CN104025379A - 天线装置及通信终端装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种易于控制频率特性的支持多频带的天线装置。该天线装置具备：环形辐射元件(11)，该环形辐射元件(11)一端作为供电端，另一端作为接地端；以及匹配电路，该匹配电路包括安装于供电端的第一电感元件(L1)以及安装于接地端，并与第一电感元件(L1)磁场耦合的第二电感元件(L2)，其特征在于，环形辐射元件(11)构成为以多个谐振模式进行谐振，该多个谐振模式包括偶模式以及奇模式，第一电感元件(L1)与第二电感元件(L2)以如下方式进行卷绕、连接，即：对于偶模式以及奇模式的一方相互增强磁场，而对于另一方则相互减弱磁场。

Description

天线装置及通信终端装置
技术领域
本发明涉及能收发多个频带的无线信号的天线装置，以及使用该天线装置的通信终端装置。
背景技术
在以移动电话为代表的通信终端装置中，采用例如专利文献1中所记载的环形天线。该环形天线由全长为1波长的环形导体构成，该环形导体的一端作为供电端，另一端作为接地端。该环形天线即使在接近人体使用的状态下，增益的降低也较少，具有优异的辐射特性。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本专利特开2002－43826号公报
发明内容
发明所要解决的问题
然而，近年来，通信终端装置中要求支持多种频带，例如在支持GSM(注册商标；Global System for Mobile communication：全球移动通信系统)850、GSM900、GSM1800、GSM1900以及UMTS(Universal Mobile TelecommunicationsSystem：通用移动通信系统)的五频带的通信终端装置中，要求支持824-960MHz(低频带)、1710-2170MHz(高频带)的较宽频带。
在用于支持这样的宽频带的环形天线中，如图1(A)所示，利用3个谐振(谐振1、谐振2、以及谐振3)来覆盖多个频带。即，利用谐振1构成低频带的通频带，利用谐振2以及谐振3构成高频带的频带。
如图1(B)所示，谐振1是奇模式的基波引起的谐振，是具有单极型电流分布的谐振模式，该单极型电流分布中以环形天线的中间点作为电场最大点。谐振2是偶模式的谐振，是具有在环形天线101上具有两个电场最大点的双极型电流分布的谐振模式。谐振3是由奇模式的谐波引起的谐振，是具有如图所示的电流分布的谐振模式，在环形天线101上具有3个电场最大点。此处，“奇模式”是从供电端到辐射元件的电流流向与从接地端到辐射元件的电流流向相一致的状态的模式，“偶模式”是从供电端到辐射元件的电流流向与从接地端到辐射元件的电流流向相反的状态的模式。
各谐振的谐振频率能够通过环形天线101的尺寸来决定，但在利用匹配电路进行控制的情况下，考虑如图1(C)所示那样，在天线的供电端以及接地端上分别安装电感元件L1以及电感元件L2的结构。
然而，在如上所述安装电感元件来调整频率的情况下，各谐振频率的变化量随着频率的增高而变大。即，若单纯采用安装电感元件的方法，则难以按每个谐振模式来独立地控制谐振频率。
本发明是鉴于上述实际情况而完成的，其目的在于，在具有多个谐振模式的天线元件中，提供一种能独立地控制各谐振模式的谐振频率，且频率特性优异的能支持多频带的天线装置，以及使用该天线装置的通信终端装置。
解决技术问题所采用的技术方案
即，本发明的天线装置具备：辐射元件，该辐射元件包括一端作为供电端的第一导体以及一端作为接地端的第二导体；以及匹配电路，该匹配电路包括安装于所述第一导体的所述供电端的第一电感元件、以及安装于所述第二导体的所述接地端，并与所述第一电感元件磁场耦合的第二电感元件，所述天线装置的特征在于，所述辐射元件构成为以多个谐振模式进行谐振，该多个谐振模式包括偶模式以及奇模式，所述第一电感元件与所述第二电感元件以如下方式进行卷绕、连接，即：对于所述偶模式以及所述奇模式的一方相互增强磁场，而对于另一方则相互减弱磁场。
