CN1965445A - 天线组件及使用该组件的无线单元 - Google Patents

Abstract

提供了一种天线组件，能够根据通信模式切换频带，并且能够根据通信模式而将方向性特性切换90°，使得其可被用于与不同通信模式，例如语音通信和数据通信，相对应的多频带无线单元。还提供了采用该天线组件的无线单元。该天线组件(1)包括：线形辐射器(2，3)；线形第一波导(4)；以及线形第一和第二导体(5，6)，每个都通过开关(7)而在一端连接到辐射器(2，3)，并且在另一端连接到第一波导(4)。关于与辐射器的长度方向垂直相交的平面而对称布置第一和第二导体(5，6)，并且通过切换开关(7)，在连接为环形的环形状态与分离状态之间切换辐射器(2，3)、第一波导(4)、以及第一和第二导体(5，6)。

Description

天线组件及使用该组件的无线单元

技术领域

本发明涉及可在多个频带中使用的天线设备，及使用该设备的无线电装置。

背景技术

提出了使用二极管开关的多频共享天线配置，作为可被用于多频带无线电装置以集成多个无线通信系统的多频带天线配置(例如，参考专利文献1)。

图9是在专利文献1中描述的相关技术中的多频共享天线的示意配置图。在图9中，附图标记101a到101d表示金属片，附图标记102a和102b表示二极管开关电路，附图标记103a到103d表示高频信号关闭扼流线圈，附图标记104a和b表示接地，附图标记105表示控制终端，附图标记106表示高频信号输入/输出终端，并且附图标记107表示平衡线路。

在所述配置中，操作如下：在图9中，将平衡信号输入到高频信号输入/输出终端106，并且左和右偶极天线元件由两对金属片101a到101d形成，并且在金属片之间每处都包括二极管开关电路102a和102b。

通过高频信号关闭扼流线圈103a到103d而将金属片101a到101d短路。将控制信号从通过高频信号关闭扼流线圈103a到103d连接的控制终端105输入到偶极天线的高频信号输入/输出终端106中或到其附近。

在这样的状态下，如果从控制终端105施加的电压是零，则二极管开关电路102a和102b不工作，而所激发的元件仅仅是基本金属片101a和101b，且在高频上共振。

另一方面，从控制终端105施加用于二极管开关电路102a和102b工作的偏压，由此，使得二极管开关电路102a和102b导通，并且金属片101a到101d形成元件长度，由此在低频上产生共振。

采用这样的配置，由此可改变偶极天线的元件长度，以通过执行对改变从控制终端105施加的偏压的简单控制而在多个单频上有效地产生共振。

另一方面，提出了通过开关在环形天线和偶极天线之间进行切换的配置，作为通过接通和切断开关来切换天线的方向特性的配置(例如，参考专利文献2)。

图10是在专利文献2中描述的相关技术中的天线的示意配置图。在图10中，附图标记111表示分集天线，附图标记112表示偶极天线的一边，附图标记113表示馈电点(feeding point)，附图标记114表示与所述一边112平行的相对边，附图标记115表示一个加载点，并且附图标记116和117表示开关。

采用如图10的配置，由此分集天线111可通过接通开关116和117而作为环形天线工作，并且可通过关闭开关116和117而作为线形偶极天线工作，从而可通过一个天线而适当地使用两种功能，由此可切换两种天线，以提供分集效应。

专利文献1：JP-A-2000-236209

专利文献2：JP-A-8-163015

发明内容

本发明要解决的问题

与各种无线通信系统兼容的多频带无线电装置的使用模式随着系统而变化。例如，对于语音通信，用户将无线电装置放到挨着头的侧面，以使用该无线电装置；为进行数据通信，用户进行通信，同时检查无线电装置的显示器。由此，无线电装置所要求的方向性随着通信模式而改变。

即，希望有以下配置：为将无线电装置放置到头的侧面，如在语音通信中，天线的最大辐射方向变为无线电装置的向后方向，而为将无线电装置放置到用户可检查该无线电装置的显示器的位置处，如在数据通信中，天线的最大辐射方向变为该无线电装置的顶点方向。

由此，希望的是，多频带无线电装置中的天线应该具有使得能在频带之间切换天线、以及使得能根据频带(使用模式)而将天线的最大辐射方向切换90度的配置。

另外，例如，假设使用5GHz作为数据通信的无线LAN等，与语音通信相比，需要高的天线增益，以确保高速、大容量通信，并补偿空间的传播损失。

使用如上所述的专利文献1中的配置，由此改变天线共振长度，并因而可容易地切换共振频率，同时在多频带无线电装置中抑制来自其他频带的干扰。然而，在该配置中，在改变共振频率时不改变天线的配置，由此不能实现根据频带而切换天线的方向特性。

使用如上所述的专利文献2中的配置，从而可通过切换开关而改变天线的方向特性。然而，专利文献2未提及通过开关的频率切换以使用一个天线提供分集效应。

另外，环形天线和偶极天线不允许将天线的最大辐射方向切换90度，由此该配置不适合作为用于覆盖语音通信和数据通信这两者的多频带无线电装置中的天线配置。

因此，本发明的目的在于，提供一种天线设备，可按照通信模式而将其方向特性切换90度，同时可响应于对用于覆盖不同通信模式(如语音通信和数据通信)的多频带无线电装置的应用的通信模式而切换频带，以及使用该天线设备的无线电装置。

解决问题的方案

本发明的天线设备是包括以下的天线设备：线形(1inear)辐射器；第一线形导波器；以及第一和第二线形导体，每个都通过开关而在一端连接到该辐射器，并且在相反端连接到第一导波器，其中，关于辐射器的长度方向的垂直平面而对称布置第一和第二导体，并且其中，通过切换开关，在环形连接它们的环形状态与分离它们的分离状态之间切换辐射器、第一导波器、第一导体、以及第二导体。

在相关技术的天线设备中，不可能响应于频带不同的通信模式(如语音通信和数字通信)而将天线的最大辐射方向切换90度，并且天线配置不适合成为多频带无线电装置中的天线配置。根据本发明的配置，当开关被短路时，辐射器、导波器、以及第一和第二导体形成环形天线，而当开关被断开时，辐射器和导波器形成Yagi-Uda(八木-宇田)天线。由此，在开关被短路和被断开时，可将天线的最大辐射方向切换90度，同时可切换天线的频带。

