CN1299158A - 天线元件 - Google Patents

Abstract

一种能装到移动无线装置主体内的天线元件,具有一对与平衡馈线(104)连接的螺旋天线零件(102)、(103),该螺旋天线零件天线轴的方向与无线装置的主板(201)平行,并布置在主板附近距主板的距离与其波长相比足够小的位置处。通过给螺旋天线零件供给平衡的电力,可以减小主板上流动的电流分量,从而减小了手持无线装置时人体的影响。该天线元件具有电流型天线和磁流型天线二者的辐射特性,改善了无线装置倾斜使用时的接收性能。

Description

天线元件

本发明涉及一种主要用于小型移动无线装置中的天线元件，且更详细地说，涉及一种即使在其靠近人体使用时也可获得优良的辐射特性的天线元件。

最近，对于移动通讯装置如移动电话的需求陡然上升，并且，追求一种紧凑，轻且薄的无线装置。

作为传统的用于移动电话的天线，通用的是固定型螺旋天线(fixed typehelical antenna)、平面倒F天线(planner inverted antenna)等，并且已经实现了一种具有良好的便携性和在其与紧凑的无线装置一起使用时不会引起不便的小尺寸的天线系统。

图5是作为移动电话的通用的天线已广泛使用的固定型螺旋天线的外形图。固定型螺旋天线元件10设置在移动电话装置的主体11上来实现一种紧凑和轻量的天线系统。

但是，如图5所示的固定型螺旋天线被构造成从无线装置的主体中伸出以便获得理想的特性。因此，带来的问题是无线装置在包或口袋中携带时天线将成为一个障碍，并且当无线装置掉落时，天线往往会被损坏。由于这个原因，在日本公开的未经审查的申请平8-316725中，提出了一种如图6所示的可以装在移动电话装置主体中的螺旋天线。这种天线90包括螺旋天线零件94和与其做成一体的电感器91。通过将天线装到移动电话装置的主体中，这种移动电话装置的设计可以实现天线元件不从移动电话装置的主体中伸出。

如图5或6所示的螺旋天线可通常被认为是由环形天线和偶极天线串联而组成的天线。环形天线是磁流型天线，等效于在一个环形面的中央垂直于环形面的磁流元件，而偶极天线是电流型天线。螺旋天线被认为等效于这两种天线的组合。

但是，由于在图5中的螺旋天线和图6中的组合型螺旋天线二者都通过非平衡系统的馈线如同轴线来供给电力，大量的接地电流不仅在天线零件上，而且在无线装置的主板上流动，结果，天线一般起到是电流型天线的作用。因此，当无线装置靠近人体使用时，天线将受人手或头的影响而导致增益严重恶化。

图7是表示传统的固定型螺旋天线的辐射方向性的特性图。存在的缺陷是由于大量电流不仅在天线上而且在无线装置的主板上流动，θ分量，即电流分量占主导地位，且天线几乎不能起磁流型天线的作用。结果，存在的不便是无线装置在人手中携带并倾斜地使用时，来自基站的入射波的极化方向与无线装置上的天线的极化方向不匹配，于是，接收性能严重恶化。

本发明是为了解决在传统技术中的上述问题，且其目的是提供一种即使在无线装置被倾斜地使用时也可以有效地接收入射波的紧凑及高增益的天线元件。

因此，根据本发明，在能装到移动无线装置主体中的天线元件中，提供了一对与平衡馈线连接的螺旋天线零件，该螺旋天线零件天线轴的方向与无线装置的主板平行，并布置在无线装置的主板附近距主板的距离与其波长相比足够小的位置处。

结果，通过实现给螺旋天线零件供给平衡的电力，可以减小在无线装置的主板上流动的电流分量，从而减小了手持无线装置时人体的影响。

另外，天线可以具有电流型天线和磁流型天线二者的辐射特性，因此，改善了无线装置倾斜使用时的接收性能。

进一步，可以实现一种紧凑和薄的天线系统。

图1是根据本发明的第一个实施例的天线元件的结构图。

图2是表示第一个实施例的天线元件中的辐射方向性的特性图。

图3是在第一个实施例中的天线元件中的电流分布图。

图4是根据本发明的第二个实施例的天线元件的结构图。

图5是带有传统的固定型螺旋天线的无线装置的透视图。

图6是传统的组合型天线的结构图。

图7是表示传统的固定型螺旋天线中的辐射方向性的特性图。

图8是传统的固定型螺旋天线的电流分布图。

(第一个实施例)

