CN1310492A - 天线单元以及使用它的通信装置 - Google Patents

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Abstract

在一种天线单元包含:基体;接地电极;第一辐射电极;第二辐射电极;第一连接电极;第二连接电极;馈送电极;及所述基体上的控制电极,用于在所述第一辐射电极的开路端和所述控制电极之间,以及所述第二辐射电极的开路端和所述控制电极之间提供耦合电容,并且所述控制电极设置得与各个所述开路端接近。

Description

天线单元以及使用它的通信装置
本发明涉及一种天线单元，其中通过使用两个天线实现双谐振，并且可同时改变两个频率。本发明还涉及一种使用这种天线单元的通信装置。
在传统的天线单元中，将已经在第11-136025号日本未审查专利公告(第10-204902号日本专利申请)中所揭示的天线单元作为例子并参照图8描述。
图中，示出天线单元101。单元101包括耦合到天线100的开关109。天线100包含接地电极103、辐射电极104、馈送电极106以及控制电极108，它们设置在由介质材料制成的基体102的表面上。辐射电极104的一端是开路的。此外，使馈送电极106形成得接近于辐射电极104的开路端，并连接到信号源110。此外，将开关109的一端连接到控制电极108，其另一端接地。
在由此构成的天线单元101中，辐射电极104作为线长度为ё/4的微带天线谐振，其中ё是波长，并且当将部分谐振功率辐射到空间中时用作天线。
可以使用开关109改变频率。即，当接通开关109时，辐射电极104的开路端与控制电极108之间产生的电容与辐射电极104的开路端与接地电极103之间的电容并联。另一方面，当切断开关时，在辐射电极104的开路端与控制电极108之间不产生电容。由此，当开关109接通时，频率相对变低，当开关断开时，频率变高。
但是，在传统的天线单元101中，单个天线单元100的频率要转换，故难以实现更宽的频带宽度。
相应地，本发明的一个目的是提供一种天线单元，其中它可通过使用两个天线建立双谐振，以及通过使每一个频率相互转换，实现更宽的带宽，本发明还提供了一种使用这种天线单元的通信装置。
为了达到上述目的，根据本发明的天线单元包含：基体；设置在所述基体的一个主表面上的接地电极；第一辐射电极，其一端处具有一开路端，包含第一天线，并且设置在所述基体的另一个主表面上；第二辐射电极，其一端处具有开路端，包含第二天线，并且设置在所述基体的另一个主表面上；第一连接电极，设置在所述基体的端部表面上，用于将所述第一辐射电极连接到所述接地电极；第二连接电极，设置在所述基体的端部表面上，用于将所述第二辐射电极连接到所述接地电极；馈送电极，设置在上述基体上，用于将信号传输到所述第一辐射电极和所述第二辐射电极中的至少一个；及所述基体上的控制电极，设置得与各个所述开路端接近，用于在所述第一辐射电极的开路端和所述控制电极之间，以及所述第二辐射电极的开路端和所述控制电极之间提供耦合电容。
此外，在根据本发明的天线单元中，第一天线和第二天线具有不同的谐振频率。
此外，在根据本发明的天线单元中，控制电极形成在与形成有第一连接电极和第二连接电极的表面不同的另外一个表面上。
此外，在根据本发明的天线单元中，基体由接近于长方体的介质材料或磁性材料制成。
此外，在根据本发明的天线单元中，在基体的另一个主表面上形成缝隙，该缝隙倾斜地到达基体的另一个主表面的两侧，并且第一辐射电极和第二辐射电极设置得跨过缝隙相对。
此外，在根据本发明的天线单元中，形成所述缝隙使其一端的边宽窄于另一端的边宽。
此外，在根据本发明的天线单元中，馈送电极设置在所述基体的端表面上使通过间隙紧靠第一辐射电极或第二辐射电极。
此外，在根据本发明的天线单元中，馈送电极整体地形成在基体的设置有第一连接电极和第二连接电极的端部表面上，以便与第一连接电极或第二连接电极连续。