本发明的天线设备包括用于控制切换开关的控制部件。

根据该配置，可在任何想要的时间点上，在短路和断开之间切换开关，使得改善了天线的方便性。

在本发明的天线设备中，通过开关连接的辐射器、第一导波器、以及第一和第二导体形成矩形结构。

根据该配置，辐射器、第一导波器、以及第一和第二导体形成类似相同平面的矩形结构，从而获得开关被短路时的高天线增益。

本发明的天线设备包括连接到第一和第二导体的第一和第二可变电抗元件。

在本发明的天线设备中，将第一和第二可变电抗元件插入到第一和第二导体的线路上。

根据该配置，改变两个电抗元件的电抗值，由此调整天线的左右平衡，并且可控制方向特性。

在本发明的天线设备中，将第一和第二导体的一端以正确的角度连接到辐射器或第一导波器的至少一个上。

在本发明的天线设备中，通过开关连接的辐射器、第一导波器、第一和第二导体形成类似相同平面的凸型结构。

在本发明的天线设备中，通过开关连接的辐射器、第一导波器、第一和第二导体形成类似相同平面的凹型结构。

根据该配置，当开关被短路时，如果第一和第二导体位于辐射器和导波器的附近，则可使得电磁场耦合最小化。

本发明的天线设备包括在辐射器与第一导波器之间放置的第二线形导波器。

在本发明的天线设备中，与辐射器平行地放置第一导波器和第二线形导波器。

根据该配置，可通过第二导波器增强辐射器和导波器的电场耦合，从而减小在辐射器以及第一和第二导体之间产生的电场耦合的影响。

在本发明的天线设备中，使用平衡线路将功率馈送进第一和第二导波器。

根据该配置，可抑制天线上的GND的影响，并且当在其上安装天线的板最小化时，使得特性稳定化。

在本发明的天线设备中，使用不平衡线路将功率馈送进第一和第二导波器。

根据该配置，不需要使用平衡到不平衡线路转换电路等，并且当安装天线时，可减少部件的数目。

在本发明的天线设备中，根据介电基板上的导体图案而形成辐射器、第一和第二导波器、以及第一和第二导体。

根据该配置，可通过蚀刻等将天线制造成印刷电路板部件，使得可增强生产能力，同时保持稳定的特性，并且可使得天线小型化。

在本发明的天线设备中，在介电芯片的表面上和/或内部形成辐射器、第一和第二导波器、以及第一和第二导体。

根据该配置，可以通过这样的方式来放置辐射器、导波器、以及第一和第二导体，即将它们三维地折叠，由此天线的设计复杂度增加，而天线安装面积可减小。

在本发明的天线设备中，辐射器包括具有相同长度的第一和第二线形辐射器，并且控制部件包括：第一高频信号关闭线圈，其一端连接到第一辐射器，并在相反端处接地；以及第二高频关闭线圈，其一端连接到第二辐射器，并在相反端处连接到控制终端、以及一端接地的高频信号接地电容器。

根据该配置，可根据最小控制电路配置来同时控制短路和断开多个开关的操作。

在本发明的天线设备中，辐射器包括具有相同长度的第一和第二线形辐射器，并且控制部件包括：第一高频信号关闭线圈，其一端连接到第一和第二辐射器、以及第一导波器，并在相反端处接地；以及第二高频信号关闭线圈，其一端连接到第一和第二导体，并在相反端处连接到控制终端、以及一端接地的高频信号接地电容器。

根据该配置，可同时控制短路和断开多个开关的操作，并且改变施加到两个终端的控制电压，由此调整天线的左右平衡，并可以控制方向特性。

在本发明的天线设备中，辐射器包括具有相同长度的第一和第二线形辐射器，控制部件包括：第一短截线，其一端连接到第一辐射器；第一共振电路，其一端连接到第一短截线的相反端，并在相反端处接地，第一共振电路用于在第一频带上共振；第二短截线，其一端连接到第一短截线的相反端，并在相反端处接地；第三短截线，其一端连接到第二辐射器；第二共振电路，其一端连接到第三短截线的相反端，并在相反端处接地，第二共振电路用于在第一频带上共振；以及第四短截线，其一端连接到第三短截线的相反端，并在相反端处连接到控制终端、以及一端接地的高频信号接地电容器，并且，第一和第三短截线的每个的长度变为第一频带的导波长的四分之一，并且第一和第二短截线的长度之和、以及第三和第四短截线的长度之和每个都变为比第一频带低的第二频带的导波长的四分之一。

根据该配置，可控制短路或断开多个开关的操作，并且不将诸如线圈的部件直接安装在天线的组件中，从而可提供稳定的特性，而没有由于安装变化、部件的单个单元变化等所导致错误。

在本发明的天线设备中，辐射器包括具有相同长度的第一和第二线形辐射器，控制部件包括：第一短截线，其一端连接到第一和第二辐射器、以及第一导波器；第一共振电路，其一端连接到第一短截线的相反端，并在相反端处接地，第一共振电路用于在第一频带上共振；第二短截线，其一端连接到第一短截线的相反端，并在相反端处接地；第三短截线，其一端连接到第一和第二导体；第二共振电路，其一端连接到第三短截线的相反端，并在相反端处接地，第二共振电路用于在第一频带上共振；以及第四短截线，其一端连接到第三短截线的相反端，并在相反端处连接到控制终端、以及一端接地的高频信号接地电容器，并且，第一和第三短截线的每个的长度变为第一频带的导波长的四分之一，并且第一和第二短截线的长度之和、以及第三和第四短截线的长度之和每个都变为比第一频带低的第二频带的导波长的四分之一。

根据该配置，可控制短路或断开多个开关的操作，并且改变施加到两个终端的控制电压，由此调整天线的左右平衡，并可以控制方向特性。另外，不将诸如线圈的部件直接安装在天线的组件中，从而可提供稳定的特性，而没有由于安装变化、部件的单个单元变化等所导致错误。

