CN1134855C - 天线设备和使用这种天线设备的通信设备 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种天线设备，它具有改进的增益，并且其特性几乎不受其使用的外部环境的影响。包括包含绝缘体的基体；表面安装天线，包含一个开口端和一个接地端的带状发射电极和与所述发射电极绝缘的馈电电极，所述电极分别被设置在所述基体的一个表面上；以及单极天线，将其设置成所述表面安装天线的接地端与所述单极天线的馈电端相邻。所述表面安装天线和所述单极天线从单个馈电点馈送，并被配置为使流入所述表面安装天线的电流的镜像电流流入所述单极天线，以及使流入所述单极天线的电流的镜像电流流入所述表面安装天线。

Description

天线设备和使用这种天线设备的通信设备

技术领域

本发明涉及一种天线设备和使用这种天线设备的通信设备，本发明尤其涉及一种用于移动通信设备中的天线设备，以及使用这种天线设备的通信设备。

背景技术

近年来，在高性能移动电话(诸如PHS)的进步中，需要提供一种移动通信设备，其中按装在其上的天线具有更高的性能特性，诸如高增益和能够小型化。

图6示出按装在移动通信设备上的传统的天线设备。图6中，天线设备1包含设置在安装基片2的一个主表面2a上的接地电极3、主表面2a的具有移动部分3a的角、设置在移动部分3a中的供电线4以及按装在其上的表面安装天线5。然后，将供电线4连接到表面安装天线5的电源接线端(图中未示)，并连接到设置在安装基片2上的信号源6。

图7更为详细地示出了表面安装天线5。表面安装天线5具有如第10-13139号日本未审查专利公告中所解释的结构。

在图7中，表面安装天线包含几个设置在矩形基片10上的电极该矩形基片10含有诸如陶瓷或树脂之类的绝缘电介质。首先，设置带状发射电极11，从基片10的另一个主表面10b延伸出来，跨过一个端表面10d，再次返回另一个主表面10b。发射电极11的一端是开口端11a，另一端连接到第一接地终端12，该终端12从基片10的端面10c延伸到其第一主表面10a。另外，馈电电极13与发射电极11绝缘，并设置在基片10的第二主表面10b上。馈电电极13的一端连接到馈送端14，该馈送端从基片10的端面10c延伸到其第一主表面10a。类似地，将接地电极15设置在基片10另一个主表面10b上，该主表面10在发射电极11的开口端11a附近。将接地电极15的一端连接到第二接地端16，该接地端16从基片10的端面10c延伸到第一主表面10a。另外，将定位端17和18设置在基片10的第一主表面10a上，并连接到发射电极11。

当将表面安装天线5安装到安装基片(图中未示)上时，五个电极，包含第一和第二接地端12和16、馈送端14、和定位端17和18通过焊接连接到接地电极、供电线和电极，以在安装基片的一侧上定位。因此，五个电极表现为端子，以将它们与这些另外的电极区别开。

在具有这样的构成的表面安装天线5中，当将高频信号输入到馈送端14时，高频信号通过发射电极11的开口端11a与馈电电极13之间产生的电容，传送到发射电极11。发射电极11由其发射电极11本身的电感成分以及在发射电极11的开口端11a与馈电电极13之间形成的电容谐振。表面安装天线5通过将一部分谐振能量以电波形式辐射到空间作为天线。

在这一点上，由于发射电极11的一端是开口端11a，而另一端是接地端，故谐振接近于四分之一波长。流到发射电极的电流19(即流到表面安装天线5的电流)从发射电极11的接地端(更具体地说是第一接地端12)朝开口端11a流。结果，从表面安装天线5辐射的电波的磁场分量，以及由表面安装天线5接收到的电波主要沿图7所示的坐标的z轴方向振动。

将表面安装天线5的电极和终端分开设置，但不必一定是通过一些清晰的边界将它们分开。电极和终端可以设置在一起。

在图6所示的天线设备1中，当电流19流到表面安装天线5时，与电流19相差180度的镜像电流7主要流到接地电极3。

但是，当使用天线设备1时，安装基片2由塑料、金属之类的材料的装置覆盖。经常将罩子留在诸如架子上或包内。当放置在架子上或包内时，罩子常常接近于包括金属之类的导电的物体，这样的物体或多或少象接地的导体。这导致一个问题，即依赖于这种类型的天线设备1所使用的外部环境，接近于那里的接地导体改变了流到表面安装天线5的电流19的镜像电流7的电流的方向和位置，这影响天线设备1的特性，诸如其增益和方向性。

