CN105226387A

CN105226387A - 天线装置

Info

Publication number: CN105226387A
Application number: CN201410304703.3A
Authority: CN
Inventors: 高田义直; 严忠友
Original assignee: Tyco Electronics Shanghai Co Ltd
Current assignee: Tyco Electronics Shanghai Co Ltd
Priority date: 2014-06-30
Filing date: 2014-06-30
Publication date: 2016-01-06

Abstract

本发明公开一种天线装置，包括：第一单极天线单元；和阻抗变换电路单元，其中，所述第一单极天线单元为仅具有单根天线的双频单极天线单元；并且其中，所述阻抗变换电路单元的一端与所述第一单极天线单元电连接，另一端与馈电端电连接或接地。在本发明中，由于阻抗变换电路单元不会辐射电磁波，所以不会抵消天线装置中的天线所产生的谐振电磁波，从而提高了天线的辐射效率。此外，由于阻抗变换电路单元是一个集总元件，其尺寸小，占用的天线空间少。

Description

天线装置

技术领域

本发明涉及一种天线装置。

背景技术

图1显示一种现有的单极天线装置。如图1所示，该单极天线装置包括印刷在电路板10上的一个双频单极天线单元，该双频单极天线单元包括第一天线11和第二天线12。第一天线11的长度大于第二天线12的长度。第一天线11和第二天线12的一端与馈电端13电连接(也可以接地)，并且第一天线11和第二天线12从连接端开始分叉。

图1所示的这种双频单极天线单元的的频带不够宽，为了使频带宽度达到预定要求，必须增大第一天线11和第二天线12的长度，这会导致整根天线单元的尺寸过大。

另外，在图1所示的这种双频单极天线单元中，第一天线11的频率不同于第二天线12的频率。因此，两根天线相互之间存在干扰。长天线工作时，短天线会干扰其工作。短天线工作时，长天线也会对其产生干扰。

图2显示一种现有的折叠式单极天线装置。如图2所示，该折叠式单极天线装置包括印刷在电路板20上的一根天线，这根天线的一端与馈电端23(也可以接地)电连接。这根天线不是一根直的天线，而是被弯折成两部分，并且远离馈电端23的第一部分21的长度大于靠近馈电端23的第二部分22的长度。第一部分21作为偶极天线产生谐振，第二部分22作为单极天线工作在第三次谐振中。在三次谐振的零点位置，通过加载电容器24来控制三次谐振频率。

第一谐振和第三谐振是双频天线的主要辐射模式。在第一谐振中，图2所示的折叠式天线的第一部分21和第二部分22发出的电磁波相互抵消，导致辐射效率下降。

另外，图2所示的折叠式天线的第一部分21和第二部分22通常是由传输线等分布电路单元构成，它们占据了天线的主要空间，并且与天线工作频率相关。因此，这种折叠式天线受空间限制，频率调整的范围较小。

发明内容

本发明的目的旨在解决现有技术中存在的上述问题和缺陷的至少一个方面。

本发明的一个目的在于提供一种天线装置，该天线装置具有高的辐射效率。

本发明的另一个目的在于提供一种天线装置，该天线装置尺寸小，占用的天线空间少。

根据本发明的一个方面，提供一种天线装置，包括：

第一单极天线单元；和

阻抗变换电路单元，

其中，所述第一单极天线单元为仅具有单根天线的双频单极天线单元；并且

其中，所述阻抗变换电路单元的一端与所述第一单极天线单元电连接，另一端与馈电端电连接或接地。

根据本发明的一个实施例，所述天线装置还包括：第二单极天线单元，所述第二电极天线与所述馈电端电连接，其中，所述阻抗变换电路单元的另一端接地。

根据本发明的另一个实施例，所述第二单极天线单元为具有两根天线的双频单极天线单元，并且所述两根天线中的一根天线的长度大于另一根天线的长度。

根据本发明的另一个实施例，所述第一单极天线单元由印刷在电路板上的导电迹线形成。

根据本发明的另一个实施例，所述第一单极天线单元和所述第二单极天线单元由印刷在电路板上的导电迹线形成。

根据本发明的另一个实施例，所述阻抗变换电路单元包括：一个第一电感元件；一个第二电感元件，独立于所述第一电感元件；和一个电容元件，其中，所述电容元件的一端与所述第一电感元件的一端和所述第二电感元件的一端电连接，所述电容元件的另一端接地；并且其中，所述第一电感元件和所述第二电感元件中的一个的另一端与所述第一单极天线单元电连接，另一个的另一端与所述馈电端电连接或接地。

