CN1574456A - 多频天线 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种多频天线，涉及用于无线LAN的发送接收GHz频带的电波的多频天线，与现有例子相比，非常小型、轻量、低成本、宽频带，主要技术特征是对于1/2波长天线组件和1/4波长天线组件，对于排列、供电和无供电组件的附加，设计专门的结构。用于发送接收GHz频带的多种的波长的电波。

Description

多频天线
技术领域
本发明涉及一种用于发送接收GHz频带的电波的小型、轻量、高增益而且同步频率频，带域宽的改进的天线，例如适合安装到个人计算机上构成无线LAN。
现有技术
作为涉及无线LAN(local area network局域网)的子局或者便携式电子设备所使用的小型轻量的天线的技术，已知日本专利公开公报2001-345619号所记载的“无指向性天线系统和笔记本电脑”。
图1是将为了安装到个人计算机上而设计的3种公知的天线在一个图中来描述的图。(实际上，设置3种中的1中天线)。
带有符号17所表示的是折叠形的天线。使得沿着箭头a那样打开来使用，沿着箭头b那样能够收纳。
带有符号18所表示的是带有天线的PC卡，沿着箭头C那样插入个人计算机14的主体中。如实线所描述的那样，该PC卡在插入状态下端部少量突出，在该突出部设置天线。
符号19所表示的是拉杆天线，能够套筒式地伸缩。
图1所例示的3种天线各有优缺点，哪一个都不是完美的。
折叠的天线17，在开始使用到结束使用时，必须利用指尖起出放倒比较麻烦。
带有天线的PC卡18和拉杆天线19，在使用状态中天线组件从个人计算机14的主体伸出，如果不注意有拉掉的可能。
此外，折叠的天线17或者带有天线的PC卡18受到个人计算机14主体的影响，图中的270度方向的天线增益与90度方向的增益相比具有劣化这样的不匹配。
而且，上述3种天线的任何一种都在外表上损害了外观的价值，降低了商品价值。
此外，这些公知的天线仅在特定的频率频带中同步，不具有多频率性(双频性)。为此，例如在多样(diversity)方式进行发送接收时必须设置2组天线。
发明内容
本发明是鉴于上述问题作出的，其目的在于提供一种非常小型、轻量、特别超薄型的多频天线，在使用开始、结束时，不必进行伸缩、起伏等的手动操作，具有高的天线增益，适于工业的大量生产，制造成本低，不从安装对象的设备上伸出，不损坏其外观的价值，是一种新颖的天线技术。
如果开发这样的天线装置，例如象图1中的假想线(点划线)所示的天线5那样，能够容纳设置在个人计算机14的液晶显示器的背侧或者塑料框中。
附图说明
图1是安装现有例子的小型天线的个人计算机14的外观斜视图，用假想线(点划线)来表示本发明的天线安装位置。
图2是表示相当于本发明第一方面的实施例涉及的2频率天线的示意性正面图。
图3是表示相当于本发明第二方面的实施例涉及的2频率天线的示意性正面图。
图4是对比世界上主要国家中的LAN所使用的频率频带进行描述的各种天线的增益的图表。
图5是为了说明所述图3所示的实施例的天线特性的对应各国使用的频率频带来描述的图，图5(A)是表示反射波损耗特性图表，图5(B)是表示VSWR(驻波比)图表。
图6是描述相当于本发明第三方面的实施例涉及的多频天线的示意性正面图。
图7是描述相当于本发明第四方面和本发明第九方面的实施例涉及的多频天线的示意性正面图。
图8是描述相当于本发明第五方面的实施例涉及的2频率天线的示意性正面图。
图9是描述相当于本发明第七方面的实施例涉及的多频天线的示意性正面图。
图10是描述相当于本发明第八方面的实施例涉及的多频天线的示意性正面图。
图11是描述相当于本发明第十方面的实施例的天线的示意性截面图。