此外，本发明的通信终端装置具备：供电元件；辐射元件，该辐射元件包括一端作为供电端的第一导体以及一端作为接地端的第二导体；以及匹配电路，该匹配电路包括安装于所述第一导体的所述供电端的第一电感元件、以及安装于所述第二导体的所述接地端，并与所述第一电感元件磁场耦合的第二电感元件，所述通信终端装置的特征在于，所述辐射元件构成为以多个谐振模式进行谐振，该多个谐振模式包括偶模式以及奇模式，所述第一电感元件与所述第二电感元件以如下方式进行卷绕、连接，即：对于所述偶模式以及所述奇模式的一方相互增强磁场，而对于另一方则相互减弱磁场。
发明效果
根据本发明，由于能在辐射元件中独立地控制多个谐振模式的谐振频率，因此能实现一种频率特性优异的能支持多频带的天线装置。此外，利用该天线装置能实现一种频率特性优异的能支持多频带的通信终端装置。
附图说明
图1(A)是表示环形天线的频率特性的曲线，图1(B)是用于说明各谐振模式的动作原理的简图，图1(C)是在环形天线上安装有电感元件的天线装置的等效电路图。
图2是实施方式1的天线装置的等效电路图。
图3是实施方式1的天线装置中的匹配电路元件的分解图。
图4(A)是实施方式1的通信终端装置的简要俯视图，图4(B)是简要剖视图。
图5是用于说明实施方式1的天线装置的动作原理的简图。
图6是表示实施方式1的天线装置的频率特性的曲线。
图7是实施方式2的天线装置的等效电路图。
图8是用于说明实施方式2的天线装置的动作原理的简图。
图9是表示实施方式2的天线装置的频率特性的曲线。
图10是实施方式3的天线装置的等效电路图。
具体实施方式
下面，基于实施方式1～实施方式3对本发明的天线装置及通信终端装置进行说明。
＜实施方式1＞
本实施方式的天线装置是将824～960MHz(低频带)及1710-2170MHz(高频带)作为通频带的天线装置，是支持GSM850、GSM900、GSM1800、GSM1900及UMTS五频带的天线装置。
如图2所示，该天线装置是将电长度为1波长的环形辐射元件11用作为辐射元件的天线装置。环形辐射元件11的一端(端子P2)是与供电元件相连接的供电端，另一端(端子P3)是接地的接地端。该环形辐射元件11呈将一端作为供电端的第一导体与一端作为接地端的第二导体各自的另一端彼此连接而成的
形状，能够视作折叠偶极天线。该环形辐射元件11具有多个谐振模式，后文中将详细阐述。
环形辐射元件11的供电端安装有第一电感元件L1，接地端安装有第二电感元件L2。即，第一电感元件的一端(端子P1)与供电元件相连接，另一端(端子P2)与环形辐射元件11的一端(供电端)相连接。第二电感元件的一端(端子P4)接地，另一端(端子P3)与环形辐射元件11的另一端(接地端)相连接。第一电感元件L1与第二电感元件L2彼此经由磁场耦合(加极性耦合)，由第一电感元件L1与第二电感元件L2构成匹配电路(匹配电路元件12)。
如图3所示，由电感元件L1与电感元件L2构成的匹配电路作为芯片元器件(匹配电路元件12)而构成，该芯片元器件将层叠多个基材层13a、13b、13c、13d、13e而形成的层叠体作为坯体。即，各电感元件L1、L2一体形成于层叠基材层13a、13b、13d、13e而构成的层叠体。在层叠体的背面形成有8个端子，其中4个端子P1～P4是与各电感元件相连接的输入输出端子。其他4个端子是NC(无触点)端子。
在该层叠体中，端子P1经由设置于基材层13a的过孔导体14、设置于基材层13b的过孔导体14及设置于基材层13c的过孔导体14，与设置于基材层13c的半匝线圈状导体图案的一端相连接。该导体图案的另一端经由设置于基材层13c的过孔导体14与设置于基材层13b的半匝线圈状导体图案的一端相连接，该导体图案的另一端经由设置于基材层13b的过孔导体14与设置于基材层13a的半匝线圈状导体图案的一端相连接。该导体图案的另一端经由设置于基材层13a的过孔导体14与设置于层叠体背面的端子P2相连接。由这些导体图案及过孔导体构成第一电感元件L1。