发明内容

为了解决上述问题，本发明的较佳实施例提供了一种天线设备，这种天线设备具有更高的增益和特性，它们很大程度上不受天线设备所使用的外部环境的影响，本发明还提供了一种使用该天线设备的通信设备。

本发明的一个方面涉及一种天线设备，包括：包含绝缘体的基体；表面安装天线，它包含一个开口端和一个接地端的带状发射电极和与所述发射电极绝缘的馈电电极，所述电极分别被设置在所述基体的一个表面上；以及单极天线，将其设置成所述表面安装天线的接地端与所述单极天线的馈电端相邻；所述表面安装天线和所述单极天线从单个馈电点馈送，并被配置为使流入所述表面安装天线的电流的镜像电流流入所述单极天线，以及使流入所述单极天线的电流的镜像电流流入所述表面安装天线。

本发明的另一个方面涉及一种天线设备，包括：包含绝缘体的基体；表面安装天线，包含一个开口端和一个接地端的带状发射电极与所述发射电极绝缘的馈电电极，所述电极分别被设置在所述基体的一个表面上；以及单极天线，将其设置成所述表面安装天线的接地端与所述单极天线的馈电端相邻；所述表面安装天线和所述单极天线从单个馈电点馈送，所述表面安装天线的所述开口端的的方向与所述单极天线的开口端的方向相反，这里，所述表面安装天线的所述开口端取所述发射电极的接地端为参考，所述单极天线的开口端取所述馈送点作为参考。

本发明的一个较佳实施例提供了一种天线设备，它包含具有一个开口端和一个接地端的带状发射电极、包含与发射电极绝缘的馈电电极的表面安装天线、以及设置在表面安装天线附近的单极天线。发射电极、表面安装天线以及单极天线都设置在基体的表面上，该基体包含绝缘体。另外，表面安装天线和单极天线由单个馈送点馈电，并如此安排，从而流到表面安装天线的电流的镜像电流流到单极天线，流到单极天线的电流的镜像电流流到表面安装天线。

另外，本发明的天线设备包含具有一个开口端和一个接地端的带状发射电极、包含与发射电极绝缘的馈电电极的表面安装天线以及设置在表面安装天线附近的单极天线。发射电极、表面安装天线和单极天线设置在基体的表面上，该基体含有绝缘体。表面安装天线和单极天线都由单个馈送点馈电。另外，表面安装天线的开口端沿取发射电极的接地端作为参考的方向与单极天线的开口端取馈送点作为参考的方向相对。

较好地，单极天线的电气长度在天线设备所使用的频率的波长的八分之一和四分之一之间。

另外，本发明的通信设备使用上述的任何一种天线设备。

根据这样的构成，本发明的天线设备的增益可以得到改进。另外，可以减小与其所处的位置引起的天线设备的特性的变化。

另外，本发明的通信设备可以达到更好的特性。

附图简述

图1A和1B是示出本发明的天线设备的实施例的示图；

图2A到2F是示出本发明的天线设备的反射损失和方向性的示图；

图3是示出本发明的天线设备的单极天线的电气长度和最大增益之间的关系的示图；

图4A和4B是示出本发明的天线设备的另一个实施例的示图；

图5是本发明的通信设备的实施例的透视图；

图6是示出传统的通信设备的示图；及

图7是用于图6的通信设备中的表面安装天线的透视图。

具体实施方式

图1A和1B示出本发明的通信设备的实施例。这里，1A是从安装基片2的第一主表面2a看的示图，图1B是从安装基片2的第二主表面看的示图。在图1A和1B中，与图6和图7中的部分相同的部分用相同的标号表示，并省略了对它们再次解释。

在图1A和1B所示的天线设备20中，将接地电极21设置在安装基片2的第二主表面2b上，将馈电线22设置在接地电极21的开缺部分21a中，其中该开缺部分在安装基片2的第二主表面2b的角上，并且将单极天线23安装在其上。单极天线23的馈送端23a连接到馈电线22。将馈电线4设置在安装基片2的第一主表面2a上，并通过通孔24连接到设置在安装基片2的第二主表面2b上的馈电线22。这里，由于将馈电线4连接到信号源6，故表面安装的天线5和单极天线23都由相同的馈送点供电。另外，如此设置表面安装天线5和单极天线23，从而发射电极11的开口端11a的方向(取表面安装天线5的发射电极11的接地端作参考)相反于单极天线23的开口端23b的方向(取馈送端23a作参考)。

在如此构成的天线设备20中，当电流19流到表面安装天线5时，电流25同时也流到单极天线23。然后，由于通过形成于馈送电极13和发射电极11的开口端11a之间的电容馈送表面安装天线5，并将单极天线23直接馈送于其馈送端23a，故表面安装天线5和单极天线23的电流相位是相反的。