在本发明的天线设备中，所述开关是二极管。

在本发明的天线设备中，所述开关是MEMS开关。

根据该配置，可使得开关部件小型化，由此也可使得天线小型化。

本发明的无线电装置是使用本发明的天线设备的无线电装置。

根据该配置，可响应于不同的通信模式而改变天线特性，以进行高质量的通信。

本发明的优点

根据本发明的天线设备以及使用该天线设备的无线电装置，当开关被短路时，辐射器、导波器、以及第一和第二导体形成环形天线，并且当开关被断开时，辐射器和导波器形成Yagi-Uda天线。由此，在开关被短路或断开时，可将天线的最大辐射方向切换90度，同时可切换天线的频带，并且，可响应于频带不同的通信模式(如语音通信和数据通信)而改变天线特性，以便进行高质量通信。

附图说明

图1是根据本发明的第一实施例的多频带天线的示意配置图。

图2是示出根据本发明的第一实施例的多频带天线中的控制电路的配置示例的图。

图3是根据本发明的第二实施例的多频带天线的示意配置图。

图4是根据本发明的第三实施例的多频带天线的示意配置图。

图5是根据本发明的第四实施例向其添加第二导波器的多频带天线的示意配置图。

图6是根据本发明的第五实施例的双侧对称结构的多频带天线的示意配置图。

图7是根据本发明的第六实施例的三维结构的多频带介电芯片天线的示意配置图。

图8是根据本发明的第六实施例的三维结构的多频带介电芯片天线的示意配置图。

图9是相关技术中的多频共享天线的示意配置图。

图10是相关技术中的天线的示意配置图。

图11是根据本发明的第一实施例向其添加电抗元件的多频带天线的示意配置示例。

图12是根据本发明的第一实施例向其添加电抗元件的多频带天线的另一示意配置示例。

附图标记的说明

1多频带天线

2第一辐射器

3第二辐射器

4第一导波器

5第一线形导体

6第二线形导体

7二极管开关

8平衡线路

9馈电点

10高频信号关闭线圈

11电容器

12接地

13控制终端

14第一短截线

15电容器

16线圈

17共振电路

18第二短截线

19凸型多频带天线

20第三线形导体

21第四线形导体

22凹型多频带天线

23第五线形导体

24第六线形导体

25多频带天线

26第二导波器

27双侧对称结构的多频带天线

28多频带介电芯片天线

29介电芯片

30、31控制电路

32第一可变电抗元件

33第二可变电抗元件

101a-101d金属片

102a、102d二极管开关电路

103a-103d高频信号关闭扼流线圈

104接地

105控制终端

106高频输入/输出终端

107平衡线路

111分集天线

112一边

113馈电点

114相对边

115加载点

116、117开关

具体实施方式

本发明的实质在于包括以下的天线配置：第一辐射器、第二辐射器、导波器、第一导体、第二导体、用于连接这些组件的开关、以及用于控制开关的控制电路，由此提供了其中可通过开关的接通/切断操作而在环形天线和Yagi-Uda天线之间切换天线特性、并且可同时切换频率和方向特性的天线配置。

将通过附图讨论本发明的实施例。

第一实施例

图1是根据本发明的第一实施例的多频带天线的示意配置图。在图1中，附图标记1表示多频带天线，附图标记2表示由线形导体形成的第一辐射器，附图标记3表示由线形导体形成的第二辐射器，附图标记4表示由线形导体形成的第一导波器，附图标记5表示由线形导体形成的第一导体，附图标记6表示由线形导体形成的第二导体，附图标记7a到7d表示二极管开关，附图标记8表示平衡线路，附图标记9表示馈电点，附图标记10a和10b表示高频信号关闭线圈，附图标记11表示电容器，附图标记12a和12b表示接地，并且附图标记13表示控制终端。

将天线的基本元件的第一和第二辐射器2和3相对的一端通过平衡线路8而连接到馈电点9。将第一和第二辐射器2和3的相反端通过二极管开关7a和7d而连接到第一和第二导体5和6的一端。

将第一和第二导体5和6的相反端通过二极管开关7b和7c而连接到第一导波器4。将高频信号关闭线圈10a和10b的一端连接到第一和第二辐射器2和3，作为对二极管开关7a到7d的控制。

由接地12a使连接到第一辐射器2的高频信号关闭线圈10a的相反端接地，并将用于使高频信号接地的控制终端13和电容器11连接到高频信号关闭线圈10b(其被连接到第二辐射器3)的相反端，并且由接地12b使得该相反端接地。

在所述配置中，操作如下：将从馈电点9馈送的高频信号通过平衡线路8传送到第一和第二辐射器2和3。此时，将负控制电压施加到控制终端13，由此使得二极管开关7a到7d导通，连接第一和第二辐射器2和3、第一导波器4、以及第一和第二导体5和6，以便作为环形天线而操作。

另一方面，如果不将控制电压施加到控制终端13，则使得二极管开关7a到7d关断，并且天线操作为由第一和第二辐射器2和3以及第一导波器4组成的二元(two-element)Yagi-Uda天线。在此情况下，希望的是，应该放置第一和第二导体5和6，使得尽可能不影响二元Yagi-Uda天线的操作，因为第一和第二导体5和6变为寄生元件。

如果导通二极管开关7a到7d以使得天线操作为环形天线工作，则天线的方向特性成为双向特性，从而图1中的±Z方向成为最大辐射方向；如果关断二极管开关7a到7d以使得天线操作为二元Yagi-Uda天线来工作，则天线的方向特性成为单向特性，从而图1中的+Y方向成为最大辐射方向。

在此，进行设置，使得环形天线的周向长度，即第一和第二辐射器2和3(L2和L3)、第一导波器4(L4)、以及第一和第二导体5和6(L5和L6)的长度的总和Lt近似变为低频带(F1)的一个波长(λ1)。

[表达式1]

L2+L3+L4+L5+L6＝Lt≈λ1

进行设置，使得二元Yagi-Uda天线的第一和第二辐射器2和3(L2和L3)的长度的每一个都近似变为高频带(F2)中的一个波长(λ2)的四分之一。

[表达式2]

L2＝L3≈(λ2)/4

进行设置，使得二元Yagi-Uda天线中的第一导波器4的长度(L4)变为比高频带(F2)中的一个波长(λ2)的一般稍短。

[表达式3]

L4＜(λ2)/2

另外，第一导波器4和第一、第二辐射器2、3之间在Y轴方向上的间距Ly近似变为高频带(F2)中的一个波长(λ2)的四分之一。

[表达式4]

