CN1184721C - 天线装置 - Google Patents

Abstract

本发明揭示一种天线装置，在介质基体(6)上形成具有馈电电极(9、10)和辐射电极(11、12)并且谐振频率不同的多个馈电辐射元件(7、8)。在将设置了馈电辐射元件(7、8)的基体(6)固定的安装基板(1)上，设置具有公共馈电点(5)的短截线(4)，同时将各馈电辐射元件(7、8)的馈电电极(9、10)与短截线(4)的各匹配点连接，对每个馈电辐射元件(7、8)进行阻抗匹配。本发明的天线装置解决了当从公共馈电点对多个馈电辐射元件进行馈电时、不能对每个馈电辐射元件得到最佳阻抗匹配的问题。

Description

天线装置

技术领域

本发明涉及天线装置，特别涉及具有多个馈电辐射元件的天线装置。

背景技术

近年来，使用多个频带的移动电话不断增加。这是因为当通话集中在1个频带时，切换到其它频带平滑地进行通话的缘故。这种移动电话中，有必要具有在2个频带进行激振的天线。例如，日本特开2000-196326号公报中公开的在GMS(Global System for Mobile Communications)通信方式的移动电话中用900MHz频带和1800MHz频带的频率进行激振的天线。

这种天线是在介质的框体上形成金属图形，同时在其面中设置缝隙，形成电气长度(电气长)不同的2个馈电辐射元件，利用由共同的馈电点提供的信号电流，以900MHz频带的频率对其中之一的馈电辐射元件进行激振，并以1800MHz频带的频率对另一馈电辐射元件进行激振。

发明内容

但是，一般由共同的馈电点对多个馈电辐射元件进行馈电时，因为从馈电点开始到各馈电辐射元件为止不能对每个馈电辐射元件形成最佳电气长，所以在分配给每个馈电辐射元件的频带中，不能对每个馈电辐射元件确保充分的辐射电阻，使谐振时的带宽变窄。此外，因各馈电辐射元件与信号源间不能阻抗匹配，所以存在的问题是，供给的信号功率不够，使各馈电辐射元件的增益不足，或者在各馈电辐射元件间产生增益差异。

为解决前述问题，本发明的目的是提供一种天线装置，在这种具有多个馈电辐射元件的天线装置中，对每个馈电辐射元件满足最佳的电气匹配条件。

为解决前述技术问题，本发明具有下述的结构作为解决问题的手段。也就是说，

第1发明的天线装置，

包括介质基体、在所述介质基体的表面上形成的具有馈电电极和辐射电极的多个馈电辐射元件和固定所述基体的基板，

在所述基板上设置对所述馈电辐射元件进行馈电的共同的馈电点，同时在所述基板的表面或者所述基体和所述基板的表面上从所述馈电点开始连续延伸设置短截线(stub)，并将所述馈电辐射元件的馈电电极与根据所述幅射电极的有效线路长度确定的所述短截线的匹配点连接。

在上述发明中，各馈电辐射元件以辐射电极的有效线路长度确定的谐振频率进行激振。这时，因各馈电辐射元件的馈电电极分别与每个馈电辐射元件的最佳短截线长即短截线的匹配点连接，所以各馈电辐射元件能在各谐振频率得到良好的谐振特性，并能在各谐振频率所属的频带确保必要宽度的带宽。

此外，各馈电辐射元件由于附加短截线长，所以对于馈电点、即信号源，能得到各馈电辐射元件的最佳阻抗匹配，并能由信号源对各馈电辐射元件供给最大功率，提高各馈电辐射元件的增益。这里，辐射电极的有效线路长度L由公式 $L=\mathrm{\λ}/4\sqrt{\mathrm{\ϵ}}$ 给出。其中，ε是基体的有效的相对介电常数，λ是谐振频率的波长。此外，所谓基体的表面是指形成立体形状的基体1个以上的面。此外，短截线可以是短路短截线(short stub)，也可以的开路短截线(open stub)，利用基板的表面或者基板和基体的表面形成。

