CN1370340A - 阻抗匹配电路及天线装置 - Google Patents

Abstract

一种阻抗匹配电路,包括在频率f2上进行阻抗匹配的第1匹配电路8－1;由具有所定的电长度的传送线路6b和与此传送线路6b连接的开路短截线14及短路短截线15构成、在频率f1上进行阻抗匹配的第2匹配电路8－2,为在开路短截线14上使特性阻抗不同而设有阻抗的不连续部17,并且,为使在频率f2上开路短截线14及短路短截线15的电纳值之和为零、在频率f1上开路短截线14及短路短截线15的电纳值之和为所定的值而设定了开路短截线14及短路短截线15的电长度。

Description

阻抗匹配电路及天线装置

技术领域

本发明涉及主要适用于VHF波段、UHF波段、微波段、毫米波段用的天线装置的阻抗匹配电路、以及应用了上述阻抗匹配电路的天线装置。

现有技术

图1为在日本国公开专利公报、特开平9-307331号中示出的显示现有的包含阻抗匹配电路的天线装置的斜视图；图2为图1所示的天线装置的电路图；图3为在此天线装置上使用的天线1的扩大图。在图1至图3中，1为如图3所示的芯片天线等天线，2为天线1的输入端子，1-2为天线1的放射导体，12-2为覆盖放射导体1-2外部的瓷块。

3a为容量可变的电容元件，3b为容量固定的电容元件，4a为电感元件，7为由它们形成的阻抗匹配电路。另外，作为容量可变的电容元件3a使用变容2极管等有源元件。

9为天线装置的输入端子，10为连接输入端子9的电源电路或是RF电路等外部电路。12为装载天线1及阻抗匹配电路7的电介体基板，13a、13b、13c为电介体基板12的表面及底面形成的接地导体。

还有，图4为图3所示的天线1的等效电路。在图4中2表示天线1的输入端子，3c表示电容元件，4-2表示电阻原件，4b表示电感元件。即天线1为由串联的电容元件3c，由电阻元件4-2、电感元件4b组成的具有串联谐振电路动作的单谐振天线。

下面说明一下动作。

例如，在频率f1上，天线1作为在输入端子2上的输入阻抗设为具有R1+jX1(R1、X1均为正)的值。此时，图2所示的阻抗匹配电路7首先通过改变加在构成电容元件3a的变容2极管等上的偏压来调整电容元件3a的电容值，使电抗部分X1变为零。

然后，利用通过适当地组合串联配置的电感元件4a的值和并联配置的电容元件3b的值而得到的阻抗变成功能使输入阻抗的电阻值R1与外部电路10的特性阻抗一致。由此，在频率f1上可以减少反射波的产生，外部电路10可以高效率地使天线动作。

此外，在与频率f1不同的频率f2上，天线1作为在输入端子2上的输入阻抗具有R2+jX2(R2、X2均为正)的值，其电阻值R2的值与R1的值没有很大差别时，通过改变加在电容元件3a上的偏压将电容值变为适当的值，进而与频率f1时同样，可以使其输入阻抗与外部电路10的特性阻抗大致一致。这样，图1所示的天线装置在多个频率上可以高效率地使天线1动作。

因为现有的天线装置结构如上，所以为了在多个频率上进行阻抗匹配使电容元件3a的容量可变，将此容量值调到适当的值。在使用变容2极管等有源元件时，此容量值的调整是通过设置偏压电路，调整加在变容2极管等的偏压来进行的。

因此，除偏压电路外还需要设置控制电路，电路结构变得复杂。此电路结构的复杂化、部件数的增加成了制造成本上升的主要原因，同时带来了耗电量大的问题。另外，这些问题在便携电话等可搬运型的无线终端上特别重要。

还有，因为现有的阻抗匹配电路7只对具有特定的输入阻抗特性的天线1可以进行阻抗匹配，所以存在适用范围狭窄的问题。

本发明是为了解决如上所述的问题而进行的，其目的在于：用简单的电路结构、低成本地提供使各种类型的单谐振型天线在2个频带或是包括了此2个频带之间的频带的宽范围的频带上高效率地动作的阻抗匹配电路及天线装置。

另外，此说明书中所提到的“单谐振型天线”是作为广泛的形式的天线的总称来使用，不限于特定的天线。

发明内容

本发明涉及的阻抗匹配电路，在频率f1及高于此频率f1的频率f2的频带上使天线的输入阻抗和在与上述天线之间进行信号发送接收的外部电路的特性阻抗匹配，其包括第1匹配电路，在上述频率f2上进行阻抗匹配；传送线路，由成为上述天线的供电线路的微带线路等形成并具有所定的电长度；第2匹配电路，与此传送线路连接、由上述微带线路等形成的第1及第2短截线构成、在上述频率f1上进行阻抗匹配，在上述第1或第2短截线上为使特性阻抗不同而设置阻抗的不连续部，同时为使在上述频率f2上上述第1及第2短截线的电纳值之和为零并在上述频率f1上上述第1及第2短截线的电纳值之和为所定的值而设定了上述第1及第2短截线的电长度。

由此，在不同的2个频带上能够进行阻抗匹配，同时能够灵活地应付为进行阻抗匹配的天线的输入阻抗的频率特性，进而不会出现在2个频率附近的频带的一方频带上回波损耗特性变成窄频带，阻抗匹配电路内的损耗增加等现象，即使在任一频带上都有能够得到良好的回波损耗特性的效果。