Ly≈(λ2)/4

进行这样的设置，由此可以实现操作，使得当导通或关断二极管开关7a到7d时，天线方向特性的最大辐射方向切换90度，同时切换频率。

可使用如图1所示的高频信号关闭线圈10a和10b以及电容器11，作为用于向二极管开关7a到7d施加控制电压的控制电路30a和30b，并且可设置高频信号关闭线圈10a和10b的常数，使得与在环形天线操作时、以及在二元Yagi-Uda天线操作时的第一和第二辐射器2和3的阻抗相比，线圈部分的阻抗变得足够高，或者可采用如图2所示的配置。

图2显示了使用短截线替代图1中的高频信号关闭线圈10a和10b的、用于向二极管开关7a到7d施加控制电压的示意配置。

即，使用第一短截线14a和14b替代高频信号关闭线圈10a和10b，并在一端处将它们连接到第一和第二辐射器2和3，在相反端，通过由电容器15a和线圈16a构成的共振电路17a、或由电容器15b和线圈16b构成的共振电路17b，由接地端12c和12d使得它们接地，并且，将第二短截线18a和18b的一端通过共振电路而连接到第一短截线14a和14b的相反端。

接地端12a使得连接到第一辐射器2的第二短截线18a的相反端接地。将控制电路13连接到第二短截线18b(其连接到第二辐射器3一侧)的相反端，并且还连接了用于使高频信号接地的电容器11。

采用这样描述的控制电路31a和31b，并进行设置，使得第一短截线14a、14b的长度L14变为二元Yagi-Uda天线操作时(高频带：F2)的一个波长(λ2)的四分之一。

[表达式2]

L14≈(λ2)/4

选择电容器15a、15b以及线圈16a、16b的常数，使得共振电路17a、17b在二元Yagi-Uda天线操作时(高频带：F2)共振。

另外，进行设置，使得第一短截线14a和第二短截线18a的长度和、以及第一短截线14b和第二短截线18b的长度和(L14+L18)每个都变为在环形天线操作时(低频带：F1)的一个波长(λ1)的四分之一。

[表达式6]

L14+L18≈(λ1)/4

采用该配置，由此可以保持任何想要的天线特性，而不会受到用于在环形天线操作时和在二元Yagi-Uda天线操作时施加控制电压的控制电路31a、31b的影响。

因为不包括图1中示出的诸如高频信号关闭线圈10a和10b的安装部件，所以可以产生具有稳定特性、没有由于大量安装而引起的特性改变的天线。

另外，如果通过与第一、第二辐射器2、3的线宽相比，充分缩窄第一短截线14a、14b第二短截线18a、18b的线宽，从而使得第一和第二短截线14a、14b、18a和18b的阻抗与第一和第二辐射器的阻抗相比足够高，则另外还可减小控制电路31a和31b的影响。

如上所述，天线由第一和第二辐射器2和3、第一导波器4、第一和第二导体5和6、以及二极管开关7a到7d构成，并且根据控制电压而接通和切断二极管开关7a到7d，由此可在环形天线和二元Yagi-Uda天线之间切换天线的操作，使得可以实现将其方向特性切换90度、同时切换共振频率的多频带天线1。

另外，使用实施例中示出的多频带天线来配置无线电装置，使得可响应于不同通信模式而改变天线的特性，以改善无线电装置的性能，并且可以提供高可靠性的无线电装置。

如图11所示，可将第一可变电抗元件32和第二可变电抗元件33分别连接到第一线形导体5和第二线形导体6。例如，如果将第一可变电抗元件32的电抗值X1和第二可变电抗元件33的电抗值X2被设置为不同值，则当未将控制电压施加到控制终端13时，即，当天线被操作为Yagi-Uda天线时，可改变图11中的±X方向的平衡。从而，改变第一或第二可变电抗元件的值，由此还可在XY平面上控制方向性，并且使得三维方向性控制成为可能。此时，例如，使用短截线作为每个可变电抗元件，并且可将可变电容性元件插入到短截线的顶端和短截线的中点，由此改变电抗分量。

如果如图12所示，将第一和第二可变电抗元件32和33插入到第一和第二线形导体5和6的中点，则还可提供类似的优点。采用如图12的配置，从而，例如，当将控制电压施加到控制终端13时，即，当天线被操作为环形天线时，控制可变电抗元件32和33的电抗值，由此可以控制环形天线操作时的频率。

在本实施例中，将天线的组件描述为线形导体。然而，例如，不用说，可通过在介电基板上进行蚀刻等形成天线的组件的图案。采用这样的配置，由于介电基板的介电常数引起的波长的缩短效应，可以使得天线小型化。

在本实施例的说明中，施加负控制电压来控制二极管开关7a到7d，但不用说，该电压不需要限制于负控制电压。例如，为通过施加正控制电压而控制二极管开关7a到7d，可将二极管开关7a到7d的方向都设置为相反的方向，或可将控制电路30a和30b左右反转，可将电容器11和控制终端13连接到第一辐射器2一侧，而可直接将第二辐射器2一侧接地到接地端12b。

在本实施例的说明中，使用二极管开关7a到7d作为开关，但该开关不限于此。例如，可使用其他开关电路，如使用FET(场效晶体管)或MEMS(微电子机械系统)技术的开关。另外，可使用结合了控制电路的SPST开关。因此，可去除控制电路30a和30b，并且可使得多频带天线的特性更稳定。

在本实施例中，使用平衡线路8作为从馈电点9到辐射器2、3的馈电线路，但本发明不限于此；可使用不平衡线路，如微波传输带(microstrip)线路。因为可通过使用平衡线路8而抑制天线上GND的影响，所以，如果在小型移动终端等之上按照天线，则可不依赖安装天线的板的尺寸而使得特性稳定化，但变得有必要将平衡到不平衡线路转换电路(平衡-不平衡转换器，balun)连接到位于天线的后面的级的开关等。另一方面，为使用不平衡线路作为馈电线路，例如，将不平衡线路连接到第一辐射器2，并且将第二辐射器3接地到GND，从而可以操作该天线。在此情况下，不需要提供平衡到不平衡线路转换电路(平衡-不平衡转换器)，并且可以降低部件的数目。