第2发明的天线装置，其构成的特征在于，是在前述发明中，

在所述基体的表面上设置至少1个接近所述馈电辐射元件的没有馈电电极的辐射电极。

在本发明中，没有馈电电极的辐射电极，具有无馈电辐射元件的功能，借助于与接近的馈电辐射元件进行电磁场耦合激励，从与接近的馈电辐射元件的谐振频率相同频带所属的频率进行谐振。根据这种结构，使得馈电辐射元件的谐振频率与无馈电辐射元件的谐振频率进行多谐振匹配，这时的频带宽度比单独用馈电辐射元件形成的频带宽度要宽。

第3发明的天线装置，其构成的特征在于，是在第1和第2发明中，

所述短截线是将离开馈电点的部位接地而形成的短路短截线。

采用这种结构，则能对各馈电辐射元件附加每个馈电幅射元件以接地电位为基准的短截线长所具有的最佳的电抗值。由此，对每个馈电辐射元件能得到谐振特性的最佳匹配。例如，对谐振频率低的馈电辐射元件设定长的短截线长，对谐振频率高的馈电辐射元件设定短的短截线长，这样对每个馈电辐射元件都能实现对于馈电点的最佳阻抗匹配。

第4发明的天线装置，其构成的特征在于，是在第1和第2发明中，

在所述基板上设置接地导体层，同时所述短截线是利用在所述接地导体层的面中形成的缝隙从所述接地导体层切离而形成的开路短截线。

在本发明中，由开路短截线的馈电点到各馈电辐射元件的馈电电极为止的距离，决定了附加在每个馈电辐射元件的电抗值。利用这些电抗值，各馈电辐射元件具有在预定的频带中有最佳谐振特性的电气长。

第5发明的天线装置，其特征在于，是在第4发明中，

在所述短截线和所述接地导体层之间连接电抗元件。

在这种结构中，因为用电抗元件、例如电感器和电容器等的集中参数元件，构成短截线的一部分，所以借助于选择集中参数元件的电抗值，能自由地改变有效的短截线长。这里，开路短截线由于附加电抗元件而成为短路短截线。

第6发明的天线装置，其特征在于，是在第5发明中，

所述电抗元件由在所述基体的表面上形成的具有电抗分量的图形电极构成。

采用这种结构，则不用集中参数元件也能改变短截线长。此外，图形电极能够借助于改变其长度、宽度和图形形状来改变电抗值，并在基体的表面上与馈电电极一起形成，所以图形形成很容易。

第7发明的天线装置，其特征在于，是在第1和第2发明中，

由在所述基板上包含所述馈电点设置的馈电焊盘和在所述基体的表面上形成的与所述馈电焊盘连接的短截线图形，构成所述短截线。

在本发明中，各馈电辐射元件的馈电电极预先与基体上设置的短截线图形的匹配点位置连成一体，在将短截线图形的一端与馈电焊盘连接时，对馈电点(馈电源)进行最后的匹配调整。短截线图形若将与馈电焊盘连接的相反一端接地，则成为短路短截线，如果保持开放端，则成为开路短截线。此外，借助于改变短截线图形的长度和宽度，能改变到馈电辐射元件的各馈电电极为止的最佳的短截线长。

附图说明

图1表示与本发明相关的天线装置实施形态例的立体图。

图2表示用于说明图1的天线装置的分解立体图。

图3表示与本发明相关的天线装置其它实施形态例的立体图。

图4表示与本发明相关的天线装置另外其它实施形态例的立体图。

图5表示与本发明相关的天线装置另外其它实施形态例的立体图。

图6表示与本发明相关的天线装置另外其它实施形态例的立体图。

图7表示与本发明相关的天线装置另外其它实施形态例的立体图。

符号说明

1              基板

2              接地导电层

3，28，34      缝隙

4              短路短截线

5              馈电点

6              基体

7，15          第1馈电辐射元件

8，16          第2馈电辐射元件

9，10，17，18  馈电电极

11，12，24，25 辐射电极

13，19，26     电容储荷电极

20             第1无馈电辐射元件

21             第2无馈电辐射元件

22，23         接地电极

29             开路短截线

30             电抗元件

31             电抗图形

32             馈电焊盘

33             短截线图形

具体实施方式

下面，参照附图对本发明相关的实施形态进行说明。

实施形态1

图1表示与本发明相关的天线装置的第1实施形态例。

在图1中，基板1是例如采用加入玻璃纤维的环氧树脂形成的安装基板。在基板1的一个表面上，用铜等导电体形成接地导体层2。在接地导体层2的面中，形成从基板端部1a开始L型延伸的缝隙3。也就是说，缝隙3在与基板端部1a成直角方向延伸后，进行直角弯曲并与基板端部1a平行地延伸。利用这种缝隙3，形成沿着基板端部1a等宽延伸的舌片状的短路短截线4。这种短路短截线4，根部与接地导体层2连接，在前端部分4a设置与未图示的信号源连接的馈电点5。