此外，在根据本发明的天线单元中，，第一辐射电极和第二辐射电极设置在基体的另一个主表面上，从而第一辐射电极和第二辐射电极将馈送电极夹在其中，并且将第一辐射电极、第二辐射电极和馈送电极设置得使它们纵向相互平行。
此外，根据本发明的通信装置包含具有上述结构的天线单元。
在根据本发明的天线单元中，通过使用两个天线实现双谐振，并且通过使连接到控制电极的开关接通和断开，决定谐振频率的频率变化程度的耦合电容增加或减小，由此可以改变频率。由此，与改变单个天线的频率的情况相比，可实现更宽的频带宽度。
此外，通过设置多个控制电极以及分别连接到那里的开关，以及通过使每一个开关接通和断开，可建立更宽的频带宽度。
此外，在根据本发明的通信装置中，由于设置了可以改变频率的天线单元，故可建立更宽的频带宽度。
从下面参照附图对本发明的描述，本发明的其它特点和优点将是显然的。
图1是根据本发明的第一实施例的天线单元的透视图；
图2示出图1所示的天线单元的阻抗特性；
图3通过开关的接通和关断示出图1的天线单元的阻抗特性的变化；
图4是示出图1中的天线单元的修改例子的透视图；
图5是示出图1中的天线单元的另一个修改例子的透视图；
图6是示出根据本发明的第二实施例的天线单元的透视图；
图7是示出根据本发明的通信装置(电话)的透视图；和
图8是示出传统天线单元的透视图。
下面将参照图1描述根据本发明的第一实施例的天线单元的结构。
在附图中，天线单元10由诸如陶瓷、树脂之类的介质材料的基体11构成，它包含接地电极12、第一微带天线10a作为第一天线，以及第二微带天线10b作为第二天线。
其中，接地电极12形成在基体11的一个主表面上。此外，第一微带天线10a包含形成在基体11的另一个主表面上的辐射电极13。此外，第二微带天线10b包含形成在基体11的另一个主表面上的辐射电极14。
形成第一和第二辐射电极13和14，以便通过缝隙S1相对。缝隙S1形成得使一端的侧面的宽度比另外一端的侧面上的宽度窄，并且缝隙可倾斜至另一个主表面的每一侧，相应地，第一辐射电极13和第二辐射电极14分别是具有长边、短边、垂直侧以及倾斜侧的梯形。
此外，通过形成在基体11的端部表面上的第一连接电极15将第一辐射电极13连接到接地电极12。此外，通过形成在基体11的端部表面上的第二连接电极16将第二辐射电极14连接到接地电极12。在与基体11的其上设置有第一和第二连接电极15和16的端部表面相对的端部表面上形成馈送电极17，它通过一固定间隙接近于第一辐射电极13。馈送电极17的一端延伸到基体11的一个主表面并连接到信号源21，但是它与接地电极12绝缘。
此外，在形成有馈送电极17的基体11的端部表面上，形成控制电极18的一端，它接近于第一和第二辐射电极13和14的每一个开路端。将控制电极18的另一端连接到开关19的一端。将开关19的另外一端接地。
下面描述以这种方式构成的天线单元10的工作。
通过馈送电极17和第一辐射电极13之间产生的电容C10将从信号源21输入馈送电极17的信号传输到第一辐射电极13。在第一辐射电极13中，梯形电极的长边开路，短边通过第一连接电极15接地，并且相应地，在具有有效波长(这是长边和短边之间的距离)的四分之一的波长的频率处产生谐振。这里，使第一连接电极15和第二连接电极的16电磁耦合，通过这种耦合，将信号从第一辐射电极13传输到第二辐射电极14，并且在短边开路的第二辐射电极14中产生谐振。
图2中示出天线单元10的阻抗特性。在附图中，形成包括两个谐振频率f1和f2的频带。