同样，端子P4经由设置于基材层13a的过孔导体14、设置于基材层13b的过孔导体14、设置于基材层13c的过孔导体14及设置于基材层13d的过孔导体14，与设置于基材层13d的一匝线圈状导体图案的一端相连接。该半导体图案的另一端经由设置于基材层13d的过孔导体14与设置于基材层13c的半匝线圈状导体图案的一端相连接。该导体图案的另一端经由设置于基材层13c的过孔导体14与设置于基材层13b的半匝线圈状导体图案的一端相连接，该导体图案的另一端经由设置于基材层13b的过孔导体14与设置于基材层13a的半匝线圈状导体图案的一端相连接。该导体图案的另一端经由设置于基材层13a的过孔导体14与设置于层叠体背面的端子P3相连接。由这些导体图案及过孔导体14构成第二电感元件L2。
各基材层13a～13e可以是LTCC陶瓷层那样的陶瓷层，也可以是热塑性树脂或热固性树脂那样的树脂层。即，层叠体可以是陶瓷层叠体，也可以是树脂层叠体。设置于各基材层13a～13e的面内导体、层间连接导体(过孔导体)由以银、铜等为主要成分的电阻率较小的金属材料构成。
本实施方式的通信终端装置是支持GSM850、GSM900、GSM1800、GSM1900以及UMTS五频带的移动电话。
如图4所示，该通信终端装置20包括具有方形的外形形状的终端壳体21，该终端壳体21上搭载有第一印刷布线板22、电池组23、第二印刷布线板24、液晶显示元件(省略图示)等。第一印刷布线板22、第二印刷布线板24设置有与其主面大致相同面积的接地(省略图示)，在接地的表面搭载有显示元件的驱动电路、电源的控制电路、蜂窝通信用IC芯片25等各种功能的电路元器件。环形辐射元件26通过将在柔性基材上形成环形图案的片材粘贴在终端壳体21的端部附近的内壁面上而构成。环形辐射元件26的一端经由设置于第一印刷布线板22的触针27与搭载于第一印刷布线板22上的匹配电路元件28相连接，环形辐射元件26的另一端同样经由设置于第一印刷布线板22的触针27，同样地与匹配电路元件28相连接。匹配电路元件28的供电侧端子(端子P1)与搭载于第一印刷布线板22上的蜂窝通信用IC芯片25相连接，匹配电路元件28的接地侧端子(端子P4)与第一印刷布线板22的接地相连接。
本实施方式的环形天线元件26按谐振频率由低到高的顺序具有第一谐振模式(谐振1)、第二谐振模式(谐振2)以及第三谐振模式(谐振3)3个谐振模式。此外，第一谐振模式以及第三谐振模式为奇模式，第二谐振模式为偶模式。如图5以及图6所示，谐振1是奇模式的基波引起的谐振，是具有单极型电流分布的谐振模式，该单极型电流分布中以环形天线的中间点作为电场最大点。谐振1在低频带具有谐振频率。谐振2是偶模式的谐振，是具有在环形天线上具有两个电场最大点的双极型电流分布的谐振模式。该谐振2在高频带中的低频侧具有谐振。谐振3是由奇模式的谐波引起的谐振，是具有如图所示的电流分布的谐振模式，在环形天线上具有3个电场最大点。该谐振3在高频带中的高频侧具有谐振。
另外，如上所述，“奇模式(odd mode)”是从供电端到辐射元件的电流流向与从接地端到辐射元件的电流流向相一致的状态的模式，是在电感元件L1以及电感元件L2中以相互不同的极性的电压进行传输的模式。“偶模式(evenmode)”是从供电端到辐射元件的电流流向与从接地端到辐射元件的电流流向相反的状态的模式，是在电感元件L1以及电感元件L2中以相同极性的电压进行传输的模式。
在本实施方式中，电感元件L1与电感元件L2以如下方式进行卷绕、连接，即：对于奇模式相互增强磁场、而对于偶模式则相互减弱磁场。因而，如图5所示，对于谐振1以及谐振3，电感元件L1与电感元件L2彼此磁场相互增强，作为具有较大的L值的电感元件进行工作。另一方面，对于谐振2，电感元件L1与电感元件L2所产生的磁场相互减弱，更确切地说，各电感元件所产生的磁场发生抵消。因而，根据本实施方式的结构，如图6所示，能使谐振2的谐振频率不产生较大地偏移，而选择性地仅使谐振1与谐振3的谐振频率向低频侧偏移(另外，更严密地说，与谐振1的频率偏移量相比谐振3的频率偏移量较大)。
＜实施方式2＞
在本实施方式的天线装置中，基本而言，具有与实施方式1的天线装置相同的结构，但如图7所示，第一电感元件L1与第二电感元件L2经由磁场进行耦合(减极性耦合)。具体而言，环形辐射元件11的供电端与匹配电路元件12的端子P2相连接，环形辐射元件11的接地端与匹配电路元件12的端子P4相连接。也就是说，电感元件L1与电感元件L2以如下方式进行卷绕、连接，即：对于奇模式彼此磁场相互减弱，而对于偶模式则彼此磁场相互增强。因而，如图8所示，对于谐振1以及谐振3，电感元件L1与电感元件L2彼此磁场相互减弱，各电感元件L1、L2所产生的磁场发生抵消。另一方面，对于谐振2，电感元件L1与电感元件L2所产生的磁场相互增强。由此，如图9所示，能使谐振1以及谐振3的谐振频率不产生较大的偏移，而选择性地仅使谐振2的谐振频率向低频侧偏移。