如图1所示，根据本发明的第一个实施例的天线零件包括一对螺旋天线零件102、103。通过平衡-不平衡变换器101将这些天线零件102、103连到无线装置的主板201上设置的无线回路(radio circuit)202上。平衡-不平衡变换器101和螺旋天线零件102、103之间的连接由平衡的馈线104实现。设置平衡-不平衡变换器101是为了在无线回路202与非平衡系统连接的情况下，使非平衡系统的馈线与平衡系统的馈线104互连。如果无线回路202的输出从一开始就由平衡系统组成，则螺旋天线零件102、103可以直接通过馈线104与无线回路202相连，而不用通过平衡-不平衡变换器101互连。

成对的第一螺旋天线零件102和第二螺旋天线零件103以相同的方向缠绕，且以与其波长相比足够小的距离设置在无线装置的主板201上，使它们的天线轴与无线装置的主板201平行。

天线元件装在无线装置中使用。

通过将平衡电源供给到一对天线零件102、103，可以减小流过无线装置的主板201中的接地电流。并且，通过在无线装置的主板201附近设置天线，这将可以利用形成在基面(ground face)上的镜像来调整辐射的方向性以及极化方向。更进一步，通过在无线装置的主板201的附近设置天线，无线装置可以为薄片形状，并且天线实际上可以装在无线装置的印刷基板上。

图2是表示第一个实施例的天线元件中的辐射方向性的特性图。这个螺旋零件具有直径D=0.042λ，节距P=0.0105λ，总长L=0.056λ，采用0.005λ的铜线作为线性材料。螺旋零件平行于一个0.74λ×0.225λ的铜板安装该铜板上。铜板与螺旋零件中心之间的距离为0.051λ。

在图2A、2B和2C中的辐射方向性图形中，实线表示电场的θ分量(Eθ)以及点线表示电场的φ分量(Eφ)。如从图2(a)和(c)中明显看出的，电场的θ分量在如图2所示的坐标系的-x方向辐射，这代表了在无线通讯期间电磁波向人体的反方向辐射的方向性图形。结果，减少了人体对电磁波的吸收。

另一方面，在如图7中所示的传统螺旋天线的辐射方向性的特性图中，θ分量占据两个方向且当无线装置倾斜时，辐射方向性不能与基站的极化方向匹配。相反，在图2(b)中的φ分量相对较大，并且在通讯期间，当无线装置在Y-Z平面上倾斜60度时，φ分量成为几乎与垂直的极化方向相等，于是，可以容易地接收到作为来自基站的入射波的主要极化方向的垂直极化方向。由于这个原因，增强了在实际无线电波环境中的接收性能。

由于这种天线同时具有磁流型天线和电流型天线两者组合的特性，在电场中同时产生θ分量和φ分量。在图2(a)和2(c)中，θ分量代表由磁流型天线产生的辐射，且在图2(b)中，φ分量代表由电流型天线产生的辐射。

在磁流型天线和电流型天线的分量之间的比例可以通过改变螺旋元件的直径D，节距P和总长L以及距铜板的距离等参数来调整。由本实施例的结构已实现了能够起磁流型天线和电流型天线二者任何一个作用的天线。

图3显示了根据本发明的第一个实施例的天线元件的电流分布。在图3中，无线装置的主板和天线元件由导线来近似，并且在三个方向上表示了当天线被供电时，流过导线的电流的绝对值的分布。

由于螺旋天线零件102,103由平衡馈线供电，可以发现在螺旋天线零件上的电流占主导地位并且大量的电流并不流过无线装置的主板。但是，由于在天线零件附近的无线装置的主板上有或多或少的电流流动，得到了如图2所示的该电流的辐射方向性连同天线元件上的电流的组合图形。

当与图8中所示的传统的固定型螺旋天线的电流分布比较时，可以发现这种电流分布的特性为很小的电流在无线装置的主板上流动，并且当无线装置被手拿着时人体的影响非常小。在有大量的电流在主板上流动的情况下，主板也相当于天线的一部分，并且当无线装置被手拿着时，电流分布变动很大，导致天线的阻抗变换以及辐射效率的降低。但是，通过如图3所示的减小无线装置主板上的电流，就可以减轻人体的这种影响。