此外，分别通过第一和第二辐射电极13和14产生的电感，以及电极之间产生的耦合电容决定第一和第二微带天线10a和10b的谐振频率。第一和第二辐射电极13和14的每一个开路端与控制电极18之间的电容C11和C12构成决定了微带天线10a和10b的谐振频率的部分电容。当开关19接通时，产生各个电容C11和C12，当开关19断开时，不产生它们中的任何一个。由此，当开关19接通和断开时，第一和第二微带天线10a和10b的谐振频率同时变化，相应地，可以覆盖不同的频率范围。按照这种方式，可以覆盖非常宽的频带。
由于这种频率的变化，得到如图3所示的频率特性。在附图中，当接通开关时，形成包含两个频率f1和f2的频带，当开关断开时，形成包含频率f11和f12的频带，其中频率f1和f2分别通过频率差Δf1和Δf2移动到频率f11和f12。这里，通过调节设置控制电极18的位置，以及改变第一和第二辐射电极13和14的每一个开路端与控制电极18之间的变化值，能够容易地控制频率差Df1和Df2。
另外，虽然没有具体说明，但是，可形成多个控制电极与连接到那里的开关。按照这种方式，通过接通和断开多个开关，可控制每一个辐射电极的开路端与每一个控制电极之间的电容的产生，并实现更宽的频带。
在图4中，示出上述天线单元10的修改例子。在如图中的天线单元20中，在基体11的与形成有第一和第二连接电极15和16的端部表面相邻的端部表面上形成馈送电极22。此外，馈送电极22的一个端部与第一辐射电极13连续地形成为一体。剩余部分的结构与天线单元10的结构相同。
按照这种方式构成的天线单元20与天线单元10的不同在于，产生谐振是因为通过馈送电极22直接馈送第一辐射电极13，并且该频率可以和天线10中一样地改变。
另外，虽然没有具体描述，馈送电极的一端可整体地形成，以便与第二辐射电极连续。
在图5中，示出上述天线单元10的另一个修改例子。在附图的天线23中，在基体11的形成有第二连接电极16的端部表面上形成馈送电极24。此外，与第二连接电极16相连整体地形成馈送电极24的一端。剩余部分的结构与天线单元10相同。
由此构成的天线单元23与天线单元10的不同在于，产生谐振是因为第二辐射电极14通过第二连接电极16从馈送电极24馈送，并且频率可以按照天线10中相同的方法改变。
另外，虽然没有具体描述，但是馈送电极的一端可以整体地形成以便与第一连接电极连续。
下面，参照图6描述根据本发明的第二实施例的天线单元的结构。
在附图中，天线单元30包含作为第一天线的第一微带天线32和作为第二天线的第二微带天线33，它们形成在由诸如陶瓷、树脂之类的介质材料制成的长方体的基体31上。
这里，在基体31的一个主表面的几乎全部上，形成接地电极34。此外，形成构成第一微带天线32的第一辐射电极32a，和构成第二微带天线33的第二辐射电极33a，它们相互平行，并且分别与基体31的另一个主表面的一对互相相对的两边相接触。此外，使第一和第二辐射电极32a和33a的各自的一端形成开路，并且各自的另外一端分别通过形成在基体31的端部表面上的第一连接电极39a和第二连接电极39b连接到接地电极34。
另外，在第一和第二辐射电极32a和33a之间所夹的位置中形成馈送电极35，从而平行于第一和第二辐射电极32a和33a。将馈送电极35的一端设置在基体31的另一个主表面的中心附近，将另一端通过形成在基体31的端部表面上的第三连接电极39c连接到信号源36。
另外，在基体31的与设置有第一到第三连接电极39a到39c的端部表面相对的端部表面上形成控制电极37。将控制电极37设置得接近于第一和第二辐射电极32a和33a的各自的开路端。此外，通过开关38使控制电极37接地。
在由此构成的天线单元30中。当接通开关38时，使控制电极37接地，而且第一和第二辐射电极32a和33a与控制电极37之间的电容C23和C24增加，第一和第二微带天线32和33的每一个频率减小。
另一方面，当断开开关38时，由于杂散电容等因素的影响，电容C23和C24大大减小，并且第一和第二微带天线32和33的各自的频率增加。
此外，虽然没有具体示出，但是，通过形成多个控制电极以及分别连接到那里的开关，以及通过使这些开关接通和断开，可实现宽得多的频带。