取表面安装天线5作为参考，表面安装天线5的电流19的镜像电流与流到单极天线23的电流25具有相同的方向和相位。结果，流到表面安装天线5的电流25的大部分镜像电流流到单极天线23，而不流到接地电极3。

反之，取单极天线23作为参考，当在装置中工作时，单极天线23的应该流到接地电极21的镜像电流与流到表面安装天线5的电流19具有相同的方向和相位，结果流到单极天线23的电流25的大部分镜像电流流到表面安装天线5，而不流到接地电极21。

以这种方法，流到表面安装天线5的电流19的大部分镜像电流和流到单极天线23的电流的镜像电流并不流到接地电极21或安装基片2的接地电极3。结果，即使当用塑料罩子之类的装置覆盖天线设备20，并在各种外部的环境下使用这种天线设备20流到表面安装天线5和单极天线23的电流的镜像电流的流动的位置和方向是不变的，由此几乎完全解决了天线设备20的特性变化的问题。

图2A到2F示出了本发明的天线设备20的增益的方向性和反射损失，它与其中只安装了单极天线的天线设备以及其中只安装了表面安装天线的天线设备相比较。这里，图2A示出了当只安装单极天线时天线设备的反射损失，图2B示出该天线设备增益的方向性，图2C示出当只安装表面安装天线时天线设备的反射损失，图2D示出该天线设备中增益的方向性，图2E示出本发明的天线设备20的反射损失，图2F示出该天线设备中增益方向性。图2A、2C和2E中，符号BW1、BW2和BW3表示天线设备的带宽(其中反射损失在-9.5dB以下的频带宽度)。

如可以从图2A到2F知道的，当只安装单极天线时本发明的天线设备得到的带宽不具有总体的平衡，而是得到比只安装表面安装天线较宽的带宽，尤其是在高频侧上。另外，关于方向性，当只安装单极天线时在0度和180度附近出现的零点可以由表面安装天线的方向性补偿，由此而消除掉。另外，虽然本发明的天线的平均增益是-3.19dBd，这在只安装单极天线的平均值(-3.00dBd)和只安装表面安装天线的平均值(-3.65dBd)之间，本发明的天线设备的增益的最大值是3.01dBd，这超过了其它两种情况下的最大增益(分别是1.21dBd和2.38dBd)。

以这种方法，通过结合表面安装天线和单极天线，从单个馈送点给它们馈送，并如此安排它们，从而从表面安装天线的发射电极的接地端到到其开口端的方向与从单极天线的馈送点到开口端的方向相反，这可以改进两种天线的带宽和增益。

图3示出当天线设备20的单极天线23的电气长度变化时的最大增益。这里，基准线r表示当只安装表面安装天线5时天线设备20的最大增益。

根据图3，当单极天线23的电气长度是波长的八分之一到波长的四分之一时，最大增益超过了基准线r。结果，在本发明的天线设备20中，通过将单极天线23的电气长度设置到波长的八分之一和四分之一之间，可以得到比只安装表面安装天线5更高的增益。

图4A和4B示出本发明的天线设备的另一个实施例。在图4A和4B中，从安装基片2的第一主表面2a看的示图与图1中的相同，故只示出了安装基片2的第二主表面2b的示图。另外，与图1中相同的部分由相同的标号表示，并省略了另外的解释。

在图4A和4B中，天线设备30的单极天线31能够围绕旋转轴32旋转180度。这里，图4A示出了从安装基片2(即罩子)突出的单极天线31，图4B示出存储在安装基片2(即罩子)中的单极天线31。当单极天线3 1突出时，单极天线31的馈送端31a连接到馈电线22。

根据这样的构成，当天线设备30的单极天线31存储在安装基片2中时不工作(在移动电话中是备用的)，并且只有表面安装天线5用作天线设备。然后，当将单极天线31拔出至突出位置(当在移动电话情况下进行呼叫时)时，天线设备30作为结合了单极天线31和表面安装天线5的天线设备。

当按照这样的方式结合表面安装天线5和单极天线31以形成天线设备30时，由于在例如移动电话处于备用时存储了单极天线31，单极天线31将不受到破坏，即使天线设备30掉落或被胡乱处理时亦是如此。

可以通过除旋转之外的其它的方式，诸如延长、折叠等等存储单极天线。

在上述实施例中，表面安装天线5的基板包含有绝缘电介质，诸如陶瓷和树脂等等，但也可以使用具有类似绝缘特性的磁体。

另外，单极天线不限于图1A和1B、图4A和4B中所示的矩形天线。可以使用另外形状的单极天线，诸如包含扭成螺旋状的发射导电体的螺旋形天线，或者结合矩形天线和螺旋天线的天线。