第二实施例

图3是根据本发明的第二实施例的凸型多频带天线19的示意配置图。在图3中，提供第一导体20替代图1中的第一导体5，并且提供第二导体21替代图1中的第二导体6。其他组件与参考图1所述的第一实施例的组件相同。

在该配置中，操作如下：基本操作如在第一实施例中所述的那样。将第一导体20和第二导体21定形为如图3所示，用于将环形天线定形为类似凸型形状，从而第一和第二辐射器2和3相邻的第一和第二导体20和21的电流在图3中的Y方向上流动；然而，流进第一和第二辐射器2和3的电流在图3的X方向上。因此，电流流动方向相差90度。

因此，如果第一和第二导体20和21的末端在二元Yagi-Uda天线操作时位于第一和第二辐射器2和3的附近，则可使得电磁场耦合最小化，而第一、第二导体20、21不影响二元Yagi-Uda天线，并且可以保持良好的VSWR(电压驻波比)、方向特性等。

如上所述，折叠第一和第二导体20、21以形成凸型多频带天线19，从而可以配置出一种多频带天线，其方向特性可被切换90度，同时，可与不同通信模式的频带相对应地切换共振频率，并且，当接通和切断二极管开关7a到7d时，可以保持良好的天线特性。

另外，使用本实施例所示的多频带天线来配置无线电装置，使得可响应于不同通信模式而改变天线的特性，以改善无线电装置的性能，并且可以提供高可靠性的无线电装置。

在本实施例中，天线的组件被描述为线形导体。然而，例如，可通过在介电基板上进行蚀刻等形成天线组件的图案。采用这样的配置，由于介电基板的介电常数引起的波长的缩短效应，因而可以使得天线小型化。

不用说，如图3所示，可使用高频信号关闭线圈10a和10b，作为用于向二极管开关7a到7d施加控制电压的控制电路30a和30b，或者控制电路30a和30b可由如图2所示的、由第一和第二短截线14a、14b、18a、18b、电容器15a和15b、以及线圈16a和16b构成的共振电路17a和17b形成。

在本实施例的说明中，施加负控制电压以控制二极管开关7a到7d，但不用说，该电压不需要限制于负控制电压。例如，为通过施加正控制电压而控制二极管开关7a到7d，可将二极管开关7a到7d的方向都设置为相反的方向，或可将控制电路30a和30b左右反转，可将电容器11和控制终端13连接到第一辐射器2一侧，且可直接将第二辐射器2一侧接地到接地端12b。

在本实施例的说明中，使用二极管开关7a到7d作为开关，但该开关不限于此。例如，可使用其他开关电路，如使用FET或MEMS技术的开关。另外，可使用结合了控制电路的SPST开关。因此，可去除控制电路30a和30b，并且可使得多频带天线的特性更稳定BR＞B。

在本实施例中，使用平衡线路8作为从馈电点9到辐射器2、3的馈电线路，但本发明不限于此；可使用不平衡线路，如微波传输带线路。因为可通过使用平衡线路8而抑制天线上GND的影响，所以，如果在小型移动终端等之上安装天线，则可不依赖安装天线的板的尺寸而使得特性稳定化，但变得有必要将平衡到不平衡线路转换电路(平衡-不平衡转换器)连接到位于天线的后面的级的开关等。另一方面，为使用不平衡线路作为馈电线路，例如，将不平衡线路连接到第一辐射器2，并且将第二辐射器3接地到GND，从而可以操作该天线。在此情况下，不需要提供平衡到不平衡线路转换电路(平衡-不平衡转换器)，并且可以降低部件的数目。

第三实施例

图4是根据本发明的第三实施例的凹型多频带天线22的示意配置图。在图4中，提供第一导体23替代图1中的第一导体5，并且提供第二导体24替代图1中的第二导体6。其他组件与参考图1所述的第一实施例的组件相同。

在该配置中，操作如下：基本操作如在第一实施例中所述的那样。将第一导体23和第二导体24定形为如图4所示，以将环形天线定形为类似凹型形状，从而与第一和第二辐射器2和3相邻的第一和第二导体23和24的电流在图4中的Y方向上流动；然而，流进第一和第二辐射器2和3的电流在图4中的X方向上。因此，电流流动方向相差90度。

与第一导波器4相邻的第一和第二导体23和24的电流在图4中的Y方向上流动；然而，流进第一导波器4的电流在图4中的X方向上。因此，电流流动方向相差90度。

因此，如果第一和第二导体23和24的末端在二元Yagi-Uda天线操作时位于第一和第二辐射器2和3以及第一导波器4的附近，则可使得电磁场耦合最小化，而第一、第二导体23、24不影响二元Yagi-Uda天线，并且可以保持良好的VSWR、方向特性等。

如上所述，使用第一和第二导体23、24以形成凹型多频带天线22，从而可以配置一种多频带天线，其方向特性可被切换90度，同时，可与不同通信模式的频带相对应地切换共振频率，并且，当接通和切断二极管开关7a到7d时，可以保持良好的天线特性。

另外，使用本实施例所示的多频带天线来配置无线电装置，使得可响应于不同通信模式而改变天线的特性，以改善无线电装置的性能，并且可以提供高可靠性的无线电装置。

在本实施例中，天线的组件被描述为线形导体。然而，例如，可通过在介电基板上进行蚀刻等形成天线的组件的图案。采用这样的配置，由于介电基板的介电常数引起的波长的缩短效应，因而可以使得天线小型化。

不用说，如图4所示，可使用高频信号关闭线圈10a和10b，作为用于向二极管开关7a到7d施加控制电压的控制电路30a和30b，或者控制电路30a和30b可由如图2所示的、由第一和第二短截线14a、14b、18a、18b、电容器15a和15b、以及线圈16a和16b构成的共振电路17a和17b形成。

在本实施例的说明中，施加负控制电压以控制二极管开关7a到7d，但不用说，该电压不需要限制于负控制电压。例如，为通过施加正控制电压而控制二极管开关7a到7d，可将二极管开关7a到7d的方向都设置为相反的方向，或可将控制电路30a和30b左右反转，可将电容器11和控制终端13连接到第一辐射器2一侧，且可直接将第二辐射器2一侧接地到接地端12b。

在本实施例的说明中，使用二极管开关7a到7d作为开关，但该开关不限于此。例如，可使用其他开关电路，如使用FET或MEMS技术的开关。另外，可使用结合了控制电路的SPST开关。因此，可去除控制电路30a和30b，并且可使得多频带天线的特性更稳定。

