天线的工作原理。

在低频区中，由于第一回路36的阻抗增加，所以电路主要流向第三回路37，并且由第三回路37产生的磁通量主要激励辐射体32a和32b。

另外，在高频区中，由于第三回路37的阻抗增加，所以电路主要流向第一回路36，并且由第一回路36产生的磁通量主要激励辐射体32a和32b。

另一方面，在中频区中，因为由第二回路35本身提供的电感（未示出）以及由电抗装置38提供的电抗而产生谐振，并且根据该谐振产生的磁通量主要激励辐射体32a和32b。

如上所述，根据本实施例的天线包括用于在不同的频率区中产生强磁通量的多个回路，由此进行宽带馈送。

产生谐振的频率可以表示为如下。

$f=\frac{1}{2\mathrm{\π}\sqrt{L_{f}C}}$       等式（4）

在等式4中，f表示谐振频率，L_f表示由电流回路提供的电感，并且C表示电抗装置38的电抗。

另一方面，由电流回路提供的电感可以表示为如下。

$L_f\≈\mathrm{\μ}\×\sqrt{S}$       等式（5）

在等式5中，μ表示磁导率，并且S表示电流回路的面积。

因此，与对应的频带的电流回路的相对应的回路35和36的面积以及电抗装置38的电抗受到控制，由此确定产生谐振的频率。

因此，当应用根据本实施例的馈电结构时，不仅可以提供宽带特性，而且可以控制频带的中心频率，由此提供在期望的频带中的宽带特性。

另一方面，当在一般的天线结构中将电抗值标准化时，在1800MHz或更大使用低电抗值（0.3pF至1.5pF），并且在960MHz或更小使用高电抗值（6pF至9pF）。

在这种情况下，被标准化为2pF或更小的低电抗的产品以0.1pF为单位存在，并且被标准化为6pF或更大的高电抗的产品以1pF为单位存在。

然而，因为天线结构比电抗装置的标准化的公差更敏感，所以当在期望频率下形成谐振时需要未标准化的电抗值。

因此，能够通过执行以下各项之一来组合最佳电抗值而导出谐振所需的电抗装置值：1）将多个电抗装置串联，2）并联包括一个或多个电抗装置的电路，并且，3）通过混和1）和2的并联。

图4a至4d是图示根据一个实施例的馈电结构的视图。参见图4a至4d，虽然示出各种形状的馈电结构，但是所有的馈电结构具有如下的特征。

也就是说，可以在馈电部和接地部之间布置谐振增加部。或者，可以在接地部和谐振增加部之间布置馈电部。形成了多个回路，其中包括：第一回路41，是与高频相对应回路，并且包括馈电部和电抗装置；第二回路42，是与中频相对应的回路，并且包括电抗装置和连接电抗装置的两端的导线（或电感元件）；以及，第三回路43，是与低频相对应的回路，并且包括馈电部和连接馈电部的两端的导线（或电感元件）。

虽然在图4a至4d中示出没有连接到馈电部的匹配元件的情况，但是馈电部可以连接到匹配元件。在这种情况下，该匹配元件是具有电抗部件的集成电路（电感器或电容器），并且与馈电部串联或并联。

另一方面，与中频对应的第二回路42应当满足在期望频率下的谐振条件，其中，仅由电流回路或由电流回路和集成电路元件（电感元件）来提供在谐振条件中所需的电感。在这种情况下，通过第二回路42的面积来确定由电流回路提供的电感。由电流回路和电感元件提供的总的电感如下。

L_总=L_f+L_lump      等式（6）

在等式6中，L_总表示总电感，L_f表示由电流回路提供的电感，并且L_lump表示由电感元件提供的电感，可以通过测试来检查。因此，由于当根据电感元件的XL与根据电容元件的XC相同时产生谐振，所以可以获得用于谐振的电容。

因此，当不仅通过电路回路而且通过集成电路元件（电感元件）来提供电感时，与谐振频率相关的等式4可以表示为如下。

图5a是图示根据一个实施例的具有馈电结构的天线51的示例的视图。

天线51包括：辐射体512a；接地体512b，用于提供地电势并且像辐射体512a一样工作；以及，馈电结构。该馈电结构包括：馈电部511，用于向辐射体512a提供信号；以及，导线514，用于形成从馈电部511延伸的馈电回路515。导线514是接地部。该接地部连接到辐射体512a和接地体512b，由此将辐射体512a在接地体512b上接地。