根据本发明的另一个实施例，所述阻抗变换电路单元为集成在电路板上的集总元件。

根据本发明的另一个实施例，所述电容元件为具有两个平行的电极板的平板电容器；所述电容元件的一个电极板形成在所述电路板的一个表面上；并且所述电容元件的另一个电极板形成在所述电路板的与所述一个表面相对的另一个表面上。

根据本发明的另一个实施例，所述第一电感元件和所述第二电感元件中的一个电感元件形成在所述电路板的所述一个表面上；并且所述第一电感元件和所述第二电感元件中的另一个电感元件形成在所述电路板的所述另一个表面上。

根据本发明的另一个实施例，所述阻抗变换电路单元包括：一个耦合电感元件，该耦合电感元件包括相互电磁耦合的第一电感元件和第二电感元件；和一个电容元件，其中，所述电容元件的一端与所述第一电感元件的一端和所述第二电感元件的一端电连接，所述电容元件的另一端接地；并且其中，所述第一电感元件和所述第二电感元件中的一个的另一端与所述第一单极天线单元电连接，另一个的另一端与所述馈电端电连接或接地。

在根据本发明的各个实施例的天线装置中，由于阻抗变换电路单元不会辐射电磁波，所以不会抵消天线装置中的天线所产生的第一次谐振电磁波，从而提高了天线的辐射效率。此外，由于阻抗变换电路单元是一个集总元件，其尺寸小，占用的天线空间少。

通过下文中参照附图对本发明所作的描述，本发明的其它目的和优点将显而易见，并可帮助对本发明有全面的理解。

附图说明

图1显示现有技术中的一种天线装置的示意图；

图2显示现有技术中的一种折叠式天线装置的示意图；

图3a显示根据本发明的第一实施例的天线装置的示意图；

图3b显示图3a中的阻抗变换电路单元的电路原理图；

图3c显示图3a中的阻抗变换电路单元集成在电路板上的示意图；

图4a显示根据本发明的第二实施例的天线装置的示意图；

图4b显示图4a中的阻抗变换电路单元的电路原理图；

图4c显示图4a中的阻抗变换电路单元集成在电路板上的示意图；

图5显示图3所示的第一实施例和图4所示的第二实施例的天线装置的S11响应曲线图；

图6显示根据本发明的第三实施例的天线装置的示意图；和

图7显示图6所示的第三实施例的天线装置的S11响应曲线图。

具体实施方式

下面通过实施例，并结合附图，对本发明的技术方案作进一步具体的说明。在说明书中，相同或相似的附图标号指示相同或相似的部件。下述参照附图对本发明实施方式的说明旨在对本发明的总体发明构思进行解释，而不应当理解为对本发明的一种限制。

另外，在下面的详细描述中，为便于解释，阐述了许多具体的细节以提供对本披露实施例的全面理解。然而明显地，一个或多个实施例在没有这些具体细节的情况下也可以被实施。在其他情况下，公知的结构和装置以图示的方式体现以简化附图。

根据本发明的一个总体构思，提供一种天线装置，包括：第一单极天线单元；和阻抗变换电路单元，其中，所述第一单极天线单元为仅具有单根天线的双频单极天线单元；并且其中，所述阻抗变换电路单元的一端与所述第一单极天线单元电连接，另一端与馈电端电连接或接地。

第一实施例

图3a显示根据本发明的第一实施例的天线装置的示意图；图3b显示图3a中的阻抗变换电路单元的电路原理图；图3c显示图3a中的阻抗变换电路单元集成在电路板上的示意图。

如图3a所示，该天线装置主要包括一个第一单极天线单元110和一个阻抗变换电路单元120(稍后将说明该阻抗变换电路单元120的具体结构)。

如图3a所示，在图示的实施例中，第一单极天线单元110为仅具有单根天线的双频单极天线单元。阻抗变换电路单元120的一端与第一单极天线单元110电连接，另一端与馈电端140电连接。请注意，阻抗变换电路单元120的另一端也可以接地。

请继续参见图3a，第一单极天线单元110由印刷在电路板100上的导电迹线形成。

下面将参照图3b和图3c来详细说明阻抗变换电路单元120的具体结构。

如图3b和图3c所示，在图示的实施例中，阻抗变换电路单元120主要包括一个第一电感元件L121、一个第二电感元件L122和一个电容元件C120。

在图3b和图3c所示的实施例中，第一电感元件L121和第二电感元件L122是两个独立的电感元件，即，第一电感元件L121和第二电感元件L122不相互电磁耦合。

请继续参见图3b和图3c，电容元件C120的一端(一个电极端)与第一电感元件L121的一端和第二电感元件L122的一端电连接，电容元件C120的另一端(另一个电极端)接地。