另一方面，由陶瓷材料或者塑料材料等介质材料，形成长方体的基体6。在其表面上形成第1馈电辐射元件7和第2馈电辐射元件8。第1馈电辐射元件7由在基体6的第1侧面6b上下延伸的条状的第1馈电电极9、从第1馈电电极9的上端笔直在基体6的主面6a延伸并从与第1侧面6b相对的相对侧面6d的附近沿第2侧面6c折返形成的第1幅射电极11、以及从第1幅射电极11的折返部分在基体6的第2侧面6c下垂形成的电容储荷电极13构成，具有以规定的频带、例如900MHz频带的频率进行谐振的电气长。

此外，第2馈电辐射元件8由在基体6的第1侧面6b上与第1馈电电极9平行延伸设置的条状的第2馈电电极10和到基体6的主面6a的中间为止从第2馈电电极10的上端开始向左侧扩展的第2辐射电极12构成。利用这种结构，第2馈电辐射元件8具有以比第1馈电辐射元件7的谐振频率更高的频带、例如1800MHz的频率进行谐振的电气长。

形成了第1馈电辐射元件7和第2馈电辐射元件8的基体6，用设置在基体6的下部的未图示的固定电极，通过焊接固定在基板1的接地导体层2上。这时，第1馈电辐射元件7的馈电电极9的下端和第2馈电辐射元件8的馈电电极10的下端焊接在短路短截线4的不同部位上。也就是说，从设置在基板1上的馈电点5，通过短路短截线4的不同的电抗值，将信号功率提供给各馈电电极9、10。

详细地说，如图2所示，因第1馈电辐射元件7和第2馈电辐射元件8的电气长各不相同，所以对于每个第1馈电辐射元件7和第2馈电辐射元件8，对馈电点、即信号源进行阻抗匹配。此外，在以下的说明中，为说明简单起见，将各馈电电极9、10的宽度分别压缩集中在各馈电连接点9a、10a上进行叙述。

短路短截线4的电抗值由短截线长决定。也就是说，因短路短截线4是利用缝隙3将接地导体层2分割而成，所以对于第1馈电辐射元件7的电抗值是由以缝隙3的前端位置的接地点2a为起点、到第1匹配点4b的长度(短截线长)L1决定。同样，对于第2馈电辐射元件8的电抗值，是由从接地点2a开始、到第2匹配点4c的短截线长L2决定。

将第1馈电辐射元件7的馈电连接点9a与短路短截线4的第1匹配点4b连接，对第1馈电幅射元件7附加用截线长L1设定的电抗值。利用这种结构，能得到第1馈电辐射元件7和馈电点5之间的阻抗最佳匹配，并能在第1馈电辐射元件7中得到良好的谐振特性。

另一方面，将第2馈电辐射元件8的馈电连接点10a与短路短截线4的第2匹配点4c连接，对第2馈电幅射元件8附加用短截线长L2设定的电抗值。因为第2馈电辐射元件8以比第1馈电辐射元件7高的频率进行激振，所以与馈电点5的最佳阻抗匹配所要的电抗值比第1馈电辐射元件7的情况要小，因此短截线长L2比短截线长L1要小(L1＞L2)。

这样，借助于把第1馈电辐射元件7和第2馈电辐射元件8的馈电电极9、10与短路短截线4的最佳匹配点4b、4c连接，第1馈电辐射元件7和第2馈电辐射元件8分别能得到良好的谐振特性。也就是说，因利用良好的阻抗匹配把最大限度的功率供给各馈电辐射元件7、8，所以在各馈电辐射元件7、8中能得到高的增益。

此外，因借助于对每个馈电辐射元件7、8附加最佳短截线长，在谐振时能对每个馈电辐射元件7、8确保充分的辐射电阻，所以在第1馈电辐射元件7和第2馈电辐射元件8分别形成的频带中能确保充分的带宽。

