CN221042811U - 天线装置、通信装置、匹配电路装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型提供一种天线装置、通信装置、匹配电路装置。天线装置具备：供电电路，其处理第1频带以及比第1频带高的第2频带的信号；辐射元件；以及匹配电路，其连接在供电电路与辐射元件之间，匹配电路具备：第1串联谐振电路，其串联连接在辐射元件与供电电路之间，包括第1电感器和第1电容器；以及第2电感器，其分路连接在第1串联谐振电路与基准电位之间，与第1电感器磁场耦合，第1串联谐振电路的谐振频率处于第1频带，第1电容器由两个以上的电容器构成，两个以上的电容器具有与第2电感器进行分路连接的节点相比连接在供电电路侧的至少一个电容器以及连接在辐射元件侧的至少一个电容器。
Description
技术领域
本实用新型涉及天线装置以及具备天线装置的通信装置、匹配电路装置。
背景技术
伴随便携式电话终端等无线通信设备的小型化，天线有小型化并且其阻抗变低的倾向。因此，如果用电抗元件使供电电路和阻抗比该供电电路低得多的天线匹配，则会窄带化。
另一方面，大多使一个天线对应于多个通信系统。在对应于低频段(例如2.4GHz段)和高频段(例如5.6GHz段)的通信系统的情况下，利用一个辐射元件的基本谐振模式和高阶谐振模式。但是，由于辐射元件的阻抗根据频率而不同，所以如果设置在一个频带中匹配的匹配电路则不能在另一个频率下匹配。
为了解决上述问题，如专利文献1所示，提出了在匹配电路中使用了变压器电路的阻抗变换电路。
在先技术文献
专利文献
专利文献1：日本特许第6048593号公报
实用新型内容
实用新型要解决的问题
在专利文献1所记载的阻抗变换电路中，通过设置具备与信号线串行连接的第1电感器以及与该第1电感器磁耦合且分路连接在信号线与基准电位之间的第2电感器的变压器，从而在高频段跨宽频带进行阻抗匹配的情况下，对于低频段而言，第2电感器的电纳的影响大，会从阻抗的匹配状态大幅变动。因此，不能在低频段中使用。另一方面，如果为了低频段而重新调整阻抗匹配，则由于电路的损耗，由插入阻抗变换电路引起的损失会增加。
于是，本实用新型的目的在于提供天线装置以及具备天线装置的通信装置，使得减少用于阻抗变换的变压器的、分路连接侧的电感器(第2电感器)的影响，能够确保在第1频带以及比第1频带高的第2频带的阻抗匹配。
用于解决问题的手段
(A)作为本公开的一例的天线装置具备：供电电路，其处理第1频带以及比所述第1频带高的第2频带的信号；辐射元件；以及匹配电路，其连接在所述供电电路与所述辐射元件之间。而且，特征在于，所述匹配电路具备：第1串联谐振电路，其串联连接在所述辐射元件与所述供电电路之间，包括第1电感器和第1电容器；以及第2电感器，其分路连接在所述第1串联谐振电路与基准电位之间，与所述第1电感器磁场耦合，所述第1串联谐振电路的谐振频率处于所述第1频带，所述第1电容器由两个以上的电容器构成，所述两个以上的电容器具有与所述第2电感器进行所述分路连接的节点相比连接在所述供电电路侧的至少一个电容器以及连接在所述辐射元件侧的至少一个电容器。
(B)作为本公开的一例的通信装置的特征在于，具备上述(A)所述的天线装置以及与其连接的供电电路。
(C)作为本公开的一例的匹配电路装置的特征在于，具备：第1串联谐振电路，其与处理第1频带和第2频带的信号的供电电路串联连接，包括第1电感器和第1电容器；以及第2电感器，其分路连接在所述第1串联谐振电路与基准电位之间，与所述第1电感器磁场耦合，所述第1串联谐振电路的谐振频率处于所述第1频带。
实用新型效果