符号说明：1第一天线组件；2第二天线组件；3第n天线组件；4短路线；6供电线；7同轴电缆；7a中心导体；7b外部导体；8接地板；9薄膜封装；9a薄膜；9b薄膜；9c焊接；10铜箔或者柔性基板；11第二无供电组件；13第一无供电组件；14个人计算机；20第三无供电组件；21第一天线组件；22第二天线组件；23第三天线组件；24第一无供电组件；25第二无供电组件；26第三无供电组件。
具体实施方式
下面，参照附图来说明本发明的实施方式。
(参照图2)图中带有斑点的部分是导电性薄板(在图3和图6～图10中相同)。
图2是与本发明第一方面对应的实施方式。
在该图2的例子中，切割铜薄板来制造“图中带有斑点所表示的部件”。但在工业上大量生产的情况下，最好由基板的导通图案来形成。根据这样的构成，可低成本地得到高精度的品质均一的大量产品。
该实施例适用于本发明，构成能够发送接收2种波长λa和λb的天线，对应于本发明第一方面和本发明第九方面。
设定直角坐标系X-Y。
一端位于Y轴附近，将电气长度λa/4的第一天线组件21配置为与X轴平行。
同样的，使一端位于Y轴附近，将电气长度λb/4的第二天线组件22配置为与X轴平行。
通过Y轴方向的短路线4连接导通第一天线组件21的一端附近和第二天线组件22的一端附近和接地板8。
如果注意第一天线组件21，没有与接地板8连接导通侧的一端，其阻抗无限大(用符号∞表示)。
然后，与接地板8连接导通侧的一端附近，阻抗为零(用符号0表示)。
如果更详细地考察，在上述∞点和0点之间(接近0的点)，存在阻抗50Ω的点(用符号50表示)。
在第二天线组件22上也存在阻抗50Ω的点。通过供电线6连接上述双方的天线组件的各个阻抗50Ω的点。然后，将同轴电缆7的中心导体7a与该供电线6连接导通。
该同轴电缆7的外部导体7b与接地板8连接导通。
对于GHz频带的电波，波长的1/4相当于几个厘米，所以该图2中所示的实施例的大小为稍微大型的邮票左右，与现有技术的天线相比非常小。
而且由于是由薄板构成的，所以轻量，制造成本也低。
图3是所述图2的实施例的改进的例子，与本发明第二方面对应。
该图3与图2相比不同之处如下所述。
在电气长度λb/4的第二天线组件22的前端(阻抗∞的点)，配置对向离开的电气长度λb/4的第二无供电组件25。该第二无供电组件25的另一端与接地板8连接导通。
在第二天线组件22和第二无供电组件25之间形成静电电容Cc。
对于本发明这样的GHz频带的高频率，上述双方组件之间耦合状态并不是纯粹的静电电容耦合，必须理解为也包含感应耦合的电磁场耦合。
若设置上述说明的第二无供电组件25，就通过第二天线组件22和第二无供电组件25的电磁场耦合来产生二重共振现象，扩大了对于波长λb的电波的同步频率的频带宽度。
图4是所述实施例和现有例子进行对比描述的天线特性图，横轴为频率(GHz)，纵轴为“垂直偏振波的水平面内最大增益”。而且，将个人计算机的无线LAN所使用的频率频带区分为日本和欧美来说明。
实线所描述的曲线i是适合于日本规格而构成的现有例子的天线的特性曲线。覆盖了日本规格的频率频带，但没有覆盖欧美规格的频率频带。
虚线所描述的曲线k是适合于欧美规格而构成的现有例子的天线的特性曲线。覆盖了欧美规格的频率频带，但没有覆盖日本规格的频率频带。
点划线所描述的曲线j是图2的实施例的特性。表示本发明第一方面和本发明第九方面的效果的高增益。
双点划线所描述的曲线m是图3的实施例的特性。发挥了本发明第二方面的效果的宽频带特性，完全覆盖了(clear)日本规格的频率频带和欧美规格的频率频带。
图5也是表示所述实施例和现有例子来对比描述的天线特性图，横轴为频率(GHz)，纵轴为“垂直偏振波的水平面内最大增益”。图5(A)表示反射波损耗特性，图5(B)表示VSWR(供电线上的驻波比)。
而且，横轴刻度(A)(B)两图相同，将个人计算机的无线LAN所使用的频率频带区分为日本和欧美来描述。