实施形态2

下面，参照图3对与本发明相关的天线装置的实施形态例2进行说明。本实施形态的特征是附加无馈电辐射元件实现多谐振。此外，与图1的实施形态1相同的构成部分赋以相同的符号，省略其共同部分的重复说明。

在图3中，在基体6的主面6a上形成第1馈电辐射元件15和第2馈电辐射元件16。第1馈电辐射元件15的带状幅射电极17从馈电电极9的上端开始延伸到相对的侧面6d为止，并与电容储荷电极19连接。此外，第2馈电幅射元件16的带状辐射电极18从馈电电极10的上端开始与辐射电极17平行地延伸到主面6a的中间为止，以比第1馈电辐射元件15高的频率进行激振。

接近第1馈电辐射元件15的右边，形成第1无馈电辐射元件20。在馈电电极9，10相同的侧面6b上，形成第1无馈电辐射元件20的接地电极22，并且下端与接地导体层2连接。此外，从接地电极22的上端开始，在主面6a上与辐射电极17平行地延伸，在快要到达相对侧面6d前，向第2侧面方向弯折，并与在第2侧面6c形成的电容储荷电极26连接。

这种第1无馈电辐射元件20借助于与第1馈电辐射元件15的电磁耦合，接受供给的激振功率，并在相同频带进行多谐振。

此外，设置的第2无馈电辐射元件21与第1无馈电辐射元件20相同，在基体6的表面上形成接地电极23和辐射电极25，并接近第2馈电辐射元件16的左边。第2无馈电辐射元件21的辐射电极25借助于与第2馈电辐射元件16的电磁耦合，与用短截线4的电抗值调整电气长的第2辐射电极16一起，在相同的频带形成多谐振特性，具有宽的带宽。

实施形态3

下面，参照图4对与本发明相关的天线装置的实施形态例3进行说明。本实施形态的特征是开路短截线。此外，与图1的实施形态1相同的构成部分赋以相同的符号，省略其共同部分的重复说明。

在图4中，基板1的接地导体层2的一部分利用缝隙28分离，构成开路短截线29。也就是说，在接地导体层2的面中从基板端1a开始形成U字形弯折的棒状缝隙28，从接地导体层2切离的部分成为沿着基板端1a形成的长方形的短截线29。

在短截线29上，在第1馈电辐射元件7侧的端部设置馈电点5，并且从馈电点5开始到第2馈电辐射元件8的馈电电极10为止的有效短截线长，比到馈电电极9为止的有效短截线长要长。因此，对第2馈电辐射元件8附加与第1馈电辐射元件7不同的电抗值。因此，能分别匹配馈电点(信号源)与第1和第2馈电辐射元件7、8之间的阻抗。此外，为了对第1馈电辐射元件7和第2馈电辐射元件8进行阻抗匹配，能移动设置馈电点5。

图4的实施形态例3所示的开路短截线29，如图5所示，借助于跨越缝隙28在开路短截线29和接地导体层2之间连接电抗元件30，能构成短路短截线。作为电抗元件30，有电感元件、例如片状电感器。也能根据匹配条件，使用电容器、例如片状电容器。

根据这种结构，从接地电位到第1和第2馈电辐射元件7、8的馈电电极9、10为止的有效短截线长，能借助于选择电抗元件30的电抗值加以改变。也就是说，确定从接地导体层2的接地电位开始到馈电电极9为止的有效短截线长包含电抗元件30的电抗值，在第1馈电辐射元件7和馈电点5(信号源)间进行阻抗匹配。同样，确定从接地电位开始到馈电电极10为止的有效短截线长包含电抗元件30的电抗值，对第2馈电辐射元件8实现阻抗匹配。

如图6所示，在开路短截线29与接地导体层2之间跨越设置的电抗元件30，能用形成在基体6的第1侧面6b上的电抗图形31构成，以代替集中参数元件。电抗图形31是弯曲形状形成的具有电感分量的图形电极，其一端与接地导体层2连接，另一端与开路短截线29连接。电抗图形31的电感值的调整，能借助于微调电抗图形31进行。

实施形态4

下面，参照图7对与本发明相关的天线装置的实施形态例4进行说明。本实施形态的特征是在基体的侧面上以短截线图形构成短截线。此外，与图1的实施形态1相同的构成部分赋以相同的符号，省略其共同部分的重复说明。