图5b是图示根据另一个实施例的具有馈电结构的天线的视图。天线52包括在图4a中所示的馈电结构。

天线52包括：辐射体522a；接地体522b，不提供地电势而是像辐射体522a一样工作；以及，馈电结构。该馈电结构包括馈电部521、谐振增加部和导线524。导线524可以包括接地部。谐振增加部连接到接地体522b。另外，谐振增加部包括电抗装置528。电抗装置528包括电容性装置和电感性装置的至少一个。该电容性装置可以是电容器。该电感性装置可以是电感器。

在天线52中，第一回路526是由馈电部521和谐振增加部形成的，第二回路525是由谐振增加部和导线524形成的，并且第三回路527是由馈电部521和导线524形成的。

根据本实施例的通过天线52控制谐振频率可以按如下方式进行。

首先，对于图5b中所示的天线20，根据等式5，按照如下方式获得根据第二回路525的电感。

$L_f\≈\mathrm{\μ}\×\sqrt{S}=4\mathrm{\π}\×{10}^{-7}\×\sqrt{5\×6\×{10}^{-6}}=6.9\mathrm{nH}$     等式（8）

另外，根据等式4，按照如下方式获得根据第二回路525的谐振频率。

$f_r=\frac{1}{2\mathrm{\π}\×\sqrt{0.6\×{10}^{-12}\×6.9\×{10}^{-9}}}=2.47\mathrm{GHz}$     等式（9）

图6是图示根据图5a的天线的性能与根据图5b的天线的性能的比较结果的视图。

如图6所示，可以知道图5b的天线52具有比图5a的天线51更宽带的特性。另外，可以知道，谐振可以实际上在通过等式7获得的谐振频率2.47GHz附近出现。

因此，可以知道，根据本实施例的包括馈电结构的天线52不仅具有宽带特性，而且如果需要则控制谐振频率，由此容易设计具有期望的频带的天线。也就是说，通过改变第二回路的面积和电容元件的电容能够涉及具有期望的频带的天线。另外，当在第二回路的面积中产生的电感小时，通过向第二回路增加电感元件能够设计具有期望的频带的天线。

图7是图示根据又一个实施例的具有馈电结构的天线的视图。

天线70包括：作为辐射体的接地体71；电容器72；空隙73，去除了接地体71的区域；以及，在空隙73内形成的馈电结构700。

在馈电结构700中，形成有第一回路710、第二回路730和第三回路720。第一回路710是由馈电部75和具有电抗装置74的谐振增加部形成的。第二回路730是由谐振增加部和连接到接地体71的接地部形成的。另外，第三回路720形成馈电部75和接地部。

另外，第三回路720对应于低频回路，第二回路730对应于中频回路，并且第一回路710对应于高频回路。因此，通过第一回路710的面积和第二回路730的面积与电抗装置74的电抗来确定天线70的谐振频率。

图8是图示根据另一个实施例的具有馈电结构的天线80的视图。

在天线80的情况下，将辐射体82a和82b与馈电结构800分开。

也就是说，虽然辐射体82a和82b与馈电结构800分开，但是辐射体82a和82b之一与连接到辐射体82a和82b的辐射体回路84通过从馈电结构800产生的磁通量来与馈电结构800耦合。因此，馈电结构800可以以电磁方式向辐射体82a和82b馈送RF信号。

天线80的馈电结构800包括通过包括馈电部81和电抗装置83而形成的第一回路810、通过包括电抗装置83和导线而形成的第二回路820以及通过包括馈电部81和导线而形成的第三回路830。

根据本实施例的馈电结构800包括与低频回路对应的第三回路830、与中频回路对应的第二回路820以及与高频回路对应的第一回路810，其中，通常通过第二回路820的面积和电抗装置83的电抗来确定谐振频率。