本发明涉及的阻抗匹配电路，由以下部分构成了第1匹配电路：传送线路，由微带线路等形成并具有所定的电长度；叉指型电容器，对此传送线路串联地提供静电电容。

由此，因为不使用需要贴装作业的芯片元件，所以制作容易并能够低成本地制作，同时还能够容易地而且高精度地制作任意静电电容的电容元件，有容易得到特性好的阻抗匹配电路的效果。

本发明涉及的阻抗匹配电路，由以下部分构成了第1匹配电路：在频率f2上的1/4波长阻抗变成器。

由此，有电路构成更加简单并能够低成本制造的效果。

本发明涉及的阻抗匹配电路，由以下部分构成了第2匹配电路：基于设置阻抗的不连续部，一端开路的开路短截线的第1短截线；基于一端连接接地导体的短路短截线的第2短截线。

由此，因为不使用需要贴装作业的芯片元件，所以有制作容易，同时能够低成本地制作阻抗匹配电路的效果。

本发明涉及的阻抗匹配电路，由以下部分构成了第2匹配电路：基于一端开路的开路短截线的第1短截线；基于设置阻抗的不连续部，一端开路的开路短截线的第2短截线。

由此，因为不使用需要贴装作业的芯片元件或短路短截线，所以有制作更加容易同时能够低成本地制作阻抗匹配电路的效果。

本发明涉及的阻抗匹配电路，在中空圆筒状电介体上形成多个，在频率f1及高于此频率f1的频率f2的频带上使多个天线的各输入阻抗和在与上述多个天线之间进行信号发送接收的外部电路的特性阻抗匹配，其包括第1匹配电路，在上述频率f2上进行阻抗匹配；第2匹配电路，通过由成为上述多个天线的供电线路的微带线路形成并具有所定的电长度的传送线路和由上述微带线路形成并与上述传送线路连接的第1及第2短截线构成、在上述频率f1上进行阻抗匹配，在上述第1或第2短截线上为使特性阻抗不同而设置阻抗的不连续部，同时为使在上述频率f2上上述第1及第2短截线的电纳值之和为零并在上述频率f1上上述第1及第2短截线的电纳值之和为所定的值而设定了上述第1及第2短截线的电长度。

由此，在不同的2个频带上能够进行阻抗匹配，同时能够灵活地应付为进行阻抗匹配的天线的输入阻抗的频率特性，进而不会出现在2个频率附近的频带的一方频带上回波损耗特性变成窄频带，阻抗匹配电路内的损耗增加等现象，即使在任一频带上都有能够得到良好的回波损耗特性的效果。

本发明涉及的阻抗匹配电路，由以下部分构成了第1匹配电路：传送线路，由微带线路形成并具有所定的电长度；叉指型电容器，对此传送线路串联地提供静电电容。

由此，因为不使用需要贴装作业的芯片元件，所以制作容易并能够低成本地制作，同时还能够容易地而且高精度地制作任意静电电容的电容元件，有容易得到特性好的阻抗匹配电路的效果。

本发明涉及的阻抗匹配电路，由以下部分构成了第2匹配电路：基于设置阻抗的不连续部，一端开路的开路短截线的第1短截线；基于一端连接接地导体的短路短截线的第2短截线。

由此，因为不使用需要贴装作业的芯片元件，所以有制作容易，同时能够低成本地制作阻抗匹配电路的效果。

本发明涉及的阻抗匹配电路，由以下部分构成了第2匹配电路：基于一端开路的开路短截线的第1短截线；基于设置阻抗的不连续部，一端开路的开路短截线的第2短截线。

由此，因为不使用需要贴装作业的芯片元件或短路短截线，所以有制作更加容易同时能够低成本地制作阻抗匹配电路的效果。

本发明涉及的天线装置，包括多个天线，在中空圆筒状电介体上形成；多个阻抗匹配电路，在上述中空圆筒状电介体上形成，同时与上述各天线连接，在频率f1及高于此频率f1的频率f2的频带上使上述各天线的输入阻抗和在与上述各天线之间进行信号发送接收的外部电路的特性阻抗匹配；多个分配电路，在上述中空圆筒状电介体上形成，同时与上述各阻抗匹配电路连接，对来自上述外部电路的信号提供所定的相位差，上述各阻抗匹配电路，包括第1匹配电路，在上述频率f2上进行阻抗匹配；第2匹配电路，通过由成为上述各天线的供电线路的微带线路形成并具有所定的电长度的传送线路和由上述微带线路形成并与上述传送线路连接的第1及第2短截线构成、在上述频率f1上进行阻抗匹配，在上述第1或第2短截线上为使特性阻抗不同而设置阻抗的不连续部，同时为使在上述频率f2上上述第1及第2短截线的电纳值之和为零并在上述频率f1上上述第1及第2短截线的电纳值之和为所定的值而设定了上述第1及第2短截线的电长度。

由此，在不同的2个频带上能够进行阻抗匹配，同时能够灵活地应付为进行阻抗匹配的天线的输入阻抗的频率特性，进而不会出现在2个频率附近的频带的一方频带上回波损耗特性变成窄频带，阻抗匹配电路内的损耗增加等现象，即使在任一频带上都有能够得到良好的回波损耗特性的效果。

本发明涉及的天线装置，由以下部分构成了第1匹配电路：传送线路，由微带线路形成并具有所定的电长度；叉指型电容器，对此传送线路串联地提供静电电容。

由此，因为不使用需要贴装作业的芯片元件，所以制作容易并能够低成本地制作，同时还能够容易地而且高精度地制作任意静电电容的电容元件，有容易得到特性好的天线装置的效果。