下面，在根据本发明的通信装置中，取便携式电话为例，并参照图7描述。在附图中，在便携式电话40上安装上述第一实施例的天线单元10和其它电路元件(没有示出)，并且将其上印刷有电路的母板41安装到罩子42中。电路板包含发射机/接收机电路。将用于便携式电话中的天线单元还可以是上述其它实施例的天线单元20或30。
按照这种方式，通过安装天线单元10、20或30，便携式电话40能够覆盖更宽的频带，并且作为例如将能够处理模拟系统和数字系统的双模式电话，在每一个系统中能够控制更宽的频带。
另外，在上述每一个实施例中，如果将连接到控制电极的开关能够控制电气连接，它可以是任何一种结构，并且可以使用例如诸如二极管、晶体管、场效应晶体管(FET)之类的元件。
此外，在上述每一个实施例中，已经描述了天线单元包含由介质材料制成的基体的情况，但是也可以使用由诸如铁氧体之类的磁性材料制成的基体。
此外，在上述每一个实施例中，描述了控制电极形成得从基体的一个主表面延伸到端部表面的情况，但是控制电极也可形成得通过端部表面从一个主表面延伸到另一个主表面。
此外，在上述每一个实施例中，描述了馈送电极形成得从基体的主表面延伸到一个端部表面的情况，但是馈送电极也可以仅形成在基体的一个主表面上。在这种情况下，部分辐射电极从基体的另一个主表面延伸到一个端部表面，使用延伸的辐射电极与馈送电极之间产生的电容。
在根据本发明的天线单元中，通过使用两个天线实现了双谐振，并且通过使连接到控制电极的开关接通和断开，以及通过增加或减小决定两个频率的电容，可以改变每一个天线的谐振频率。
由此，当和改变单个天线的频率的情况相比时，可实现宽得多的频带宽度。
此外，在根据本发明的天线单元中，通过提供多个控制电极以及连接到那里的开关，以及通过使每一个开关接通和断开，可实现宽得多的频带宽度。
此外，在根据本发明的通信装置中，安装可以改变频率的天线单元，相应地，可实现更宽的频带宽度。
虽然已经参照较佳实施例，具体示出和描述了本发明，熟悉专业的技术人员将知道在不背离本发明的主旨和范围的情况下可以有上述和其它形式上和细节上的改变。

Claims (24)

1．一种天线单元，其特征在于包含：
具有第一和第二主表面，以及至少一个在所述主表面之间延伸的表面的基体；
设置在所述基体的所述第一主表面上的接地电极；
第一辐射电极，包含第一天线，其一端处具有一开路端，并且设置在所述基体的所述第二主表面上；
第二辐射电极，包含第二天线，其一端处具有开路端，并且设置在所述基体的所述第二主表面上；
第一连接电极，用于将所述第一辐射电极连接到所述接地电极，并且所述第一连接电极设置在所述基体的一个端部表面上；
第二连接电极，用于将所述第二辐射电极连接到所述接地电极，并且所述第二连接电极设置在所述基体的一个端部表面上；
馈送电极，用于将信号传输到所述第一辐射电极和所述第二辐射电极中的至少一个，并且所述馈送电极设置在上述基体上；及
所述基体上的控制电极，用于在所述第一辐射电极的开路端和所述控制电极之间，以及所述第二辐射电极的开路端和所述控制电极之间提供耦合电容，并且所述控制电极设置得与各个所述开路端接近。
2．如权利要求1所述的天线单元，其特征在于第一天线和第二天线具有相互不同的谐振频率。
3．如权利要求1所述的天线单元，其特征在于在不同于形成有第一连接电极和第二连接电极的表面的另一个表面上形成控制电极。
4．如权利要求2所述的天线单元，其特征在于在不同于形成有第一连接电极和第二连接电极的表面的另一个表面上形成控制电极。
5．如权利要求1所述的天线单元，其特征在于基体由接近于长方体的介质材料或磁性材料制成。
6．如权利要求1所述的天线单元，其特征在于在基体的第二主表面上形成缝隙，所述缝隙倾斜地到达基体的第二主表面的每一侧，其中，将第一辐射电极和第二辐射电极设置得通过缝隙相对。