以上描述涉及用于更有效地将从馈电部输入的RF信号馈送到在包括馈电部和辐射体的天线结构中的辐射体的馈电结构。因此，在以上描述中，馈电部包括用于与馈源的阻抗匹配的匹配电路。例如，当将用于阻抗匹配的电抗装置连接到馈源时，在这种情况下，馈电部中可以包括馈源和电抗装置。

图9是图示根据另一个实施例的具有馈电结构的天线的视图，其中，多个电抗装置串联。

图10是图示具有馈电结构的天线的视图，其中，包括一个或多个电抗装置的电路并联。

如图9中所示，在辐射体92和馈电结构中，接地部98连接到馈电部92，并且形成第一回路93，并且第二回路94是由包括连接到馈电部91的多个电抗装置96和97的谐振增加部94形成的，由此在特定频带中发射RF信号。

另外，如图10中所示，多个谐振增加部104和108连接到馈电部101和接地部，并且形成第二回路105。谐振增加部104和108的一个或多个电抗装置106和107与馈电部91并联。经由第二回路105，发射具有特定频带的RF信号。

在本实施例中，电抗装置可以连接到接地部98或馈电部91所连接到的馈线，其中，电抗装置可以连接到谐振增加部94、104和108，以适当地提供其特性。

本实施例涉及通过除了接地部之外还将电抗装置增设到谐振增加部104和108用于提供宽带而控制频率，其中，谐振增加部104和108可以与接地部并联，以提供在谐振频率中所需的各种电抗值。

谐振增加部并联，一个或多个电抗装置分别连接到谐振增加部，并且，当多个电抗装置连接到谐振增加部之一时电抗装置串联。

在本实施例中，通过另外连接的谐振增加部来形成电感L，由此将提供谐振点的电容值串联/并联，以导出尚未作为商品发售的0.254pF、0.374pF、0.343pF、12.5pF等的值。

如图10中所示，包括一个或多个电抗装置106和107的多个谐振增加部104和108彼此并联。

如上所述，电抗装置串联或并联，应用电抗装置的相加特性，控制多个电抗装置96、97、106和107，并且可以导出当形成谐振时未标准化的电抗值，由此精密地控制回路。

通常，在天线结构中，低电抗值（0.3至1.5pF）用于在诸如PCS的装置中使用的1800MHz或更大的频率，并且，高电抗值（6至9pF）用于960MHz或更小的频率。

虽然当前使用低电抗（2pF）来标准化的产品以0.1pF为单位存在，并且当前使用高电抗（2pF）而标准化的产品以1pF为单位存在，由于结构比电抗装置的标准化公差更敏感，所以需要当使用期望的频率来形成谐振时未标准化的电抗值。