根据本实用新型，能够得到天线装置以及具备天线装置的通信装置，使得减少用于阻抗变换的变压器的、分路连接侧的电感器的影响，能够确保在第1频带以及比该第1频带高的第2频带的阻抗匹配。
附图说明
图1(A)是第1实施方式涉及的匹配电路101以及通信装置301的电路图。图1(B)是示出通信装置301的结构的图。
图2是示出第1实施方式涉及的匹配电路101的从供电电路1观察匹配电路101侧时的阻抗的频率特性的史密斯圆图。
图3是示出从供电电路1观察匹配电路101侧时的S参数S21的大小的频率特性的图。
图4是示出向图1(A)、图1(B)所示的匹配电路101的各部流动的电流的频率特性的图。
图5是第2实施方式涉及的匹配电路102以及通信装置302的电路图。
图6是示出第2实施方式涉及的匹配电路102的从供电电路1观察匹配电路102侧时的阻抗的频率特性的史密斯圆图。
图7是示出向图5所示的匹配电路102的各部流动的电流的频率特性的图。
图8是第3实施方式涉及的匹配电路103以及通信装置303的电路图。
图9是第4实施方式涉及的匹配电路104以及通信装置304的电路图。
图10是第5实施方式涉及的匹配电路105以及通信装置305的电路图。
图11是作为比较例的匹配电路以及通信装置的电路图。
图12是示出作为比较例的匹配电路的从供电电路1观察匹配电路侧时的阻抗的频率特性的史密斯圆图。
图13是示出从图11所示的供电电路1观察匹配电路侧时的S参数S21的大小的频率特性的图。
具体实施方式
以下，参照图列举几个具体的例子来示出用于实施本实用新型的多个方式。在各图中对于同一部分标注同一附图标记。考虑到要点的说明或者理解的容易性，为了便于说明实施方式，分为多个实施方式而示出，但是能够进行在不同的实施方式示出的结构的部分置换或组合。在第2实施方式以后，省略针对与第1实施方式共同的事项的记述，仅针对不同点进行说明。尤其，针对由同样的结构带来的同样的作用效果，不在每个实施方式逐次提及。
《第1实施方式》
图1(A)是第1实施方式涉及的匹配电路101、天线装置201以及通信装置301的电路图。图1(B)是示出通信装置301的结构的图。
通信装置301是便携式电话终端等。在图1(B)中，表示了通信装置301的壳体内的主要部分。在壳体内设置有辐射元件2以及电路基板，在该电路基板设置有接地导体3、作为阻抗匹配电路的匹配电路101以及供电电路1。匹配电路101可以在电路基板上安装无源元件而形成，也可以作为一个电路模块而形成。而且，也可以还包括供电电路1而作为一个电路模块来形成。辐射元件2是T分支型天线。接地导体3作为辐射元件2的图案形成用导体发挥作用，或者与辐射元件2一起作为辐射元件发挥作用。
如图1(A)所示，通信装置301具备辐射元件2、对该辐射元件2供电的供电电路1、和匹配电路101。匹配电路101设置在供电电路1与辐射元件2之间。由该匹配电路101和辐射元件2构成了天线装置201。供电电路1是处理第1频带以及比该第1频带高的第2频带的信号的电路，典型地是以第1频带以及第2频带的信号进行通信的电路。
匹配电路101是针对低频段以及高频段的信号使供电电路1和辐射元件2匹配的阻抗匹配电路。这里，“低频段”是本实用新型涉及的“第1频带”的例子，“高频段”是本实用新型涉及的“第2频带”的例子。
匹配电路101具备信号线SL、第1电感器LA、第2电感器LB、第1电容器C1A、C1B、第2电容器C2以及第3电感器L2。信号线SL具有与辐射元件2连接的输出部OS、以及与供电电路1连接的输入部IS。第1电感器LA以及第1电容器C1A、C1B与信号线SL串行连接。第2电感器LB分路连接在信号线SL与基准电位(接地电位)之间。第2电感器LB与信号线SL连接的节点(分路连接的节点)处于第1电感器LA与第1电容器C1A的连接线。