本发明涉及的天线装置，由以下部分构成了第2匹配电路：基于设置阻抗的不连续部，一端开路的开路短截线的第1短截线；基于一端连接接地导体的短路短截线的第2短截线。

由此，因为不使用需要贴装作业的芯片元件，所以有制作容易，同时能够低成本地制作天线装置的效果。

本发明涉及的天线装置，由以下部分构成了第2匹配电路：基于一端开路的开路短截线的第1短截线；基于设置阻抗的不连续部，一端开路的开路短截线的第2短截线。

由此，因为不使用需要贴装作业的芯片元件或短路短截线，所以有制作更加容易同时能够低成本地制作天线装置的效果。

附图说明

图1为表示现有的包含阻抗匹配电路的天线装置的斜视图。

图2为图1所示的天线装置的电路图。

图3为在图1所示的天线装置中所使用的天线的扩大图。

图4为图3所示的天线的等效电路。

图5为表示本发明的实施方式1的天线装置的斜视图。

图6为图5所示的天线装置的俯视图。

图7为图5所示的天线装置的电路图。

图8为表示从图7的电路图所示的节点A向天线侧观察时的天线的输入阻抗特性的史密斯圆图。

图9为表示从图7的电路图所示的节点B向天线侧观察时的特性的史密斯圆图。

图10为表示从图7的电路图所示的节点C向天线侧观察时的特性的史密斯圆图。

图11为表示从图7的电路图所示的节点D向天线侧观察时的特性的史密斯圆图。

图12为表示2个短截线的电纳值之和的频率特性图。

图13为表示从图7的电路图所示的节点E向天线侧观察时的特性的史密斯圆图。

图14为表示从图7的电路图所示的节点E向天线侧观察时的回波损耗频率特性图。

图15为表示开路短截线上有不连续部和无不连续部时的2个短截线的电纳值之和的频率特性的比较图。

图16为表示开路短截线上有不连续部和无不连续部时的在输入端子上的天线装置的回波损耗的频率特性的比较图。

图17为表示从图7的电路图所示的节点E向天线侧观察时的回波损耗频率特性图。

图18为表示本发明的实施方式2的天线装置的斜视图。

图19为图18所示的天线装置的俯视图。

图20为图18所示的天线装置的电路图。

图21为表示本发明的实施方式3的天线装置的斜视图。

图22为图21所示的天线装置的俯视图。

图23为图21所示的天线装置的电路图。

图24为表示从图23的电路图所示的节点A向天线侧观察时的天线的输入阻抗特性的史密斯圆图。

图25为表示从图23的电路图所示的节点C向天线侧观察时的特性的史密斯圆图。

图26为表示本发明的实施方式4的天线装置的斜视图。

图27为表示图26所示的天线装置的圆筒状电介体的外侧面的展开图。

图28为表示图26所示的天线装置的圆筒状电介体的内侧面的展开图。

图29为图27所示的天线装置的阻抗匹配电路部分的条状导体图形的扩大图。

图30为图26所示的天线装置的电路图。

图31为表示本发明的实施方式4的天线装置的斜视图。

图32为表示图31所示的天线装置的圆筒状电介体的外侧面的展开图。

图33为表示图31所示的天线装置的圆筒状电介体的内侧面的展开图。

图34为图32所示的天线装置的阻抗匹配电路部分的条状导体图形的扩大图。

图35为图31所示的天线装置的电路图。

实施方式

下面，为了更加详细地说明本发明，按照附图说明实施本发明的最佳方式。

实施方式1

图5为本发明的实施方式1的天线装置的斜视图，图6为图5所示的天线装置的俯视图，图7为图5所示的天线装置的电路图。此天线装置由以下部分组合而成：小型螺旋型天线，用于便携电话机等小型无线终端；阻抗匹配电路，为了在2个频带上动作，由微带线路形成。

在图5至图7中，1为小型螺旋型天线的天线，2为天线1的输入端子，12为装载天线1及后述的阻抗匹配电路7的电介体基板，13为在电介体基板12的底面形成的接地导体，18为条状导体，与电介体基板12及接地导体13共同形成成为天线1的供电线路的微带线路，10为与天线1之间进行信号发送接收的电源电路或RF电路的外部电路，9为连接外部电路10的天线装置的输入端子。

6a为由微带线路形成、在频率f2上具有电长度θa的传送线路；6b为由微带线路形成、在频率f1上具有电长度θb的传送线路；22为插在这些传送线路6a、6b之间串联地提供静电电容的叉指型电容器。

14为由微带线路形成的开路短截线。在此开路短截线14上，形成短截线的线路的特性阻抗在短接线内不固定，具有1处特性阻抗不连续的位置17，在开路端附近使用高阻抗的线路，另外，在传送线路6b侧使用低阻抗线路。高阻抗线路的电长度为θo1，低阻抗线路的电长度为θo2。

15为由微带线路形成、具有电长度θs的短路短截线，16为设在短路短截线15的前端的通孔。开路短截线14和短路短截线15在条状导体18的同一处相对地连接着。

在此，已设定电长度θo1、θo2、θs之和大致为π/2或比π/2稍大一些，在频率f2上2个短截线的电纳值之和为零。即，在频率f2附近的频带上，作为图7所示的1/4波长谐振电路5-2来动作。

此外，规定了电长度θo1、θo2、θs的分配，使开路短截线14和短路短截线15的各自的电纳之和在频率f1上呈现所定的电纳值。另外，与此同时传送线路6b的电长度θb也被选为所需的值。