＜第三实施方式＞
如图10所示，本实施方式的天线装置构成为，构成辐射元件的第一导体的另一端与第二导体的另一端均为开放端，第一导体为供电辐射元件(第一辐射元件31)、第二导体为无供电辐射元件(第二辐射元件32)。由第一辐射元件以及第二辐射元件构成的辐射元件以包含偶模式以及奇模式的多个谐振模式进行谐振。构成匹配电路的第一电感元件与第二电感元件以如下方式进行卷绕、连接，即：对于偶模式以及奇模式的一方相互增强磁场、而对于另一方则相互减弱磁场。
<其它实施方式>
上面，基于具体的实施方式来说明了本发明，但是本发明并不限于这些实施方式。
例如，辐射元件(天线元件)只要构成为包括一端作为供电端的第一导体以及一端作为接地端的第二导体，并以包括偶模式以及奇模式的多个谐振模式来进行谐振即可。即，供电辐射元件与无供电辐射元件的形状并不局限于单纯的单极型，也能采用折叠型、T分支型等各种形状。
此外，辐射元件并不局限于形成在柔性基板上的图案，例如可以利用在电介质坯体上形成天线图案的贴片天线，也可以利用直接描绘在印刷布线板、终端壳体上的导体图案。
此外，第一电感元件、第二电感元件并不局限于将导体图案卷绕成线圈状而构成的线圈状元件，也可以是将基于磁场耦合作为一种类型的磁性耦合元件。
标号说明
L1 第一电感元件
L2 第二电感元件
11 环形辐射元件
12 匹配电路元件
13a～13e 基材层
14 过孔导体
20 通信终端装置
21 终端壳体
22 第一印刷布线板
23 电池组
24 第二印刷布线板
25 通信用IC芯片
26 环形辐射元件
27 触针
28 匹配电路元件
31 第一辐射元件
32 第二辐射元件

Claims (6)

1.一种天线装置，具备：
辐射元件，该辐射元件包括一端作为供电端的第一导体以及一端作为接地端的第二导体；以及
匹配电路，该匹配电路包括安装于所述第一导体的所述供电端的第一电感元件、以及安装于所述第二导体的所述接地端，并与所述第一电感元件磁场耦合的第二电感元件，所述天线装置的特征在于，
所述辐射元件构成为以多个谐振模式进行谐振，该多个谐振模式包括偶模式以及奇模式，
所述第一电感元件与所述第二电感元件以如下方式进行卷绕、连接，即：对于所述偶模式以及所述奇模式的一方相互增强磁场，而对于另一方则相互减弱磁场。
2.如权利要求1所述的天线装置，其特征在于，
所述辐射元件以谐振频率从低到高的顺序具有第一谐振模式、第二谐振模式以及第三谐振模式，所述第一谐振模式与所述第三谐振模式为奇模式，所述第二谐振模式为偶模式。
3.如权利要求1或2所述的天线装置，其特征在于，
所述第一导体的另一端与所述第二导体的另一端相连接，所述辐射元件构成环形辐射元件。
4.如权利要求1或2所述的天线装置，其特征在于，
所述第一导体的另一端与所述第二导体的另一端均为开放端，所述第一导体作为供电辐射元件而构成，所述第二导体作为无供电辐射元件而构成。
5.如权利要求1至4的任一项所述的天线装置，其特征在于，
所述第一电感元件和所述第二电感元件在层叠多个基材层而构成的层叠体上一体形成。
6.一种通信终端装置，具备：
供电元件；
辐射元件，该辐射元件包括一端作为供电端的第一导体以及一端作为接地端的第二导体；以及
匹配电路，该匹配电路包括安装于所述第一导体的所述供电端的第一电感元件、以及安装于所述第二导体的所述接地端，并与所述第一电感元件磁场耦合的第二电感元件，所述通信终端装置的特征在于，
所述辐射元件构成为以多个谐振模式进行谐振，该多个谐振模式包括偶模式以及奇模式，所述第一电感元件与所述第二电感元件以如下方式进行卷绕、连接，即：对于所述偶模式以及所述奇模式的一方相互增强磁场，而对于另一方则相互减弱磁场。
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