第1电感器LA和第2电感器LB相互磁耦合从而构成自耦变压器。第1电感器LA以及第1电容器C1A、C1B构成第1串联谐振电路RC1。
第3电感器L2以及第2电容器C2串行连接在信号线SL的输入部IS与输出部OS之间。在该例子中，第3电感器L2以及第2电容器C2构成第2串联谐振电路RC2。
第1串联谐振电路RC1的谐振频率处于低频段的频带。此外，第2串联谐振电路RC2的谐振频率也处于低频段的频带。
图2是示出第1实施方式涉及的匹配电路101的从供电电路1观察匹配电路101侧时的阻抗的频率特性的史密斯(Smith)圆图。此外，图3是示出从供电电路1观察匹配电路101侧时的S参数S21的大小的频率特性的图。
在图3中，特性曲线A表示本实施方式涉及的匹配电路101的匹配特性，特性曲线B表示以往的仅由自耦变压器构成的匹配电路的匹配特性，特性曲线C表示不具备匹配电路的状态下的匹配特性。
图1中的各常数为C1A：6.64pF、C1B：6.64pF、C2：2.1pF、LA：1.3nH、LB：0.6nH、L2：2nH，在图2、图3中，各标志与频率的关系如下所述。
M01：2.44GHz
M02：5.15GHz
M03：6.15GHz
M04：7.15GHz
在图2、图3所示的例子中，在低频段(2.4GHz段)和高频段(5.6GHz段)分别进行匹配。而且，在低频段也跨宽频带进行匹配。
如此通过使用本实施方式涉及的匹配电路101，在低频段中，几乎不受第2电感器LB的影响，在高频段中，发挥基于由第1电感器LA和第2电感器LB构成的自耦变压器的阻抗变换的效果。
而且，可以将第1电容器分为第1电容器C1A和第1电容器C1B这两个，配置在自耦变压器的两端。通过该结构，在高频段的阻抗调整变得容易，能够更高精度地进行匹配。
图4是示出向图1(A)、图1(B)所示的匹配电路101的各部流动的电流的频率特性的图。在图4中，特性曲线A是向匹配电路101的输入部IS流动的电流的频率特性，特性曲线B是向匹配电路101的输出部OS流动的电流的频率特性，特性曲线C是向第2电感器LB的基准电位(接地)侧流动的电流的频率特性。
如图4所表示的那样，在低频段(2.4GHz)中，向第2电感器LB的基准电位(接地)侧流动的电流非常小，可知在低频段中几乎不受第2电感器LB的影响。这是因为，在低频段(2.4GHz段)中，第1串联谐振电路RC1以及第2串联谐振电路RC2分别进行串联谐振，它们的电抗大致变为0。也就是说，在图1(A)中，虽然存在C1A-LB的电流路径或者C1B-LA-LB的电流路径，但是电流几乎不向感抗大的第2电感器LB流动。因此，在低频段中几乎不受第2电感器LB的影响。
另外，在图1(A)所示的例子中，例示了在输入部IS与输出部OS之间串行连接了包括第3电感器L2以及第2电容器C2的一个第2串联谐振电路RC2的匹配电路101，但是在输入部IS与输出部OS之间也可以具备串行连接的多个第2串联谐振电路RC2。即使是那样的结构，在低频段(2.4GHz段)中，第1串联谐振电路RC1以及多个第2串联谐振电路RC2分别串联谐振，它们的电抗也大致变为0。由此，在低频段中，几乎不受第2电感器LB的影响。
《第2实施方式》
在第2实施方式中，对结构与第1实施方式所示的例子不同的天线装置以及通信装置进行例示。