在图7中，8-1为第1匹配电路，由传送线路6a和相当于叉指型电容器22的电容元件3构成，在频率f2上进行天线1的阻抗匹配；8-2为第2匹配电路，由传送线路6b和开路短截线14和短路短截线15构成，在频率f1上进行天线1的阻抗匹配。7为由第1匹配电路8-1，第2匹配电路8-2构成，在2个频带上进行阻抗匹配的阻抗匹配电路。

另外，为了后述的动作说明，在图7中示出了电路的节点A，B，C，D，E。

下面对动作进行说明。

在这里，以此天线装置的阻抗匹配电路7已设计成在图8所示的2个频率f1及f2上进行阻抗匹配的电路来说明。另外，频率f1和f2的关系设为f1小于f2，另外为简单起见，设匹配阻抗，即外部电路10侧的特性阻抗与传送线路6a，6b的特性阻抗Zo相等。

图8所示的阻抗轨迹A表示从图7的电路图所示的节点A向天线1侧观察时的轨迹。连接节点A的传送线路6a具有电长度θa，其轨迹顺时针旋转，直至在节点B上的在频率f2上阻抗的阻抗部分与特性阻抗Zo一致为止。所以，从节点B向天线1侧观察时的轨迹成为图9所示的阻抗轨迹B。

其次，节点B连接如同电容元件3，与在频率f2上在图9中的频率f2上的阻抗的电抗部分大小相等符号相反，即赋予负的电抗的电容值的元件。其结果，从节点C向天线1侧观察时的轨迹成为图10所示的阻抗轨迹C。此时，在频率f2上的阻抗与特性阻抗Zo一致，阻抗匹配已完成。如此，由图7所示的第1匹配电路8-1在频率f2上进行阻抗匹配。

其次，在连接节点C的第2匹配电路8-2上，传送线路6b使图10所示的阻抗轨迹C再向顺时针方向旋转。此时，选定了传送线路6b的频率f1上的电长度θb，使在频率f1上的电导等于1/Zo的同时，电纳为正值。此结果，从节点D向天线1侧观察时的轨迹成为图11所示的阻抗轨迹D。此时，在频率f1上的电纳值为标准化了的值jb’。并且，j为虚数单位。

图12是2个短截线的电纳值之和的频率特性示意图。因为1/4波长的谐振电路5-2是并联谐振电路，所以如图12所示，在频率f2上2个短截线的电纳值之和为零，在低于频率f2的频率上呈现负的电纳值。于是，因为f1小于f2，所以在f1上赋予负的电纳值。此时，选定了短截线长θs，θo1，θo2的长度比例，使在频率f1上呈现为-jb’值。

结果，从接点E向天线1侧观察时的轨迹成为图13所示的阻抗轨迹E，进行在频率f1上的阻抗匹配。此时，在频率f2上1/4波长谐振电路5-2因为成谐振状态所以成为开路状态，第1匹配电路8-1的阻抗匹配状态既使是连接开路短截线14，短路短截线15也被维持。如此，由图7所示的第2匹配电路8-2进行在频率f1上的阻抗匹配。

上述结果，在图7的输入端子9上的天线装置的回波损耗的频率特性如图14所示，在频率f1、f2上为谷的特性。

另外，开路短截线14，短路短截线15的电长度θo1，θo2，θs，及传送线路6b的电长度θb由从下列式(1)及式(2)导出的联合方程式中得出。

在频率f2上，

(开路短截线14的电纳)+(短路短截线15的电纳)＝0    (1)

在频率f1上，

Zo^-1·(Y1+jZo^-1tanθb)/(Zo^-1+jY1tanθb)+(开路短截线14的电纳)+(短路短截线15的电纳)＝Zo^-1                      (2)

在此，在式(2)中的Y1为从图7的节点C向天线1侧观察时的在频率f1上的导纳，即在图10中的在频率f1上的导纳。此外，因为式(2)为复质数的方程式所以分为实数部和虚数部2个方程式，因而上述联合方程式为3个式子。虽说有4个未知数，但如果加上θo1＝θo2等条件，就可以求出开路短截线14，短路短截线15的电长度θo1，θo2，θs，及传送线路6b的电长度θb。

在此实施方式中，构成了在开路短截线14的一部分上特性阻抗不同的形式，在开路短截线14内存在1处阻抗的不连续部17。在上述方法中，若决定存在不连续部17的开路短截线14的尺寸则与没有不连续部17时的开路短截线14的全长不同，还有，开路短截线14的电纳值的频率特性也不同。但是，在频率f1、f2上的电纳值相同。

图15为在开路短截线14上有与没有不连续部17时的1/4波长谐振电路5-2的电纳值的频率特性的比较示意图。如此，在开路短截线14上设置不连续部17，可以使应进行阻抗匹配的在频率f1及f2上的谐振电路的电纳值的频率特性发生变化。

从而，在输入端子9上得到的回波损耗的频率特性也随在开路短截线14上不连续部17有无而变化。图16为在开路短截线14上有与没有不连续部17时的在输入端子9上的天线装置的回波损耗的频率特性的比较示意图。如图16所示，在开路短截线14上设置不连续部17后，虽然在频率f2附近的频带上回波损耗良好的频带的宽度略微变窄，但在另一方频率f1附近的频带上回波损耗良好的频带的宽度变宽。