请继续参见图3a、图3b和图3c，第一电感元件L121和第二电感元件L122中的一个的另一端与第一单极天线单元110电连接，另一个的另一端与馈电端140电连接或接地。

请继续参见图3a、图3b和图3c，在图示的实施例中，电容元件C120为具有两个平行的电极板C121、C122的平板电容器。

在图3a、图3b和图3c所示的实施例中，阻抗变换电路单元120为集成在电路板100上的集总元件。因此，该阻抗变换电路单元120的尺寸小，占用的电路板空间较少。

为了尽量减小阻抗变换电路单元120的尺寸，在图示的实施例中，电路板100为具有多层结构，组成阻抗变换电路单元120的各个电子元件分别形成在电路板100不同层中，这样，与将各个电子元件布置在同一层中的结构相比，能够减少各个电子元件所占据的电路板的表面空间。例如，在图示的实施例中，电容元件C120的一个电极板C121(如图3c中的实线所示)形成在电路板100的一个表面(例如，顶层)上；并且电容元件C120的另一个电极板C121(如图3c中的虚线所示)形成在电路板100的与一个表面相对的另一个表面(例如，底层)上。此外，第一电感元件L121和第二电感元件L122中的一个电感元件L121(如图3c中的实线所示)形成在电路板100的一个表面上；并且第一电感元件L121和第二电感元件L122中的另一个电感元件L122(如图3c中的虚线所示)形成在电路板100的另一个表面上。

在图3所示的第一实施例中，被形成为集总元件的阻抗变换电路单元120不辐射电磁波，所以不会抵消第一单极天线单元110产生的第一次谐振电磁波。另外，由集总元件构成的阻抗变换电路单元120的特性阻抗相比分布电路更易于调整，因此，集总元件的这种特性特别易于控制第三次谐振和做阻抗匹配，而且集总元件尺寸小，占用的天线空间少。

图5中的ii1线显示图3所示的第一实施例的天线装置的S11响应曲线图。

在图5的ii1线所示的示例中，该天线装置的低频为800MHz，高频为2GHz，两个电感元件的电感值L＝8nH，电容元件的电容值C＝0.8pF。

第二实施例

图4a显示根据本发明的第二实施例的天线装置的示意图；图4b显示图4a中的阻抗变换电路单元的电路原理图；图4c显示图4a中的阻抗变换电路单元集成在电路板上的示意图。

如图4a所示，该天线装置主要包括一个第一单极天线单元210和一个阻抗变换电路单元220(稍后将说明该阻抗变换电路单元220的具体结构)。

如图4a所示，在图示的实施例中，第一单极天线单元210为仅具有单根天线的双频单极天线单元。阻抗变换电路单元220的一端与第一单极天线单元210电连接，另一端与馈电端240电连接。请注意，阻抗变换电路单元220的另一端也可以接地。

请继续参见图4a，第一单极天线单元210由印刷在电路板200上的导电迹线形成。

下面将参照图4b和图4c来详细说明阻抗变换电路单元220的具体结构。

如图4b和图4c所示，在图示的实施例中，阻抗变换电路单元220主要包括一个耦合电感元件L220和一个电容元件C220。

在图4b和图4c所示的实施例中，耦合电感元件L220包括相互电磁耦合的第一电感元件L221和第二电感元件L222。

请继续参见图4b和图4c，电容元件C220的一端(一个电极端)与第一电感元件L221的一端和第二电感元件L222的一端电连接，电容元件C220的另一端(另一个电极端)接地。

请继续参见图4a、图4b和图4c，第一电感元件L221和第二电感元件L222中的一个的另一端与第一单极天线单元210电连接，另一个的另一端与馈电端240电连接或接地。

请继续参见图4a、图4b和图4c，在图示的实施例中，电容元件C220为具有两个平行的电极板C221、C222的平板电容器。

在图4a、图4b和图4c所示的实施例中，阻抗变换电路单元220为集成在电路板200上的集总元件。因此，该阻抗变换电路单元220的尺寸小，占用的电路板空间较少。

为了尽量减小阻抗变换电路单元220的尺寸，在图示的实施例中，电路板200为具有多层结构，组成阻抗变换电路单元220的各个电子元件分别形成在电路板200不同层中，这样，与将各个电子元件布置在同一层中的结构相比，能够减少各个电子元件所占据的电路板的表面空间。例如，在图示的实施例中，电容元件C220的一个电极板C221(如图4c中的实线所示)形成在电路板200的一个表面(例如，顶层)上；并且电容元件C220的另一个电极板C221(如图4c中的虚线所示)形成在电路板200的与一个表面相对的另一个表面(例如，底层)上。此外，第一电感元件L221和第二电感元件L222中的一个电感元件L221(如图4c中的实线所示)形成在电路板200的一个表面上；并且第一电感元件L221和第二电感元件L222中的另一个电感元件L222(如图4c中的虚线所示)形成在电路板200的另一个表面上。