曲线i表示适合于日本规格所形成的现有例子的天线，曲线j表示图3的实施例。
看SWR3时，可理解，曲线i(现有例子)的带宽比是约6.9％，与此相比，曲线m(图3的实施例)是约22％，通过附加无供电组件，极大地扩大了同步频率频带。
此外，图6表示了不同的实施例，对应于本发明第三方面。
与所述图2的实施例构成为接收发送2种波长电波相比，该图6构成为发送接收3种波长的电波。与图2中相同，设置电气长度λa/4的第一天线组件21，及电气长度λb/4的第二天线组件22，此外设置电气长度λn/4的第三天线组件23。
由此，能够构成发送接收3种波长电波的1/4波长天线，另外，能够构成发送接收4种、5种等，N种波长的电波的1/4波长天线。而且，N是6以上的整数。
图7是所述图6的实施例的改进的例子，与本发明第四方面和本发明第九方面对应。但，因是示意性描述，则不是真实的投影图。
将图6的实施例作为母体，设置与电气长度λa/4的第一天线组件21对向离间的电气长度λa/4的第一无供电组件24，设置与电气长度λb/4的第二天线组件22对向离间的电气长度λb/4的第二无供电组件25，设置与电气长度λn/4的第三天线组件23对向离间的电气长度λn/4的第三无供电组件26，成为该图7的实施例。
由此构成，就得到与图6的实施例相比其同步频率频带宽的多频天线。
(参照图7)在天线组件和无供电组件对向的位置形成电磁场耦合，由该耦合程度改变天线特性。
如果严密地耦合，该同步特性表示双峰性，如果耦合的程度稀疏，就表示单峰性。在天线装置的试开发阶段，改变所述电磁场耦合的疏密程度来实现期望的特性。
为了耦合稀疏，可以将对向的组件离开，但为了耦合严密，多数情况下单单变窄间隔尺寸。在该图7中，表示了将电磁场耦合变严密的3种办法，这些“为了严密耦合的构成”对应于本发明第九方面。
(1)该图中带有斑点所表示的构成部分由双面基板的单面导通图案形成，在第一天线组件21和第一无供电组件24对向的位置附近，在该两面基板的另一面，形成背侧的导通图案27。
通过这样，第一天线组件21和第一无供电组件24通过两面基板的背侧导通图案27严密地电磁场耦合。
(2)第二天线组件22和第二无供电组件25的对向部分，不形成与Y轴平行的边，而形成与Y轴斜交的边(双方的组件对向的边彼此平行，而且，也不平行于X轴，也不成直角。通过这样，对向部分的边长尺寸变大，电磁场耦合严密)。
(3)第三天线组件23和第三无供电组件26的对向位置通过通过台阶状的间隙对向。通过这样，双方的组件对向的边长延长，严密地电磁场耦合。
无论采用上述1，2，3哪种方式，最好在设计时根据“求出的天线性能和给予的设计条件”来决定。
图8是所述图2的实施例的改进的例子，与本发明第五方面相对应。
该实施例是为了发送接收波长λa的电波和波长λb的电波而构成的，如果看对象波长，与图2的实施例相同。
如果整体且概要地考察，关于Y-Y轴对称地(2个中的1个翻转)配置图2的2个双频天线，由此得到图8的实施例。
如果详细地看，与图2的第一天线组件21的电气长度λa/4相比，图8的第一天线组件1的电气长度λa/2，恰好是2倍。
与图2的第二天线组件22的电气长度λb/4相比，图8的第二天线组件2的电气长度λb/2，恰好是2倍。
象前述那样的图8是概要的对称2个图2的形状，供电线6为1个就足够了，连接1个同轴电缆7。
将图8的实施例(本发明第五方面)与图2的实施例(本发明第一方面)相比较，大小约为2倍，天线增益也为约2倍。
图9是图8的实施例的改进型，与本发明第七方面对应。
对照两个图能够容易地理解，相对图8所示的实施例，通过附加电气长度λn/2的第n天线组件3，能够发送接收3种波长电波。
同样地，能够构成可发送接收4种、5种乃至N种波长电波的多频天线(N为6以上的整数)。
图10是对所述图9的实施例附加无供电组件的改进的例子，与本发明第八方面对应。另外，能够看到，该图10的实施例为关于Y轴对称配置先前说明的图7的实施例。