在本实施例中，使用平衡线路8作为从馈电点9到辐射器2、3的馈电线路，但本发明不限于此；可使用不平衡线路，如微波传输带线路。因为可通过使用平衡线路8而抑制天线上GND的影响，所以，如果在小型移动终端等之上安装天线，则可不依赖安装天线的板的尺寸而使得特性稳定化，但变得有必要将平衡到不平衡线路转换电路(平衡-不平衡转换器)连接到位于天线的后面的级的开关等。另一方面，为使用不平衡线路作为馈电线路，例如，将不平衡线路连接到第一辐射器2，并且将第二辐射器3接地到GND，从而可以操作该天线。在此情况下，不需要提供平衡到不平衡线路转换电路(平衡-不平衡转换器)，并且可以降低部件的数目。

第四实施例

图5是根据本发明的第四实施例的多频带天线25的示意配置图。在图5中，附图标记26表示第二导波器。其他组件与参考图1所述的第一实施例的组件相同。

在该配置中，操作如下：基本操作如在第一实施例中所述的那样。如图5所示，将第二导波器26放置在其与第一和第二辐射器2和3、以及第一导波器4平行的位置上，并且其关于Y轴双侧对称，从而将第一和第二辐射器2和3、以及第一导波器4和第二导波器26耦合在以下状态中：其中，二极管开关7a到7d被关断，形成三元Yagi-Uda天线。

因此，如从第一和第二辐射器2和3看到的那样，增强了+Y方向上的电磁场耦合度，使得相对减小第一和第二辐射器2和3、以及第一和第二导体5和6的耦合效应。

当导通二极管开关7a到7d以将天线操作为环形天线时，在该环形的中央存在有第二导波器26。由环形天线操作产生的电场在环形的中央处的±Z方向上，并且与流进第二导波器26的电流的方向(±X)具有正交关系，由此，理论上不出现耦合。因而，在环形天线操作时，第二导波器26不影响天线特性，并且使得良好的环形天线操作成为可能。

如上所述，形成使用第二导波器26的多频带天线25，从而可以配置一种多频带天线，其方向特性可被切换90度，同时可与不同通信模式的频带相对应地切换共振频率，并且，当接通和切断二极管开关7a到7d时，可以保持良好的天线特性。

另外，使用本实施例所示的多频带天线来配置无线电装置，使得可响应于不同通信模式而改变天线的特性，以改善无线电装置的性能，并且可以提供高可靠性的无线电装置。

在本实施例中，天线的组件被描述为线形导体。然而，例如，可通过在介电基板上进行蚀刻等形成天线的组件的图案。采用这样的配置，由于介电基板的介电常数引起的波长的缩短效应，因而可以使得天线小型化。

不用说，如图5所示，可使用高频信号关闭线圈10a和10b，作为用于向二极管开关7a到7d施加控制电压的控制电路30a和30b，或者控制电路30a和30b可由如图2所示的、由第一和第二短截线14a、14b、18a、18b、电容器15a和15b、以及线圈16a和16b构成的共振电路17a和17b形成。

在本实施例的说明中，施加负控制电压以控制二极管开关7a到7d，但不用说，该电压不需要限制于负控制电压。例如，为通过施加正控制电压而控制二极管开关7a到7d，可将二极管开关7a到7d的方向都设置为相反的方向，或可将控制电路30a和30b左右反转，可将电容器11和控制终端13连接到第一辐射器2一侧，且可直接将第二辐射器2一侧接地到接地端12b。

在本实施例的说明中，使用二极管开关7a到7d作为开关，但该开关不限于此。例如，可使用其他开关电路，如使用FET或MEMS技术的开关。另外，可使用结合了控制电路的SPST开关。因此，可去除控制电路30a和30b，并且可使得多频带天线的特性更稳定。

在本实施例中，使用平衡线路8作为从馈电点9到辐射器2、3的馈电线路，但本发明不限于此；可使用不平衡线路，如微波传输带线路。因为可通过使用平衡线路8而抑制天线上GND的影响，所以，如果在小型移动终端等之上安装天线，则可不依赖安装天线的板的尺寸而使得特性稳定化，但变得有必要将平衡到不平衡线路转换电路(平衡-不平衡转换器)连接到位于天线的后面的级的开关等。另一方面，为使用不平衡线路作为馈电线路，例如，将不平衡线路连接到第一辐射器2，并且将第二辐射器3接地到GND，从而可以操作该天线。在此情况下，不需要提供平衡到不平衡线路转换电路(平衡-不平衡转换器)，并且可以降低部件的数目。

第五实施例

图6是根据本发明的第五实施例的双侧对称结构的多频带天线27的示意配置图。在图6中，基本组件与参考图1所述的第一实施例的组件相同；向二极管开关7a到7d提供有两个控制终端13a和13b，并且将高频信号关闭线圈10a、10e和10c分别连接到第一和第二辐射器2和3、以及第一导体，并且通过接地端12a、12e和12c而接地。

还将高频信号关闭线圈10b和10d连接到第一和第二导体5和6，连接控制终端13a和13b，并且将用于使高频信号接地的电容器11a和11b连接、并通过接地端12b和12d接地，由此形成控制电路30a到30e。

在该配置中，操作如下：基本操作如在第一实施例中所述。通过将相同电平的负电压施加到控制终端13a和13b(其连接到第一导体5和第二导体6)，可将该天线操作为环形天线。不向控制终端13a也不向控制终端13b施加电压，这样可将天线操作为如第一实施例中的二元Yagi-Uda天线。

另外，例如，在第一导体5一侧和第二导体6一侧改变被施加到控制终端13a和13b的负电压的电平，由此可以控制右边二极管开关7a和7b、以及左边的二极管开关7c和7d中的隔离特性和通路特性，并且控制在二元Yagi-Uda天线操作时的方向特性。

如上所述，天线由第一和第二辐射器2和3、第一导波器4、第一和第二导体5和6、以及二极管开关7a到7d构成，并且根据控制电压而接通和切断二极管开关7a到7d，由此可在环形天线和二元Yagi-Uda天线之间切换天线的操作，使得可以实现将其方向特性切换90度、同时切换共振频率的多频带天线。