在图7中，将馈电点5设置在从接地导体层2由缝隙34分离的馈电焊盘32上。此外，在基体1的第1侧面6b，沿着馈电电极9、10的配置方向延伸，并跨越缝隙34，形成短截线图形33。构成的短截线图形33的馈电端33a与馈电焊盘32连接，将馈电辐射元件7的馈电电极9延伸到基体1的下端。此外，短截线图形33的接地端33b与基板1的接地导体层2连接。根据这种结构，短截线图形33和馈电焊盘32具有短路短截线的功能。

馈电辐射元件7、8的馈电电极9、10与短截线图形33形成一体，并与实施形态1相同，这些连接点设置成用以短截线图形33的接地端作为起点的短截线长确定的最佳匹配点。借助于改变短截线图形33的长度和宽度，能改变有效短截线长。此外，借助于改变短截线图形33的馈电端33a和馈电焊盘32的连接位置、即离开馈电点5的距离，也能改变有效短截线长。

采用第1发明的天线装置，则因将多个馈电辐射元件的馈电电极与设置各馈电点的短截线的匹配点连接，所以在分配给各馈电辐射元件的频率中能实现最佳匹配。因此，能提高天线装置的增益并能确保充分的带宽。

采用第2发明的天线装置，则因采用至少配置1个接近所述馈电辐射元件的无馈电元件进行多谐振的结构，所以与单独馈电辐射元件的频带宽度相比，能扩大馈电辐射元件的谐振频率所属频带的带宽

采用第3发明的天线装置，则因构成的短截线是将离开馈电点的部位接地而形成的短路短截线，所以利用距离接地电位的短截线长能得到每个馈电辐射元件的最佳匹配。

采用第4发明的天线装置，则因构成短截线是利用在接地导体层的面中形成的缝隙从接地导体层切离而形成的开路短截线，所以短截线容易形成，并能对每个馈电辐射元件确定需要的匹配点。

采用第5发明的天线装置，则因将所述电抗元件连接在所述短截线和所述接地导体层之间，所以借助于选择集中参数元件的电抗值，能自由地设定各馈电辐射元件与馈电点之间的阻抗匹配。

采用第6发明的天线装置，则因在形成馈电辐射元件的基体的表面上形成电抗图形，所以不用集中参数元件而利用电抗值也能对各馈电辐射元件与馈电点之间进行阻抗匹配。

采用第7发明的天线装置，则因利用设置在基板上的馈电焊盘和在基体上形成的短截线图形，构成短截线，所以其优点是，能在2个馈电辐射元件中预先考虑匹配条件的差，同时形成短截线图形和馈电电极。

Claims (7)

1.一种天线装置，其特征在于，

包括介质基体、在所述介质基体的表面上形成的具有馈电电极和辐射电极的多个馈电辐射元件和固定所述基体的基板，

在所述基板上设置对所述馈电辐射元件进行馈电的共同的馈电点，同时在所述基板的表面或者所述基体和所述基板的表面上从所述馈电点开始连续延伸设置短截线，并将所述馈电辐射元件的馈电电极与根据所述辐射电极的有效线路长度确定的所述短截线的匹配点连接。

2.如权利要求1所述的天线装置，其特征在于，

在所述基体的表面上设置至少1个接近所述馈电辐射元件的没有馈电电极的辐射电极。

3.如权利要求1或2所述的天线装置，其特征在于，

所述短截线是将离开馈电点的部位接地而形成的短路短截线。

4.如权利要求1或2所述的天线装置，其特征在于，

在所述基板上设置接地导体层，同时所述短截线是利用在所述接地导体层的面中形成的缝隙从所述接地导体层切离而形成的开路短截线。

5.如权利要求4所述的天线装置，其特征在于

在所述短截线和所述接地导体层之间连接电抗元件。

6.如权利要求5所述的天线装置，其特征在于

所述电抗元件由在所述基体的表面上形成的具有电感分量的图形电极构成。

7.如权利要求1或2所述的天线装置，其特征在于，

由在所述基板上包含所述馈电点设置的馈电焊盘和在所述基体的表面上形成的与所述馈电焊盘连接的短截线图形，构成所述短截线。

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