图5是第2实施方式涉及的匹配电路102、天线装置202以及通信装置302的电路图。通信装置302具备辐射元件2、对该辐射元件2供电的供电电路1、以及匹配电路102。匹配电路102设置在供电电路1与辐射元件2之间。天线装置202由该匹配电路102和辐射元件2构成。
匹配电路102是针对低频段以及高频段的信号使供电电路1和辐射元件2匹配的阻抗匹配电路。
匹配电路102具备信号线SL、第1电感器LA、第2电感器LB以及第1电容器C1A、C1B。信号线SL具有与辐射元件2连接的输出部OS、以及与供电电路1连接的输入部IS。第1电感器LA以及第1电容器C1A、C1B与信号线SL串行连接。第2电感器LB分路连接在信号线SL与基准电位(接地电位)之间。
第1电感器LA和第2电感器LB相互磁耦合而构成自耦变压器。第1电感器LA以及第1电容器C1A、C1B构成第1串联谐振电路RC1。第1串联谐振电路RC1的谐振频率处于低频段的频带。
本实施方式涉及的匹配电路102与图1(A)所示的匹配电路101不同，不具备第2串联谐振电路RC2。
图6是示出第2实施方式涉及的匹配电路102的从供电电路1观察匹配电路102侧时的阻抗的频率特性的史密斯圆图。在图6中，各标志和频率的关系与第1实施方式所示的关系相同。在图6所示的例子中，在用标志M01表示的2.44GHz和用标志M02表示的5.15GHz之间存在阻抗匹配的频带。
图7是示出向图5所示的匹配电路102的各部流动的电流的频率特性的图。
图11是作为比较例的匹配电路以及通信装置的电路图。设置在供电电路1与辐射元件2之间的匹配电路具备信号线SL、第1电感器LA、第2电感器LB、第2电容器C2以及第3电感器L2。第2电感器LB分路连接在信号线SL与基准电位(接地电位)之间。该图11中所示的作为比较例的匹配电路与图1(A)所示的匹配电路101不同，不具备第1电容器C1A、C1B。
图12是示出上述作为比较例的匹配电路的从供电电路1观察匹配电路侧时的阻抗的频率特性的史密斯圆图。在图12中，各标志和频率的关系与图6所示的关系相同。
图13是示出向图11所示的匹配电路的各部流动的电流的频率特性的图。
在图6、图12中，各标志和频率的关系与第1实施方式所示的关系相同。在图7、图13中，特性曲线A是向匹配电路的输入部IS流动的电流的频率特性，特性曲线B是向匹配电路的输出部OS流动的电流的频率特性，特性曲线C是向第2电感器LB的基准电位(接地)侧流动的电流的频率特性。
与作为比较例而例示的图13相比，在图7所示的例子中，在低频段(2.4GHz)中，向第2电感器LB的基准电位(接地)侧流动的电流(特性曲线C)小。此外，与作为比较例而例示的图13相比，在图7所示的例子中，在低频段(2.4GHz)中，向输出部OS流动的电流(特性曲线B)大。也就是说，在图11所示的比较例中，在低频段中较大地受到第2电感器LB的影响，但是在图5所示的本实施方式涉及的匹配电路中，在低频段中第2电感器LB的影响小。
《第3实施方式》
在第3实施方式中，对结构与第1实施方式所示的例子不同的天线装置以及通信装置进行例示。
图8是第3实施方式涉及的匹配电路103、天线装置203以及通信装置303的电路图。通信装置303具备辐射元件2、对该辐射元件2供电的供电电路1、以及匹配电路103。匹配电路103设置在供电电路1与辐射元件2之间。由该匹配电路103和辐射元件2构成了天线装置203。
匹配电路103具备第1串联谐振电路RC1以及第2串联谐振电路RC2。第1串联谐振电路RC1的结构与图1(A)所示的第1串联谐振电路RC1相同。第2串联谐振电路RC2由第3电感器L2以及第2电容器C2的串联电路构成。该第2串联谐振电路RC2相对于图1(A)所示的第2串联谐振电路RC2，第3电感器L2和第2电容器C2的连接顺序相反。