另外，双侧对称结构的多频带天线27包括两个控制终端13a和13b，并且可分离地控制左和右二极管开关7a到7d，由此使得可以控制在二元Yagi-Uda天线操作时的方向特性。

另外，使用本实施例所示的多频带天线来配置无线电装置，使得可响应于不同通信模式而改变天线的特性，以改善无线电装置的性能，并且可以提供高可靠性的无线电装置。

在本实施例中，天线的组件被描述为线形导体。然而，例如，可通过在介电基板上进行蚀刻等形成天线的组件的图案。采用这样的配置，由于介电基板的介电常数引起的波长的缩短效应，因而可以使得天线小型化。

不用说，可使用如图6所示的高频信号关闭线圈10a到10e，作为用于向二极管开关7a到7d施加控制电压的控制电路30a到30e，或者控制电路30a到30e可由共振电路形成，如图2所示的、由第一和第二短截线14a和18a、电容器15a、以及线圈16a构成的共振电路17a。

在本实施例的说明中，施加负控制电压以控制二极管开关7a到7d，但不用说，该电压不需要限制于负控制电压。例如，为通过施加正控制电压而控制二极管开关7a到7d，可将二极管开关7a到7d的方向全部设置为相反的方向，或可向连接到第一辐射器2、第二辐射器3以及第一导波器4的高频信号关闭线圈10a、10e和10c提供有控制终端13a、13b和13c，并且可通过接地端12b和12d而使得被连接到第一导体5和第二导体6的高频信号关闭线圈10b和10d接地。

在本实施例的配置中，第一和第二导体5和6可由在第二实施例中示出的第一和第二导体20和21替代，或可由在第三实施例中示出的第一和第二导体23和24替代。另外，不用说，该天线可包括如在第四实施例中所示的第二导波器26。

在本实施例的说明中，使用二极管开关7a到7d作为开关，但该开关不限于此。例如，可使用其他开关电路，如使用FET或MEMS技术的开关。另外，可使用结合了控制电路的SPST开关。因此，可去除控制电路30a到30e，并且可使得多频带天线的特性更稳定。

在本实施例中，使用平衡线路8作为从馈电点9到辐射器2、3的馈电线路，但本发明不限于此；可使用不平衡线路，如微波传输带线路。因为可通过使用平衡线路8而抑制天线上GND的影响，所以，如果在小型移动终端等之上安装天线，则可不依赖安装天线的板的尺寸而使得特性稳定化，但变得有必要将平衡到不平衡线路转换电路(平衡-不平衡转换器)连接到位于天线的后面的级的开关等。另一方面，为使用不平衡线路作为馈电线路，例如，将不平衡线路连接到第一辐射器2，并且将第二辐射器3接地到GND，从而可以操作该天线。在此情况下，不需要提供平衡到不平衡线路转换电路(平衡-不平衡转换器)，并且可以降低部件的数目。

第六实施例

图7是根据本发明的第六实施例的多频带介电芯片天线28的示意配置图。在图7中，基本组件与参考图1在第一实施例中所示的组件相同，因此，将不再讨论二极管开关7a到7d的控制电路30a和30b(高频信号关闭线圈10a和10b、电容器11、控制终端13等)。

如图7所示，将第一和第二辐射器2和3、第一导波器4、第一和第二导体5和6、以及二极管开关7a到7d三维地放置在介电芯片29的表面上，由此与组件的二维放置相比，可减小安装面积。

因为可在正确的角度上放置第一和第二辐射器2和3、以及第一和第二导体5和6，所以还可提供使得两种耦合都最小化的效果。

如上所述，天线由第一和第二辐射器2和3、第一导波器4、第一和第二导体5和6、以及二极管开关7a到7d构成，并且根据控制电压而接通和切断二极管开关7a到7d，由此可在环形天线和二元Yagi-Uda天线之间切换天线的操作，使得可以实现将其方向特性切换90度、同时切换共振频率的多频带天线1。

另外，将构成天线的组件放置在介电芯片29的表面上，从而，当实现安装面积的小型化时，当接通和切断二极管开关7a到7d时，可以保持良好的天线特性。

另外，使用本实施例所示的多频带天线来配置无线电装置，使得可响应于不同通信模式而改变天线的特性，以改善无线电装置的性能，并且可以提供高可靠性的无线电装置。

在本实施例的说明中，在介电芯片29的表面上形成第一和第二辐射器2和3、第一导波器4、以及第一和第二导体5和6，但本发明不限于该配置，而可在介电芯片29中嵌入这些组件。

当在介电芯片29的表面上放置第一和第二导体5和6时，可以在正确角度上放置第一导波器4以及第一和第二导体5和6，如图8所示。采用这样的配置，因而可以不但抑制耦合第一和第二辐射器2和3、以及第一和第二导体5和6，还可抑制耦合第一导波器4以及第一和第二导体5和6。

不用说，可使用如图1所示的高频信号关闭线圈10a和10b，作为用于向二极管开关7a到7d施加控制电压的控制电路30a和30b，或者控制电路30a和30b可由共振电路形成，例如如图2所示的、由第一和第二短截线14a和18a、电容器15a、以及线圈16a构成的共振电路17a。

在本实施例的说明中，施加负控制电压以控制二极管开关7a到7d，但不用说，该电压不需要限制于负控制电压。例如，为通过施加正控制电压而控制二极管开关7a到7d，可将二极管开关7a到7d的方向都设置为相反的方向，或可将控制电路30a和30b左右反转，可将电容器11和控制终端13连接到第一辐射器2一侧，且可直接将第二辐射器2一侧接地到接地端12b。

二极管开关7a到7d的控制电路30a到30e可以是双侧对称结构的，并且可以如第五实施例中所述的、通过两个控制终端分离地控制左和右二极管开关7a到7d。

在本实施例的说明中，使用二极管开关7a到7d作为开关，但该开关不限于此。例如，可使用其他开关电路，如使用FET或MEMS技术的开关。另外，可使用结合了控制电路的SPST开关。因此，可去除控制电路30a和30b，并且可使得多频带天线的特性更稳定。