在图4所示的第二实施例中，被形成为集总元件的阻抗变换电路单元220不辐射电磁波，所以不会抵消第一单极天线单元210产生的第一次谐振电磁波。另外，由集总元件构成的阻抗变换电路单元220的特性阻抗相比分布电路更易于调整，因此，集总元件的这种特性特别易于控制第三次谐振和做阻抗匹配，而且集总元件尺寸小，占用的天线空间少。

在图4所示的第二实施例中，用耦合电感元件(自动变换电路)来代替图3所示的第一实施例中的两个独立的电感元件，这样可以减少尺寸并获得高频宽带带宽。另外，由于两电感元件之间的双重耦合，因此，耦合电感元件比独立的两个电感元件具有更高的Q值，阻抗值与两个独立的电感元件一致。

图5中的ii2线显示图4所示的第二实施例的天线装置的S11响应曲线图。

在图5的ii2线所示的示例中，该天线装置的低频为800MHz，高频为2GHz，耦合电感元件中的每个电感元件的电感值L＝6nH，耦合电感元件的耦合系数K＝0.5，电容元件的电容值C＝1pF。

第三实施例

图6显示根据本发明的第三实施例的天线装置的示意图。

如图6所示，该天线装置，主要包括一个第一单极天线单元310、一个第二单极天线单元330和一个阻抗变换电路单元320。

在图示的实施例中，第一单极天线单元310为仅具有单根天线的双频单极天线单元。

如图6所示，阻抗变换电路单元320的一端与第一单极天线单元310电连接，另一端与馈电端340接地。第二电极天线330与馈电端340电连接。

在图6所示的实施例中，第二单极天线单元330为具有两根天线331、332的双频单极天线单元，并且两根天线331、332中的一根天线331的长度大于另一根天线332的长度。两根天线331、332从与馈电端340开始分叉。

如图6所示，在图示的实施例中，第一单极天线单元310和第二单极天线单元330由印刷在电路板300上的导电迹线形成。

在本发明的一个实施例中，图6所示的第三实施例的天线装置中的阻抗变换电路单元320的具体结构可以与图3所示的第一实施例的天线装置中的阻抗变换电路单元120基本相同，。例如，在图6所示的第三实施例中，阻抗变换电路单元320可以包括两个相互独立的电感元件和一个电容元件。电容元件的一端(一个电极端)与两个电感元件的一端电连接，电容元件的另一端(另一个电极端)接地。两个电感元件中的一个的另一端与第一单极天线单元310电连接，两个电感元件中的另一个的另一端接地。

在本发明的另一个实施例中，图6所示的第三实施例的天线装置中的阻抗变换电路单元320的具体结构可以与图4所示的第二实施例的天线装置中的阻抗变换电路单元220基本相同。例如，在图6所示的第三实施例中，阻抗变换电路单元320可以包括一个耦合电感元件和一个电容元件。耦合电感元件包括相互电磁耦合的两个电感元件。电容元件的一端(一个电极端)与两个电感元件的一端电连接，电容元件的另一端(另一个电极端)接地。两个电感元件中的一个的另一端与第一单极天线单元310电连接，两个电感元件中的另一个的另一端接地。

图7显示图6所示的第三实施例的天线装置的S11响应曲线图。

根据前述各个实施例描述的天线装置具有如下优点中的至少一个：双频工作，频率易于控制；尺寸小，低频辐射效率高；高频频段的工作带宽较宽。

本领域的技术人员可以理解，上面所描述的实施例都是示例性的，并且本领域的技术人员可以对其进行改进，各种实施例中所描述的结构在不发生结构或者原理方面的冲突的情况下可以进行自由组合。

虽然结合附图对本发明进行了说明，但是附图中公开的实施例旨在对本发明优选实施方式进行示例性说明，而不能理解为对本发明的一种限制。

虽然本总体发明构思的一些实施例已被显示和说明，本领域普通技术人员将理解，在不背离本总体发明构思的原则和精神的情况下，可对这些实施例做出改变，本发明的范围以权利要求和它们的等同物限定。