如此，设置特性阻抗的不连续部17，使在开路短截线14的一部分上的特性阻抗不同，从而可以调整在频率f1及f2附近的2个频带上的回波损耗的频率特性。根据应进行阻抗匹配的天线1的输入阻抗的频率特性，如图16所示，不在开路短截线14上设置不连续部17时，在频率f2附近频带比较宽，而在频率f1附近频带非常窄，成不均匀的回波损耗特性，但在开路短截线14上设置不连续部17后，可以避开这些问题，可以得到在频率f1附近和f2附近两者的频带宽度大致相等的回波损耗特性。

即，通过在开路短截线14上设置不连续部17，可以防止在一方的频带上频带变窄化，得到更加良好的回波损耗特性。还有，因为变为窄频带的频带在匹配电路上的损失会增加，所以在开路短截线14上设置不连续部17，也关系到减少在变为窄频带的频带上的匹配电路的内部损失。

此时，回波损耗的频率特性随天线1的输入阻抗的频率特性是急剧还是舒缓，外部电路10的特性阻抗与天线1的输入阻抗的电阻值的比例大小而变化。

例如，天线1的输入阻抗的频率特性急剧，天线1的输入阻抗的电阻值比外部电路10的特性阻抗要小时，如图14所示，f1、f2的各频带变窄，在f1、f2的频带之间的频带上的回波损耗的电平要大。

另一方，天线1的输入阻抗的频率特性舒缓，天线1的输入阻抗的电阻值接近外部电路10的特性阻抗时，如图17所示，f1、f2的各频带会变宽，在f1、f2的频带之间的频带上的回波损耗的电平会变小，进而可以在包括f1、f2的频带之间的频带的宽频带上高效率地进行阻抗匹配。

还有，设置特性阻抗的不连续部的位置和不连续的数量，及构成不连续的线路的特性阻抗之比，可以考虑应进行阻抗匹配的天线1的输入阻抗的频率特性来选择。即，对于开路短截线14的特性阻抗的部分变化的附加方法，显而易见不用非得和此天线装置一样。

还有，在此实施方式1中，传送线路6a、6b，开路短截线14，短路短截线15是由微带线路形成的，也可以不用微带线路，而由条状线路，同轴线路，共面线路等形成。

如上所述，此实施方式1的阻抗匹配电路，可以在不同的2个频带上或包括2个频带之间的频带的宽频带上进行阻抗匹配的同时，可以灵活地应付应进行阻抗匹配的天线1的输入阻抗的频率特性，不会发生在2个频率附近的频带的一方频带上回波损耗特性成窄频带，阻抗匹配电路内部损失增加的现象，在任一频带上都可以得到良好的回波损耗特性的效果。

还有，在此实施方式1中作为第1匹配电路8-1使用了传送线路6a和叉指型电容器22，如果改变第1匹配电路8-1的电路结构就可以得到能够灵活地应付多种类天线的阻抗匹配的效果。例如不用叉指型电容器22而用电感元件时，输入阻抗还可以应付具有高阻抗的天线。

再有，在此实施方式1中，因为用开路短截线14，短路短截线15构成了谐振电路，加之使用了叉指型电容器22，所以没有任何需要贴装作业的芯片元件，只需在电介体基板12上形成条状导体图形就可以制作，进而可以得到容易制作的同时能够低成本地制作阻抗匹配电路的效果。

此外，在此实施方式1中，因为使用了叉指型电容器22所以能够轻易地且高精度地制作任意静电电容的电容元件，与用芯片元件等时相比，有能够容易得到特性好的阻抗匹配电路的效果。

实施方式2

图18为表示本发明的实施方式2的天线装置的斜视图，图19为图18所示的天线装置的俯视图，图20为图18所示的天线装置的电路图。

在图18至图20中，14a为由微带线路形成，具有电长度θo的第1开路短截线，14b为由微带线路形成的第2短截线。此第2开路短截线14b在短截线的一部分上，使用特性阻抗不同的线路而形成，结果，在短截线内有两处特性阻抗的不连续部17a、17b，各部的电长度从开路端侧开始为θso1，θso2，θso3。此2个开路短截线14a、14b在条状导体18的同一处相对地连接着。

8-2为第2匹配电路，由传送线路6b和开路短截线14a、14b构成，在频率f1上进行天线1的阻抗匹配。其他与实施方式1的图5至图7所示的同一符号的相同。

在这里，2个开路短截线14a、14b的电长度的分配由下列条件决定，即，其电长度之和在频率f2上为π或稍大于π的值，在频率f2上2个短截线的电纳值之和为零，作为1/2波长谐振电路5-3来谐振，同时，在频率f1上2个短截线的电纳值之和呈现所定的电纳值。还有，与此同时，传送线路6b的电长度θb也被选为所需的值。

下面对动作进行说明。

在图20中，阻抗匹配电路7内部的谐振电路在实施方式1中为组合开路短截线14和短路短截线15而成的1/4波长谐振电路，对此，在此实施方式2中为组合2个开路短截线14a、14b而成的1/2波长谐振电路。

因为此2个开路短截线14a、14b在传送线路6b是在同一处并联连接的，所以可以把1/2波长谐振电路5-3也看作是并联谐振电路的1种。所以，动作原理大致与实施方式1相同，若赋予图8那样的天线1的阻抗轨迹，则在节点B至E上看天线1侧时的阻抗为类似于图9至图13所示的轨迹的轨迹。

2个开路短截线14a、14b的电长度及传送线路6b的电长度可以从下列的(3)式及(4)式中求出。

在频率f2上

(开路短截线14a的电纳)+(开路短截线14b的电纳)＝0    (3)