在电气长度λa/2的第一天线组件1的两端分别设置对向的电气长度λa/2的第一无供电组件13，在电气长度λb/2的第二天线组件2的两端设置分别对向的电气长度λb/2的第二无供电组件11，此外，在电气长度λn/2的第n天线组件3处设置对向的电气长度λn的第三无供电组件20。
这样通过设置无供电组件，能够扩大分别相对3种波长电波的同步频率频带。另外，应用该技术的思想，也能够构成发送接收4种、5种～N种(N是6以上的整数)波长的电波的天线。
图11是表示将本发明的多频天线安装到个人计算机等电子设备上的具体构造的截面图，对应于本发明第十方面。
带有符号10所表示的是先前说明的图2和图3以及图7到图10中用斑点所表示的导电性的构成部件，由铜箔或者柔性基板形成。
将上述铜箔或者柔性基板10夹在薄膜9a和薄膜9b之间，焊接、密封该薄膜的周边(9c)，形成薄膜封装(9)。
同轴电缆7的中心导体7a和外部导体7b分别气密地贯通薄膜9b，软钎焊(12a，12b)到所述铜箔或者柔性基板10上。该同轴电缆7的另一端安装同轴连接器7c。
根据这样的构成(图11)，天线装置整体是超薄型的柔性的，所以，可以例如象图1的符号5所示那样，适于容纳在个人计算机14的液晶显示器的背侧或者塑料框架中。
作为这种情况下特性的一个效果，接地板8通过薄膜9a或者薄膜9b与“电子设备的构成部件(例如液晶显示器的背侧挡板)”接近对向，所以不另外需要电气布线，可高频连接。这样，如与液晶显示器背侧的挡板连接，该挡板具有作为接地板的功能，所以作为本发明装置的构成部件的接地板8与图示相比能够缩小其形状尺寸。
根据本发明第一方面的发明装置，得到与现有技术相比小型轻量而且制造成本低廉的GHz频带所用的2频率天线。
根据本发明第二方面的发明装置，得到与现有技术相比小型轻量而且制造成本低廉、同步频率频带宽、能够发送接收任意种类的电波的、GHz频带所用的2频率天线。
根据本发明第三方面的发明装置，得到与现有技术相比小型轻量而且制造成本低廉的GHz频带所用的多频天线。
根据本发明第四方面的发明装置，得到与现有技术相比小型轻量而且制造成本低廉、同步频率频带宽、能够发送接收任意种类的电波的、GHz频带所用的多频天线。
根据本发明第五方面的发明装置，得到与现有技术相比小型轻量而且制造成本低廉、增益高的、GHz频带所用的2频率天线。
根据本发明第六方面的发明装置，得到与现有技术相比小型轻量而且制造成本低廉、增益高的、同步频率频带宽、GHz频带所用的2频率天线。
根据本发明第七方面的发明装置，得到与现有技术相比小型轻量而且制造成本低廉、增益高的、能够发送接收任意种类的电波的、GHz频带所用的多频天线。
根据本发明第八方面的发明装置，得到与现有技术相比小型轻量而且制造成本低廉、增益高的、能够发送接收任意种类的电波的、同步频率频带宽的GHz频带所用的天线。
根据本发明第九方面的发明装置，得到与现有技术相比小型轻量而且制造成本低廉的GHz频带用的天线。
根据本发明第十方面的发明装置，得到与现有技术相比小型轻量而且制造成本低廉的GHz频带用的天线。

Claims (10)

1.一种多频天线，发送接收波长λa和波长λb的两种电波，其特征在于，
设定直角坐标系X-Y，
将电气长度λa/4的第一天线组件(21)配置为与X轴平行，而且一端位于Y轴附近，同时，
将电气长度λb/4的第二天线组件(22)配置为与X轴平行，而且一端位于Y轴附近，
上述2个天线组件(21，22)分别通过沿着Y轴设置的短路线(4)与接地板8连接导通，
此外，对于上述2个天线组件(21，22)的每个，阻抗50Ω的点设为供电点，通过供电线(6)与同轴电缆(7)连接导通。
2.根据权利要求1所述的多频天线，其特征在于，