7．如权利要求6所述的天线单元，其特征在于形成缝隙，从而其第一端的宽度比第二端的宽度窄。
8．如权利要求1所述的天线单元，其特征在于将馈送电极设置在基体的端部表面上，以便通过间隙，与第一辐射电极或第二辐射电极接近。
9．如权利要求1所述的天线单元，其特征在于馈送电极整体地形成在基体的端部表面上以便与第一连接电极或第二连接电极连续，其中所述端部表面设置有第一连接电极或第二连接电极。
10．如权利要求1所述的天线单元，其特征在于第一辐射电极和第二辐射电极设置在基体的第二主表面上，从而所述第一辐射电极和所述第二辐射电极将馈送电极夹在其中，其中将所述第一辐射电极、所述第二辐射电极以及馈送电极设置得使它们的纵向相互平行。
11．如权利要求1所述的天线单元，其特征在于控制电极的一个端部用于提供耦合电容，所述控制电极的另外一端连接到开关。
12．如权利要求11所述的天线单元，其特征在于开关同时改变每一个耦合电容。
13．一种通信装置，其特征在于包含：
发射机和接收机中的至少一个；和
耦合到发射机和接收机中的所述至少一个的天线单元，所述天线单元包含：
具有第一和第二主表面，以及至少一个在所述主表面之间延伸的表面的基体；
设置在所述基体的所述第一主表面上的接地电极；
第一辐射电极，包含第一天线，其一端处具有一开路端，并且设置在所述基体的所述第二主表面上；
第二辐射电极，包含第二天线，其一端处具有开路端，并且设置在所述基体的所述第二主表面上；
第一连接电极，用于将所述第一辐射电极连接到所述接地电极，并且所述第一连接电极设置在所述基体的一个端部表面上；
第二连接电极，用于将所述第二辐射电极连接到所述接地电极，并且所述第二连接电极设置在所述基体的一个端部表面上；
馈送电极，用于将信号传输到所述第一辐射电极和所述第二辐射电极中的至少一个，并且所述馈送电极设置在上述基体上；及
所述基体上的控制电极，用于在所述第一辐射电极的开路端和所述控制电极之间，以及所述第二辐射电极的开路端和所述控制电极之间提供耦合电容，并且所述控制电极设置得与各个所述开路端接近。
14．如权利要求13所述的通信装置，其特征在于第一天线和第二天线具有相互不同的谐振频率。
15．如权利要求13所述的通信装置，其特征在于在不同于形成有第一连接电极和第二连接电极的表面的另一个表面上形成控制电极。
16．如权利要求14所述的通信装置，其特征在于在不同于形成有第一连接电极和第二连接电极的表面的另一个表面上形成控制电极。
17．如权利要求13所述的通信装置，其特征在于基体由接近于长方体的介质材料或磁性材料制成。
18．如权利要求13所述的通信装置，其特征在于在基体的第二主表面上形成缝隙，所述缝隙倾斜地到达基体的第二主表面的每一侧，其中，将第一辐射电极和第二辐射电极设置得通过缝隙相对。
19．如权利要求18所述的通信装置，其特征在于形成缝隙，从而其第一端的宽度比第二端的宽度窄。
20．如权利要求13所述的通信装置，其特征在于将馈送电极设置在基体的端部表面上，以便通过间隙，与第一辐射电极或第二辐射电极接近。
21．如权利要求13所述的通信装置，其特征在于馈送电极整体地形成在基体的端部表面上以便与第一连接电极或第二连接电极连续，其中所述端部表面设置有第一连接电极或第二连接电极。
22．如权利要求13所述的通信装置，其特征在于第一辐射电极和第二辐射电极设置在基体的第二主表面上，从而所述第一辐射电极和所述第二辐射电极将馈送电极夹在其中，其中将所述第一辐射电极、所述第二辐射电极以及馈送电极设置得使它们的纵向相互平行。
23．如权利要求13所述的通信装置，其特征在于控制电极的一个端部用于提供耦合电容，所述控制电极的另外一端连接到开关。
24．如权利要求23所述的通信装置，其特征在于开关同时改变每一个耦合电容。
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