因此，如参考实施例所述，基于图9和10，可以导出各个实施例（参考图11至16）的用于谐振的电抗值。

根据串联/并联的电抗装置的电抗装置计算特性表示为如下。

C_总=C1C2/C1+C2      等式（10）

C_总=C3+C4      等式（11）

为了形成与其相对应的适当电抗，可以通过使用电抗装置的串联/并联特性来导出未标准化的电抗。

作为一个示例，当使用期望频率0.343pF来形成谐振时，可以通过并联C1=2.4pF/C2=0.4pF来导出C_总:0.343pF。

作为另一个示例，当使用期望频率12.5pF来形成谐振时，可以通过并联C3=12pF/C4=0.5pF来导出C_总:12.5pF。

图11至16是图示多种连接电抗装置的示例的视图。

图11是图示串联的三个电抗装置116、117和118连接到谐振增加部114的示例的视图。

图12是一个或多个电抗装置分别连接到多个谐振增加部123、124和125的示例的视图，相应的谐振增加部123、124和125并联，也就是说，相应的电抗装置并联。

图13是图示一个或多个电抗装置分别连接到多个谐振增加部的示例的视图，该谐振增加部并联，多个电抗装置具体串联到谐振增加部的任何一个。

图14是图示一个或多个电抗装置分别连接到多个谐振增加部的示例的视图，谐振增加部并联，多个电抗装置具体串联到谐振增加部的任何一个。

图15是图示两个或更多个电抗装置分别连接到多个谐振增加部的示例的视图，谐振增加部并联。

图16是图示多个电抗装置与两个谐振增加部串联并且一个或多个电抗装置连接到另外两个谐振增加部的示例的视图，该谐振增加部并联。

如上所述的连接的示例的每一个可以对应于每一单个实施例，并且能够提供将多者串联的各个实施例。

图17是图示使用标准化的电抗装置的天线的特性的视图。

图18是图示使用未标准化的电抗装置的天线的特性的视图。

如上所述，除了接地部之外，将至少一个电抗装置增加到至少一个谐振增加部，以控制频率，其中，多个电抗装置串联或并联，由此提供在谐振频率上所需的各种电抗值。

如上所述的本实施例可以应用于通过使用电容来控制频率的所有天线。

根据本实施例，当用于天线的谐振频率的电抗值不是量化值时，可以通过使用多个并联或串联电抗装置来导出在谐振中需要的最佳电抗装置值，以精密地调整电抗值。

对于宽带天线，可以通过耦合多个并联或串联电抗装置来确定用于允许在期望的频率处发生谐振的最佳电抗值。

因此，根据电路配置，能够选择并使用用于谐振电抗的适当的电抗装置，也就是说，通过获得未标准化的电抗值来控制具有期望的频带的天线极化。

另外，能够通过仅使用电抗装置而不使用在设计上变化回路的大小来对天线进行调制，由此简化调制方法。

虽然已经参考多个说明性实施例来描述了实施例，但是应当明白，本领域的技术人员可以导出落在本公开的原理的精神和范围内的多种其他修改和实施例。更具体地，在本公开、附图和所附的权利要求的范围内，可以对主组合布置的组成部件和/或配置进行各种变化和修改。除了对组成部件和/或配置进行变化和修改之外，替代使用对于本领域的技术人员也是显然的。

Claims (20)

1.一种天线设备，包括：

辐射体；

馈电部，用于给所述辐射体提供信号；以及

接地部，用于将所述辐射体接地，并且从所述馈电部延伸。

2.根据权利要求1所述的天线设备，进一步包括：

连接到所述接地部的至少一个谐振增加部。

3.根据权利要求2所述的天线设备，其中，所述谐振增加部包括至少一个电抗装置。

4.根据权利要求3所述的天线设备，其中，所述电抗装置包括电容性装置和电感性装置的至少一个。

5.根据权利要求4所述的天线设备，其中，所述电容性装置是电容器。

6.根据权利要求4所述的天线设备，其中，所述电感性装置是电感器。

7.根据权利要求1或2所述的天线设备，其中，通过所述馈电部和所述接地部来形成第一回路。

8.根据权利要求7所述的天线设备，其中，通过所述谐振增加部和所述接地部来形成第二回路。

9.根据权利要求2至6的任何一项所述的天线设备，其中，所述谐振增加部被布置在所述馈电部与所述接地部之间。

10.根据权利要求2至6的任何一项所述的天线设备，其中，所述馈电部被布置在所述接地部与所述谐振增加部之间。

11.一种馈电结构，包括：

馈电部，用于提供信号；以及

接地部，其从所述馈电部延伸。

12.根据权利要求11所述的馈电结构，进一步包括：

连接到所述接地部的至少一个谐振增加部。

13.根据权利要求12所述的馈电结构，其中，所述谐振增加部包括至少一个电抗装置。

14.根据权利要求13所述的馈电结构，其中，所述电抗装置包括电容性装置和电感性装置的至少一个。

15.根据权利要求14所述的馈电结构，其中，所述电容性装置是电容器。

16.根据权利要求14所述的馈电结构，其中，所述电感性装置是电感器。

17.根据权利要求11或12所述的馈电结构，其中，通过所述馈电部和所述接地部来形成第一回路。

18.根据权利要求17所述的馈电结构，其中，通过所述谐振增加部和所述接地部来形成第二回路。

19.根据权利要求12至16的任何一项所述的馈电结构，其中，所述谐振增加部被布置在所述馈电部与所述接地部之间。

20.根据权利要求12至16的任何一项所述的馈电结构，其中，所述馈电部被布置在所述接地部与所述谐振增加部之间。

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