在频率f1上

Zo^-1·(Y1+jZo^-1tanθb)/(Zo^-1+jY1tanθb)+(开路短截线14a的电纳)+(开路短截线14b的电纳)＝Zo^-1                    (4)

在这里，(4)式中的Y1是从图20的节点C向天线1侧观察时的在频率f1上的导纳。即，Y1对应于图10的在f1上的导纳。因为(4)式是复质数方程式，所以分为实数部和虚数部2个方程式，因而上述联合方程式为3个式子。所以，若加上θso3为常数，θso1＝θso2等条件，就能够求出未知数为3个的解。

另外，在此实施方式2中，第1开路短截线14a，第2开路短截线14b是由微带线路形成的，但也可以不用微带线路，而用条状线路，同轴线路，共面线路等形成。

如上所述，此实施方式2具有与实施方式1的天线装置同样的特征并可得到同样的效果。进而，因为在此实施方式2中，短截线只使用开路短截线而不使用短路短截线，所以不需要通孔，进而可以得到制作更加容易、同时能够更加低成本制作的效果。

实施方式3

图21为表示本发明的实施方式3的天线装置的斜视图，图22为图21所示天线装置的俯视图，图23为图21所示天线装置的电路图。此天线装置组合了圆形微带天线和使之在2个频带上动作的由微带线路形成的阻抗匹配电路。

在图21至图23中，1是由圆形微带天线而成的天线，24为在频率f2上的1/4波长阻抗变成器，8-1为1/4波长阻抗变成器24而成的第1匹配电路，在频率f2上进行天线1的阻抗匹配。其他与实施方式2的图18至图20所示的同一符号的相同。

下面对动作进行说明。

图24为表示由圆形微带天线而成的天线1的输入阻抗特性的史密斯圆图，相当于从图23的节点A向天线1侧观察时的特性。通常，在这种圆形微带天线中，如图所示在微带天线的端部上连接微带线路供电时，会显示如图24的高阻抗的特性。

此时，设在频率f2上的电抗值为零，若为了进行在频率f2上的阻抗匹配而连接变成器24，则成为如图25的特性，图24的在频率f2上的输入阻抗的电阻值变成特性阻抗Zo(标准化阻抗或外部电路10的特性阻抗)。于是，在图25所示的特性中，维持着在频率f2上的阻抗匹配状态，在频率f1上进行阻抗匹配的动作也与实施方式2相同。

如上所述，此实施方式3具有与实施方式2的天线装置相同的特征，可以得到相同的效果。还有，因为在此实施方式3中考虑微带天线特性，在第1匹配电路8-1上使用了阻抗变成器24，所以可以得到电路结构变得更加简化，更能够低成本制作的效果。

实施方式4

图26为表示本发明的实施方式4的天线装置的斜视图。此天线装置用于便携电话等小型无线终端，在中空圆筒电介质上形成了由4条(N条)螺旋元件而制成的4卷线(N卷线)螺旋天线；4个(N个)阻抗匹配电路，分别连接上述4条螺旋元件，在2个频带上进行阻抗匹配；4分配电路(N分配电路)，连接上述4个阻抗匹配电路，对其赋予所定的相位差并进行微波的分配或合成。即，此天线装置用中空圆筒电介体一体地形成了天线和供电线路。

此外，上述阻抗匹配电路及4分配电路由形成于中空圆筒电介体的外侧面上的条状导体和由形成于内侧面的接地导体而成的微带线路构成。

图27为图26所示的天线装置的圆筒外侧面的展开图，图28为图26所示的天线装置的圆筒内侧面的展开图。如图28所示，形成于中空圆筒电介体内侧面的接地导体与存在阻抗匹配电路和构成4分配电路的微带线路的条状导体的区域相对应，形成于圆筒内侧面的下部。图29为阻抗匹配电路部分的条状导体图形的扩大图，图30为图26至图29所示的天线装置的电路图。

在图26至图30中，21为中空圆筒电介体，1为天线，由在中空圆筒电介体21的外侧面上形成导体图形而构成的4条螺旋元件构成，2为天线1的4个输入端子，13为形成于中空圆筒电介体21的内侧面的接地导体，18为中空圆筒电介体21及与接地导体13共同构成微带线路的条状导体。

6a为由微带线路形成，在频率f2上具有电长度θa的传送线路，22为串联于传送线路6a的叉指型电容器，此叉指型电容器22在图30的电路图中被表示为串联连接的电容器3。6b为由微带线路形成，在频率f1上具有电长度θb的传送线路，14为由微带线路形成的具有电长度θo的开路短截线，15为由微带线路形成的具有电长度θs的短路短截线。16为设在短路短截线15的前端，连接条状导体18和接地导体13的通孔。

在开路短截线14中，形成短截线的线路的特性阻抗在短截线内不固定，在短截线的中间部位的一部分使用了低阻抗线路，具有特性阻抗的2处不连续位置17a、17b。开路短截线14的各部的电长度从开路端侧起为θo1，θo2，θo3。开路短截线14与短路短截线15在条状导体18的同一处相对地连接着。

在这里，进行设定，使电长度θo1，θo2，θo3，θs之和大致为π/2或稍微大于π/2，在频率f2上2个短截线的电纳值之和为零。即，在频率f2附近的频带上作为1/4波长谐振电路5-2来动作。此外，决定了θo1，θo2，θo3，θs的分配，使开路短截线14和短路短截线15的电纳之和在频率f1上呈现所定的电纳值。与此同时，传送线路6b的电长度θb也被选为所定的值。