相对于所述2个天线组件(21，22)中的至少任何一个天线组件，对向离间地配置无供电组件，该无供电组件，一端接地、具有与天线组件的电气长度相等的电气长度，
该天线组件和无供电组件电磁场耦合。
3.根据权利要求1所述的多频天线，其特征在于，
除了所述2个天线组件(21，22)之外，电气长度为λa、λb之外的λn的第三天线组件(23)，与X轴平行配置，同时，其一端与所述短路线(4)连接导通，
而且，该第三天线组件(23)的阻抗50Ω的点，通过所述供电线(6)与同轴电缆(7)连接导通。
4.根据权利要求1所述的多频天线，其特征在于，
除了所述2个天线组件(21，22)之外，电气长度为λa、λb以外的λn的第三天线组件(23)，与X轴平行配置，同时，其一端与所述短路线(4)连接导通，同时，
上述第三天线组件(23)的阻抗50Ω的点，通过所述供电线(6)与同轴电缆(7)连接导通，
而且，配置与上述第三天线组件(23)对向离开的，其一端接地、电气长度λn的第三无供电组件(26)，双方组件(23)、(26)电磁场耦合。
5.一种多频天线，发送接收波长λa和波长λb的两种电波，其特征在于，
设定直角坐标系X-Y，
将电气长度λa/2的第一天线组件(1)配置为与X轴平行，而且其中央部位于Y轴附近，同时，
将电气长度λb/2的第二天线组件(2)配置为与X轴平行，而且其中央部位于Y轴附近，
通过沿着Y轴设置的短路线(4)，所述2个天线组件(1，2)与接地板(8)连接导通，
此外，分别对于所述2个天线组件，阻抗50Ω的点设为供电点，通过供电线(6)与同轴电缆(7)连接导通。
6.根据权利要求5所述的多频天线，其特征在于，
配置与所述电气长度λa/2的第一天线组件(1)对向离开的，其一端接地的电气长度λa/2的第一无供电组件(13)，
和/或，
配置与所述电气长度λb/2的第一天线组件(2)对向离开的，其一端接地的电气长度λb/2的第二无供电组件(11)。
7.根据权利要求5所述的多频天线，其特征在于，
所述第一无供电组件(13)和第三无供电组件(26)之外的电气长度λn/2的第n天线组件(3)，配置为与X轴平行，而且其中央部位于Y轴附近，同时，
该第n天线组件(3)的阻抗50Ω的点，通过供电线(6)与同轴电缆连接。
8.根据权利要求5所述的多频天线，其特征在于，
所述第一无供电组件(13)和第三无供电组件(26)之外的电气长度λn/2的第n天线组件(3)，配置为与X轴平行，而且其中央部位于Y轴附近，同时，
该第n天线组件(3)的阻抗50Ω的点，通过供电线(6)与同轴电缆连接，
而且，配置与上述第n天线组件(3)对向离开的，其一端接地的电气长度λn的第三无供电组件(20)，双方的组件(3、20)电磁场耦合。
9.根据权利要求2、4、6或者8所述的多频天线，其特征在于，
所述电气长度1/2波长或者1/4波长的天线组件，与具有与该天线组件的电气长度相等的电气长度的无供电组件对向离开，电磁场耦合，
a.天线组件和无供电组件的对向的边相互平行，而且相对X轴和Y轴倾斜，
b.或者，在天线组件和无供电组件的对向的位置形成台阶状的间隙，
c.或者，在双面基板的一面上形成天线组件和无供电组件，同时，在该两面基板的另一面上形成背侧导通图案(27)，上述双方组件通过该背侧导通图案(27)电磁场耦合。
10.根据权利要求1乃至权利要求8中的任何一个所述的多频天线，其特征在于，
所述天线组件、短路线、供电线和接地板由导电性柔性薄板或者箔构成，或者通过柔性基板的导通图案来构成，
而且，这些构成部分被电绝缘性的柔软的薄膜(9a，9b)夹紧，
同轴电缆(7)的中心导体(7a)气密地贯通上述薄膜，与供电线(6)连接，同时，该同轴电缆(7)的外部导体(7b)气密地贯通上述薄膜，与接地板(8)连接。
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