如此，串行连接在输入部1S与输出部OS之间的第3电感器L2以及第2电容器C2的连接顺序可以是任意的。
《第4实施方式》
在第4实施方式中，对包括寄生电容以及寄生电感的天线装置以及通信装置进行例示。
图9是第4实施方式涉及的匹配电路104、天线装置204以及通信装置304的电路图。通信装置304具备辐射元件2、对该辐射元件2供电的供电电路1、以及匹配电路104。匹配电路104设置在供电电路1与辐射元件2之间。由该匹配电路104和辐射元件2构成了天线装置204。
匹配电路104具备第1串联谐振电路RC1以及第2串联谐振电路RC2。第1串联谐振电路RC1具备与信号线串行连接的第1电感器LA、与信号线串行连接的第1电容器C1A、C1B、以及与第1电感器LA磁耦合并且分路连接在信号线与基准电位之间的第2电感器LB。第1电感器LA和第2电感器LB相互磁耦合从而构成自耦变压器。第2串联谐振电路RC2包括串行连接在输入部IS与输出部OS之间的第3电感器L2以及第2电容器C2。
第1串联谐振电路RC1包括寄生电容Cp11、Cp12、Cp13以及寄生电感Lp11、Lp12。此外，第2串联谐振电路RC2包括寄生电容Cp21、Cp22、Cp23、Cp24以及寄生电感Lp21、Lp22。
寄生电容Cp11、Cp13是在第1串联谐振电路RC1的信号线与基准电位(接地)之间产生的寄生电容分量。寄生电容Cp12是在第1电感器LA产生的寄生电容分量。寄生电感Lp11、Lp12是在第1串联谐振电路RC1的信号线产生的寄生电感分量。
寄生电容Cp21、Cp22、Cp24是在第2串联谐振电路RC2的信号线与基准电位(接地)之间产生的寄生电容分量。寄生电容Cp23是在第3电感器L2产生的寄生电容分量。寄生电感Lp21、Lp22是在第2串联谐振电路RC2的信号线产生的寄生电感分量。
第1串联谐振电路RC1的谐振频率处于低频段的频带。此外，第2串联谐振电路RC2的谐振频率也处于低频段的频带。
如本实施方式所示那样，在第1串联谐振电路RC1以及第2串联谐振电路RC2的各部存在寄生分量的情况下，只要在包括这些寄生分量的状态下第1串联谐振电路RC1的谐振频率处于低频段的频带、第2串联谐振电路RC2的谐振频率也处于低频段的频带即可。
在图9所示的例子中，例示了具备第1串联谐振电路RC1以及第2串联谐振电路RC2的匹配电路，但是针对没有第2串联谐振电路RC2而仅具备第1串联谐振电路RC1的匹配电路，也同样地只要在第1串联谐振电路RC1包括寄生分量的状态下第1串联谐振电路RC1的谐振频率处于低频段的频带即可。
《第5实施方式》
在第5实施方式中，对电路结构与到此为止所示的例子不同的天线装置以及通信装置进行例示。
图10是第5实施方式涉及的匹配电路105、天线装置205以及通信装置305的电路图。通信装置305具备辐射元件2、对该辐射元件2供电的供电电路1、以及匹配电路105。匹配电路105设置在供电电路1与辐射元件2之间。由该匹配电路105和辐射元件2构成了天线装置205。
匹配电路105具备第1串联谐振电路RC1以及第2串联谐振电路RC2。第1串联谐振电路RC1和第2串联谐振电路RC2并联连接。输入部电路MC1连接在该并联连接电路的一端与供电电路1之间。此外，输出部电路MC2连接在并联连接电路的另一端与辐射元件2之间。
输入部电路MC1以及输出部电路MC2例如是阻抗匹配电路、开关。在输入部电路MC1是阻抗匹配电路的情况下，该输入部电路MC1使供电电路1和上述并联电路阻抗匹配。此外，在输出部电路MC2是阻抗匹配电路的情况下，该输出部电路MC2使辐射元件2和上述并联电路阻抗匹配。