8-1为第1匹配电路，由传送线路6a和电容器元件3构成，在频率f2上进行天线1的阻抗匹配。8-2为第2匹配电路，由传送线路6b和由开路短截线14及短路短截线15构成的1/4波长谐振电路5-2构成，在频率f1进行天线1的阻抗匹配。7为由第1匹配电路8-1和第2匹配电路8-2构成的，在2个频率f1、f2上进行阻抗匹配的阻抗匹配电路，对应于天线1的各螺旋元件准备了4个(N个)此阻抗匹配电路7。9为阻抗匹配电路7的输入端子。

23为4分配电路(N分配电路)，由中空圆筒电介体21，接地导体13，及由条状导体18构成的微带线路构成，具有呈现各自所需的分配振幅特性及分配相位特性的4个(N个)分配端子，各分配端子分别连接于4个阻抗匹配电路7的各输入端子9上。4分配电路23的构成使4个输入端子9之间生成约各90度的相位差。

25为4分配电路23的输入端子，成为此天线装置的输入端子。10为由电源电路或RF电路而成的外部电路，连接输入端子25上。还有，在图29中，为了作后述的动作说明，表示出了电路的节点A，B，C，D，E， F。

下面对动作进行说明。

在此天线装置中使用的4卷线螺旋天线，通过4分配电路23对4条螺旋元件之间进行的分别相差90度相位差的供电来放射扁圆的电波。因为以中空圆筒电介体21的轴方向为中心放射方向性因宽频带响应而覆盖域宽广，所以4卷线螺旋天线使用于卫星携带终端等。此实施方式4的天线装置在2个频带上可以使用这样的4卷线螺旋天线。

因为4条螺旋元件相互结合一体地动作，所以可以将从4个输入端子2向天线1侧观察时的有效阻抗看成应进行阻抗匹配的负载阻抗。所以，阻抗匹配电路7是根据从各输入端子2(节点A)向天线1侧看的有效阻抗而设计的。在这里，因为从输入端子2向天线1侧观察时的有效阻抗类似于图8的史密斯圆图所示的轨迹，所以作为4个阻抗匹配电路7的动作与实施方式1的天线装置的阻抗匹配电路大致相同。

所以，从节点B至E向天线1侧观察时的阻抗轨迹为类似于图9至图11及图13的史密斯圆图所示的轨迹。此时，因为在节点E上在2个频带上已进行着阻抗匹配，所以，在从节点F向天线1侧观察时的特性上，在频率f1、f2上的阻抗匹配也被维持。结果，在节点F上的反射特性为图14所示那样。

如上所示，此实施方式4具有与实施方式1的天线装置相同的特征并可得到同样的效果。

此外，因为在此实施方式2中，不是用芯片元件而是用短截线构成了第2匹配电路8-2的并联谐振电路5-2，作为串联电容元件使用了叉指型电容器，所以没有芯片，进而可以得到制作容易的同时能够低成本制作的效果。这点，因为用中空圆筒电介体21形成天线装置，所以在实现性上非常重要。

再有，在此实施方式4中，在中空圆筒电介体21上一体地形成了进行电波发射的4条螺旋元件和可以在2个频率f1、f2上动作的4个阻抗匹配电路7和4分配电路23，可以得到能够小型地构成包括天线装置的无线终端装置的效果。

此外，在此实施方式4中，虽然天线1有4条螺旋元件，天线1的输入端子2也有4个，但因为一体地形成了4分配电路，所以与外部电路10进行连接的输入端子25只需1个，此天线装置和外部电路10的接口结构变得简单化，可以得到不仅组合容易成本低廉，而且信赖性大大提高的效果。

实施方式5

图31为表示本发明的实施方式5的天线装置的斜视图。图32为图31所示的天线装置的圆筒外侧面的展开图，图33为图31所示的天线装置的圆筒内侧面的展开图。图34为阻抗匹配电路部分的条状导体图形的扩大图，图35为图31至图34所示的天线装置的电路图。

在图31至图35中，14a为由微带线路形成，具有电长度θo的第1开路短截线，14b为由微带线路形成的第2开路短截线。

第2开路短截线14b是使用在短截线的一部分上特性阻抗不同的线路而形成的，结果，短截线内有特性阻抗的2处不连续部17a、17b，各部的电长度从开路端侧开始为θso1，θso2，及θso3。2个开路短截线14a、14b在条状导体18的同一处相对地连接着。

在这里，2个开路短截线14a、14b的电长度的分配被决定，使其电长度之和在频率f2上为π或稍微大于π的值，在频率f2上2个开路短截线14a、14b的电纳值之和为零，作为1/2波长谐振电路5-3来进行谐振，同时，在频率f1上2个开路短截线14a、14b的电纳值之和呈现所定的电纳值。与此同时，传送线路6b的电长度θb也被选定为所定的值。

8-1为第1匹配电路，由传送线路6a和电容元件3构成，在频率f2上进行天线1的阻抗匹配。8-2为第2匹配电路，由传送线路6b和开路短截线14a、14b形成的1/2波长谐振电路5-3构成，在频率f1上进行天线1的阻抗匹配。7为由第1匹配电路8-1和第2匹配电路8-2构成，在2个频率f1、f2上进行阻抗匹配的阻抗匹配电路。其他与实施方式4的图26至图30所示的同一符号的相同。