在本实施例中，使用平衡线路8作为从馈电点9到辐射器2、3的馈电线路，但本发明不限于此；可使用不平衡线路，如微波传输带线路。因为可通过使用平衡线路8而抑制天线上GND的影响，所以，如果在小型移动终端等之上安装天线，则可不依赖安装天线的板的尺寸而使得特性稳定化，但变得有必要将平衡到不平衡线路转换电路(平衡-不平衡转换器)连接到位于天线的后面的级的开关等。另一方面，为使用不平衡线路作为馈电线路，例如，将不平衡线路连接到第一辐射器2，并且将第二辐射器3接地到GND，从而可以操作该天线。在此情况下，不需要提供平衡到不平衡线路转换电路(平衡-不平衡转换器)，并且可以降低部件的数目。

尽管已参考特定实施例详细说明了本发明，但对本领域技术人员将显而易见的是，在不脱离本发明的精神和范围的前提下，可进行各种改变和修改。

本发明基于在2004年5月18日提交的日本专利申请(No.2004-147267)、以及在2005年2月18日提交的日本专利申请(No.2005-042572)，通过引用在此合并它们。

工业实用性

根据本发明的天线设备具有以下优点：可当二极管开关被短路或被断开时改变共振频率，而且可响应于频带而将方向特性改变90度，并且，其可用作应用于集成多个无线系统的无线电装置等的多频带天线。例如，除了无线电装置以外，该天线设备还可用作在应用于多个无线系统的PC等中所结合的多频带天线。

Claims (21)

1、一种天线设备，包括：

线形辐射器；

第一线形导波器；以及

第一和第二线形导体，每个都通过开关而在一端连接到辐射器，并且在相反端连接到第一导波器，

其中，关于辐射器的长度方向的垂直平面而对称布置第一和第二导体，以及

其中，通过切换开关，在环形状态与分离状态之间切换辐射器、第一导波器、第一导体、以及第二导体，其中在环形状态下将它们连接在环形上，在分离状态下它们是分离的。

2、如权利要求1所述的天线设备，包括用于控制切换所述开关的控制部件。

3、如权利要求1所述的天线设备，其中，通过开关连接的辐射器、第一导波器、以及第一和第二导体形成矩形结构。

4、如权利要求1所述的天线设备，包括连接到第一和第二导体的第一和第二可变电抗元件。

5、如权利要求4所述的天线设备，其中将第一和第二可变电抗元件插入到第一和第二导体的线路上。

6、如权利要求1所述的天线设备，其中将第一和第二导体的一端以正确的角度连接到辐射器或第一导波器的至少一个。

7、如权利要求6所述的天线设备，其中通过开关连接的辐射器、第一导波器、第一和第二导体形成类似相同平面的凸型结构。

8、如权利要求6所述的天线设备，其中通过开关连接的辐射器、第一导波器、第一和第二导体形成类似相同平面的凹型结构。

9、如权利要求1所述的天线设备，包括在辐射器与第一导波器之间放置的第二线形导波器。

10、如权利要求9所述的天线设备，其中与辐射器平行地放置第一导波器和第二线形导波器。

11、如权利要求1所述的天线设备，其中使用平衡线路将功率馈送进第一和第二导波器。

12、如权利要求1所述的天线设备，其中使用不平衡线路将功率馈送进第一和第二导波器。

13、如权利要求1所述的天线设备，其中根据介电基板上的导体图案而形成辐射器、第一和第二导波器、以及第一和第二导体。

14、如权利要求1所述的天线设备，其中在介电芯片的表面上和/或内部形成辐射器、第一和第二导波器、以及第一和第二导体。

15、如权利要求1所述的天线设备，

其中辐射器包括具有相同长度的第一和第二线形辐射器，以及

其中控制部件包括：

第一高频信号关闭线圈，其一端连接到第一辐射器，并在相反端接地；以及

第二高频关闭线圈，其一端连接到第二辐射器，并在相反端连接到控制终端、以及一端接地的高频信号接地电容器。

16、如权利要求1所述的天线设备，

其中辐射器包括具有相同长度的第一和第二线形辐射器，以及

其中控制部件包括：

第一高频信号关闭线圈，其一端连接到第一和第二辐射器、以及第一导波器，并在相反端接地；以及

第二高频信号关闭线圈，其一端连接到第一和第二导体，并在相反端连接到控制终端、以及一端接地的高频信号接地电容器。

17、如权利要求1所述的天线设备，

其中辐射器包括具有相同长度的第一和第二线形辐射器，

其中控制部件包括：

第一短截线，其一端连接到第一辐射器；

第一共振电路，其一端连接到第一短截线的相反端，并在相反端接地，第一共振电路用于在第一频带上共振；

第二短截线，其一端连接到第一短截线的相反端，并在相反端接地；

第三短截线，其一端连接到第二辐射器；

第二共振电路，其一端连接到第三短截线的相反端，并在相反端接地，第二共振电路用于在第一频带上共振；以及

第四短截线，其一端连接到第三短截线的相反端，并在相反端连接到控制终端、以及一端接地的高频信号接地电容器，以及

其中，第一和第三短截线的每个的长度变为第一频带的导波长的四分之一，并且第一和第二短截线的长度之和、以及第三和第四短截线的长度之和每个都变为比第一频带低的第二频带中的导波长的四分之一。

18、如权利要求1所述的天线设备，

其中辐射器包括具有相同长度的第一和第二线形辐射器，

其中控制部件包括：

第一短截线，其一端连接到第一和第二辐射器以及第一导波器；

第一共振电路，其一端连接到第一短截线的相反端，并在相反端处接地，第一共振电路用于在第一频带上共振；

第二短截线，其一端连接到第一短截线的相反端，并在相反端处接地；

第三短截线，其一端连接到第一和第二导体；

第二共振电路，其一端连接到第三短截线的相反端，并在相反端处接地，第二共振电路用于在第一频带上共振；以及

第四短截线，其一端连接到第三短截线的相反端，并在相反端处连接到控制终端以及一端接地的高频信号接地电容器，以及

其中，第一和第三短截线的每个的长度变为第一频带的导波长的四分之一，并且第一和第二短截线的长度之和、以及第三和第四短截线的长度之和每个都变为比第一频带低的第二频带中的导波长的四分之一。

19、如权利要求1所述的天线设备，其中所述开关是二极管。

20、如权利要求1所述的天线设备，其中所述开关是MEMS开关。

21、一种无线电装置，其使用如权利要求1所述的天线设备。

Images