应注意，措词“包括”不排除其它元件或步骤，措词“一”或“一个”不排除多个。另外，权利要求的任何元件标号不应理解为限制本发明的范围。

Claims

1.一种天线装置，其特征在于，包括：

第一单极天线单元(110、210、310)；和

阻抗变换电路单元(120、220、320)，

其中，所述第一单极天线单元(110、210、310)为仅具有单根天线的双频单极天线单元；并且

其中，所述阻抗变换电路单元(120、220、320)的一端与所述第一单极天线单元(110、210、310)电连接，另一端与馈电端(140、240、340)电连接或接地。

2.根据权利要求1所述的天线装置，还包括：

第二单极天线单元(330)，所述第二电极天线(330)与所述馈电端(340)电连接，

其中，所述阻抗变换电路单元(120、220、320)的另一端接地。

3.根据权利要求2所述的天线装置，其特征在于，

所述第二单极天线单元(330)为具有两根天线(331、332)的双频单极天线单元，并且所述两根天线(331、332)中的一根天线(331)的长度大于另一根天线(332)的长度。

4.根据权利要求1所述的天线装置，其特征在于，

所述第一单极天线单元(110)由印刷在电路板(100)上的导电迹线形成。

5.根据权利要求3所述的天线装置，其特征在于，

所述第一单极天线单元(110)和所述第二单极天线单元(330)由印刷在电路板(100、300)上的导电迹线形成。

6.根据权利要求1-5中任一项所述的天线装置，其特征在于，

所述阻抗变换电路单元(120)包括：

一个第一电感元件(L121)；

一个第二电感元件(L122)，独立于所述第一电感元件(L121)；和

一个电容元件(C120)，

其中，所述电容元件(C120)的一端与所述第一电感元件(L121)的一端和所述第二电感元件(L122)的一端电连接，所述电容元件(C120)的另一端接地；并且

其中，所述第一电感元件(L121)和所述第二电感元件(L122)中的一个的另一端与所述第一单极天线单元(110)电连接，另一个的另一端与所述馈电端(140)电连接或接地。

7.根据权利要求5所述的天线装置，其特征在于，

所述阻抗变换电路单元(120)为集成在电路板(100)上的集总元件。

8.根据权利要求7所述的天线装置，其特征在于，

所述电容元件(C120)为具有两个平行的电极板(C121、C122)的平板电容器；

所述电容元件(C120)的一个电极板(C121)形成在所述电路板(100)的一个表面上；并且

所述电容元件(C120)的另一个电极板(C121)形成在所述电路板(100)的与所述一个表面相对的另一个表面上。

9.根据权利要求8所述的天线装置，其特征在于，

所述第一电感元件(L121)和所述第二电感元件(L122)中的一个电感元件(L121)形成在所述电路板(100)的所述一个表面上；并且

所述第一电感元件(L121)和所述第二电感元件(L122)中的另一个电感元件(L122)形成在所述电路板(100)的所述另一个表面上。

10.根据权利要求1-5中任一项所述的天线装置，其特征在于，

所述阻抗变换电路单元(220)包括：

一个耦合电感元件(L220)，该耦合电感元件(L220)包括相互电磁耦合的第一电感元件(L221)和第二电感元件(L222)；和

一个电容元件(C220)，

其中，所述电容元件(C120)的一端与所述第一电感元件(L221)的一端和所述第二电感元件(L222)的一端电连接，所述电容元件(C220)的另一端接地；并且

其中，所述第一电感元件(L221)和所述第二电感元件(L222)中的一个的另一端与所述第一单极天线单元(210)电连接，另一个的另一端与所述馈电端(240)电连接或接地。

11.根据权利要求10所述的天线装置，其特征在于，

所述阻抗变换电路单元(220)为集成在电路板(200)上的集总元件。

12.根据权利要求11所述的天线装置，其特征在于，

所述电容元件(C220)为具有两个平行的电极板(C221、C222)的平板电容器；

所述电容元件(C220)的一个电极板(C221)形成在所述电路板(200)的一个表面上；并且

所述电容元件(C220)的另一个电极板(C221)形成在所述电路板(200)的与所述一个表面相对的另一个表面上。

13.根据权利要求12所述的天线装置，其特征在于，

所述第一电感元件(L221)和所述第二电感元件(L222)中的一个电感元件(L221)形成在所述电路板(200)的所述一个表面上；并且

所述第一电感元件(L221)和所述第二电感元件(L222)中的另一个电感元件(L222)形成在所述电路板(200)的所述另一个表面上。