如上所述，通过这种组合型的天线元件，由采用一对螺旋天线零件实现了平衡系统的天线。于是，在无线装置的主板上只有非常小的电流流动并且即使在无线装置靠近人体使用时增益下降很小。

因为在无线装置的主板上有很小的电流流动，即使一对螺旋天线元件靠近无线装置的主板布置，该天线元件也可以同时具有电流型天线和磁流型天线的特性。从而，即使在无线装置以倾斜的方式使用也可以有效地接收入射波。

此外，因为螺旋天线元件靠近无线装置的主板布置，在无线装置的主板上形成的镜像可以被利用来调整辐射的方向性和极化方向。方向性样式将为以下形式：在无线通讯期间，电磁波沿与人体相反的方向辐射，从而进一步减小人体的影响。并且，方向性样式将为以下形式：在无线装置倾斜的情况下，可以容易地接收来自基站的入射波的主要的极化波，并且当无线装置倾斜时可以进一步改善接收性能。

(第二个实施例)

在第二个实施例的天线元件中，在电流型天线和磁流型天线的分量之间的比例可以变动。

这种天线元件具有分别与第一个螺旋天线元件102和第二个螺旋天线元件103的末端相连的调节回路203，如图4所示，用于调节电流型天线和磁流型天线的分量之间的比例。对于本结构的其它的零件，这个实施例的与第一个实施例基本相同。

每个调节回路203包括一用于执行加载到螺旋天线元件102、103上的电容的开-关操作和给电容充电的二极管。通过在螺旋天线元件的末端所加载的电容，可以改变螺旋天线元件和无线装置主板上的电流分布。在未充电状态下，在这个实施例中的天线元件与第一个实施例中的天线元件的特性相似。但在电容被充电的状态下，螺旋天线的有效电力长度增加，而改变了螺旋天线元件和无线装置的主板上的电流分布，从而改变了电流型天线和磁流型天线的分量之间的比例。结果，可以实现改变辐射方向性样式。

在这个实施例中，二极管被用于电容充电的开关操作。但是，可以采用高频开关或晶体管来实现相同的功能。虽然在这个调节回路中被充电的电容是固定的，但也可以在这部分通过采用可以改变容值的可变容量的二极管来实现加载理想的电容量。

并且，可以将调节回路安装在螺旋天线元件102、103的任意位置，包括其末端，来获得相同的效果。

如已描述的，在这个天线元件中，天线的特性可以通过调节调节电路来改变，并且辐射方向性样式可以根据接收环境来变化。

从前面所述的可以明显地看出，根据本发明的天线元件可以减小流动在装有天线元件的无线装置主板上的电流，并且在无线装置在靠近人体使用时可以防止增益下降。并且，天线元件可以具有电流型天线和磁流型天线二者的辐射特性，以及在无线装置倾斜方式使用时可以增强其接收性能。

此外，利用无线装置的主板可以调节辐射样式，可以减小人体的影响，以及可以实现有效接收入射波的高接收性能。

在带有调节回路的天线元件中，电流型天线和磁流型天线的分量之间的比例可以改变以便改变辐射方向性样式。

更进一步，由装有这种天线元件的无线装置，高品质和稳定的移动通讯成为可能，并且可以获得紧凑及薄的结构的无线装置。

Claims (7)

1．一种能装在移动无线装置主体内的天线元件，其特征在于，包括：

一对与平衡的馈线相连的螺旋天线零件，该螺旋天线零件天线轴的方向与所述无线装置的主板平行，并布置在无线装置的主板附近距所述主板的距离与其波长相比足够小的位置处。

2．如权利要求1所述的天线元件，其特征在于，所述的天线元件具有磁流型天线和电流型天线二者的功能。

3．如权利要求2所述的天线元件，其特征在于，进一步包括调节所述磁流型天线和电流型天线的分量之间的比例的调节回路。

4．如权利要求3所述的天线元件，其特征在于，调节回路与螺旋天线零件相连。

5．如权利要求1所述的天线元件，其特征在于，进一步包括通过平衡馈线与螺旋天线零件相连的平衡-不平衡变换器，使平衡馈线与非平衡馈线互连。

6．如权利要求5所述的天线元件，其特征在于，更进一步包括通过非平衡馈线与平衡-不平衡变换器相连的无线回路。

7．如权利要求1所述的天线元件，其特征在于，更进一步包括通过平衡馈线与螺旋天线零件相连的无线回路。

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