在此天线装置中使用的4卷线螺旋天线进行与在实施方式4中表示的天线装置相同的动作。

如上所述，此实施方式5具有与实施方式4的天线装置相同的特征并可以得到相同的效果。

此外，因为在此实施方式5中第2匹配电路中的谐振电路是由2个开路短截线14a、14b构成的，所以不需要通孔，进而可以得到制作比较容易，能够更加低成本地制作天线装置的效果。

产业上的可利用性

如上所述，本发明涉及的阻抗匹配电路及天线装置适合在2个频带上或包括此2个频带之间的频带的宽频带上高效率地使各种类型的单谐振型的天线动作。

Claims (13)

1.一种阻抗匹配电路，在频率f1及高于此频率f1的频率f2的频带上使天线的输入阻抗和在与上述天线之间进行信号发送接收的外部电路的特性阻抗匹配，其特征在于：包括

第1匹配电路，在上述频率f2上进行阻抗匹配；传送线路，由成为上述天线的供电线路的微带线路等形成并具有所定的电长度；第2匹配电路，与此传送线路连接、由上述微带线路等形成的第1及第2短截线构成、在上述频率f1上进行阻抗匹配，

在上述第1或第2短截线上为使特性阻抗不同而设置阻抗的不连续部，

同时为使在上述频率f2上上述第1及第2短截线的电纳值之和为零并在上述频率f1上上述第1及第2短截线的电纳值之和为所定的值而设定了上述第1及第2短截线的电长度。

2.权利要求1记载的阻抗匹配电路，其特征在于：

由微带线路等形成并具有所定的电长度的传送线路和对此传送线路串联地提供静电电容的叉指型电容器构成了第1匹配电路。

3.权利要求1记载的阻抗匹配电路，其特征在于：

由在频率f2上的1/4波长阻抗变成器构成了第1匹配电路。

4.权利要求1记载的阻抗匹配电路，其特征在于：

由基于设置阻抗的不连续部，一端开路的开路短截线的第1短截线和基于一端连接接地导体的短路短截线的第2短截线构成了第2匹配电路。

5.权利要求1记载的阻抗匹配电路，其特征在于：

由基于一端开路的开路短截线的第1短截线和基于设置阻抗的不连续部，一端开路的开路短截线的第2短截线构成了第2匹配电路。

6.一种阻抗匹配电路，在中空圆筒状电介体上形成多个，在频率f1及高于此频率f1的频率f2的频带上使多个天线的各输入阻抗和在与上述多个天线之间进行信号发送接收的外部电路的特性阻抗匹配，其特征在于：包括

第1匹配电路，在上述频率f2上进行阻抗匹配；

第2匹配电路，通过由成为上述多个天线的供电线路的微带线路形成并具有所定的电长度的传送线路和由上述微带线路形成并与上述传送线路连接的第1及第2短截线构成、在上述频率f1进行阻抗的匹配，

在上述第1或第2短截线上为使特性阻抗不同而设置阻抗的不连续部，同时，

为使在上述频率f2上上述第1及第2短截线的电纳值之和为零并在上述频率f1上上述第1及第2短截线的电纳值之和为所定的值而设定了上述第1及第2短截线的电长度。

7.权利要求6记载的阻抗匹配电路，其特征在于：

通过由微带线路形成并具有所定的电长度的传送线路和对此传送线路串联地提供静电电容的叉指型电容器构成了第1匹配电路。

8.权利要求6记载的阻抗匹配电路，其特征在于：

由基于设置阻抗的不连续部，一端开路的开路短截线的第1短截线和基于一端连接接地导体的短路短截线的第2短截线构成了第2匹配电路。

9.权利要求6记载的阻抗匹配电路，其特征在于：

由基于一端开路的开路短截线的第1短截线和基于设置阻抗的不连续部，一端开路的开路短截线的第2短截线构成了第2匹配电路。

10.一种天线装置，其特征在于：包括

多个天线，在中空圆筒状电介体上形成；

多个阻抗匹配电路，在上述中空圆筒状电介体上形成，同时与上述各天线连接，在频率f1及高于此频率f1的频率f2的频带上使上述各天线的输入阻抗和在与上述各天线之间进行信号发送接收的外部电路的特性阻抗匹配；

多个分配电路，在上述中空圆筒状电介体上形成，同时与上述各阻抗匹配电路连接，对来自上述外部电路的信号提供所定的相位差，

上述各阻抗匹配电路，包括

第1匹配电路，在上述频率f2上进行阻抗匹配；

第2匹配电路，通过由成为上述各天线的供电线路的微带线路形成并具有所定的电长度的传送线路和由上述微带线路形成并与上述传送线路连接的第1及第2短截线构成、在上述频率f1上进行阻抗匹配，

在上述第1或第2短截线上为使特性阻抗不同而设置阻抗的不连续部，同时，

为使在上述频率f2上上述第1及第2短截线的电纳值之和为零并在上述频率f1上上述第1及第2短截线的电纳值之和为所定的值而设定了上述第1及第2短截线的电长度。

11.权利要求10记载的天线装置，其特征在于：

通过由微带线路形成并具有所定的电长度的传送线路和对此传送线路串联地提供静电电容的叉指型电容器构成了第1匹配电路。

12.权利要求10记载的天线装置，其特征在于：

由基于设置阻抗的不连续部，一端开路的开路短截线的第1短截线和基于一端连接接地导体的短路短截线的第2短截线构成了第2匹配电路。

13.权利要求10记载的天线装置，其特征在于：

由基于一端开路的开路短截线的第1短截线和基于设置阻抗的不连续部，一端开路的开路短截线的第2短截线构成了第2匹配电路。

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