图5示出了使用本发明的天线设备地20的通信设备的实施例。在图5中，天线设备40包含设置在罩子41中的通信设备20。馈电线4设置在通信设备20的安装基片2上，并通过开关42连接到发送器43和接收器44，它们类似地设置在安装基片2上。

通过按照这种方式使用通信设备20形成通信设备40，可以使通信设备40的带宽更宽，并可以增加其增益。另外，由于流到按装在通信设备20上的单极天线23和表面安装天线5的电流的大部分镜像电流不流到通信设备40的罩子41或安装基片2的接地电极3，故天线特性不受通信设备40所使用的外部环境的影响。

根据本发明的天线设备，具有开口端和接地端的带状的发射电极、包含与所述发射电极绝缘的馈电电极的表面安装天线、以及单极天线由单个馈送点馈送，并设置在包含绝缘体的基体表面上，从而表面安装天线的开口端的方向(取发射电极的接地端作为参考)相反于单极天线的开口端的方向(取馈送端作为参考)延伸。结果，流到表面安装天线的电流的镜像电流可以流到单极天线，流到单极天线的电流的镜像电流可以流到表面安装天线，从而大部分镜像电流流到接地电极。结果，可能防止天线设备的特性受到其使用的外部环境的变化的影响。另外，天线设备的带宽和增益都可以改进。

另外，通过将单极天线的电气长度设置在波长的八分之一和四分之一之间，天线设备的增益可以增加到大于只按照表面安装天线时的增益。

另外，当本发明的天线设备用于通信设备中时，天线设备的带宽更宽，增益也改进了。另外，可以防止通信设备的特性受其使用的外部环境的变化的影响。

Claims (6)

1.一种天线设备，其特征在于包括：

包含绝缘体的基体；

表面安装天线，包含一个开口端和一个接地端的带状发射电极、和与所述发射电极绝缘的馈电电极，所述电极分别被设置在所述基体的一个表面上；以及

单极天线，将其设置成所述表面安装天线的接地端与所述单极天线的馈电端相邻；

所述表面安装天线和所述单极天线从单个馈电点馈送，并被配置为使流入所述表面安装天线的电流的镜像电流流入所述单极天线，以及使流入所述单极天线的电流的镜像电流流入所述表面安装天线。

2.一种天线设备，其特征在于包括：

包含绝缘体的基体；

表面安装天线，包含一个开口端和一个接地端的带状发射电极、与所述发射电极绝缘的馈电电极，所述电极分别被设置在所述基体的一个表面上；以及

单极天线，将其设置成所述表面安装天线的接地端与所述单极天线的馈电端相邻；

所述表面安装天线和所述单极天线从单个馈电点馈送，所述表面安装天线的所述开口端的的方向与所述单极天线的开口端的方向相反，这里，所述表面安装天线的所述开口端取所述发射电极的接地端为参考，所述单极天线的开口端取所述馈送点作为参考。

3.如权利要求1或2所述的天线设备，其特征在于所述单极天线的电气长度在使用的频率的波长的八分之一和四分之一之间。

4.一种通信设备，包含一天线设备，其特征在于所述天线设备包括：

包含绝缘体的基体；

表面安装天线，包含一个开口端和一个接地端的带状发射电极、与所述发射电极绝缘的馈电电极，所述电极分别被设置在所述基体的一个表面上；以及

单极天线，将其设置成所述表面安装天线的接地端与所述单极天线的馈电端相邻；

所述表面安装天线和所述单极天线从一单个馈电点馈送，并被配置为流入所述表面安装天线的电流的镜像电流流入所述单极天线，以及流入所述单极天线的镜像电流流入所述表面安装天线。

5.一种通信设备，包含一天线设备，其特征在于所述天线设备包括：

包含绝缘体的基体；

表面安装天线，包含一个开口端和一个接地端的带状发射电极、与所述发射电极绝缘的馈电电极，所述电极分别被设置在所述基体的一个表面上；以及

单极天线，将其设置成所述表面安装天线的接地端与所述单极天线的馈电端相邻；

所述表面安装天线和所述单极天线从单个馈电点馈送，所述表面安装天线的所述开口端的的方向与所述单极天线的开口端的方向相反，这里，所述表面安装天线的所述开口端取所述发射电极的接地端为参考，所述单极天线的开口端取所述馈送点作为参考。

6.如权利要求4或5所述的通信设备，其特征在于所述单极天线的电气长度在使用的频率的波长的八分之一和四分之一之间。

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