在输入部电路MC1以及输出部电路MC2是开关的情况下，该输入部电路MC1以及输出部电路MC2通过利用开关进行的匹配电路的切换，进一步在宽频带使阻抗匹配。
在图10所示的例子中，示出了具备输入部电路MC1和输出部电路MC2双方的例子，但是也可以仅具备其中一方。
最后，本实用新型不限于上述的各实施方式。可以由本领域技术人员适当进行变形以及变更。本实用新型的范围不是由上述的实施方式示出，而是由权利要求书示出。而且，在本实用新型的范围中包括与权利要求书等同的范围内的从实施方式的变形以及变更。
附图标记说明
C1A、C1B...第1电容器
C2...第2电容器
Cp11、Cp12、Cp13...寄生电容
Cp21、Cp22、Cp23、Cp24...寄生电容
IS...输入部
LA...第1电感器
LB...第2电感器
L2...第3电感器
Lp11、Lp12...寄生电感
Lp21、Lp22...寄生电感
MC1...输入部电路
MC2...输出部电路
OS...输出部
RC1...第1串联谐振电路
RC2...第2串联谐振电路
SL...信号线
1...供电电路
2...辐射元件
3...接地导体
101～105...匹配电路
201～205...天线装置
301～305...通信装置。
Claims (8)
1.一种天线装置，其特征在于，具备：
供电电路，其处理第1频带以及比所述第1频带高的第2频带的信号；
辐射元件；以及
匹配电路，其连接在所述供电电路与所述辐射元件之间，
所述匹配电路具备：
第1串联谐振电路，其串联连接在所述辐射元件与所述供电电路之间，包括第1电感器和第1电容器；以及
第2电感器，其分路连接在所述第1串联谐振电路与基准电位之间，与所述第1电感器磁场耦合，
所述第1串联谐振电路的谐振频率处于所述第1频带，
所述第1电容器由两个以上的电容器构成，
所述两个以上的电容器具有与所述第2电感器进行所述分路连接的节点相比连接在所述供电电路侧的至少一个电容器以及连接在所述辐射元件侧的至少一个电容器。
2.根据权利要求1所述的天线装置，其特征在于，
所述天线装置具备第2串联谐振电路，所述第2串联谐振电路串联连接在所述辐射元件与所述供电电路之间，与所述第1串联谐振电路并联连接，包括第3电感器和第2电容器，
所述第2串联谐振电路的谐振频率处于所述第1频带。
3.根据权利要求2所述的天线装置，其特征在于，
所述第2串联谐振电路存在多个。
4.一种通信装置，具备天线装置以及与该天线装置连接的供电电路，其特征在于，
所述天线装置是权利要求1至3中任一项所述的天线装置。
5.一种匹配电路装置，其特征在于，具备：
第1串联谐振电路，其串联连接在辐射元件与处理第1频带和第2频带的信号的供电电路之间，包括第1电感器和第1电容器；以及
第2电感器，其分路连接在所述第1串联谐振电路与基准电位之间，与所述第1电感器磁场耦合，
所述第1串联谐振电路的谐振频率处于所述第1频带。
6.根据权利要求5所述的匹配电路装置，其特征在于，
所述第1电容器由两个以上的电容器构成，
所述两个以上的电容器具有与所述第2电感器进行所述分路连接的节点相比连接在所述供电电路侧的至少一个电容器以及连接在所述辐射元件侧的至少一个电容器。
7.根据权利要求5或6所述的匹配电路装置，其特征在于，
所述匹配电路装置还具备第2串联谐振电路，所述第2串联谐振电路包括第3电感器以及与所述第3电感器串联连接的第2电容器，
所述第2串联谐振电路的谐振频率处于所述第1频带。
8.根据权利要求5或6所述的匹配电路装置，其特征在于，
所述匹配电路装置由一个电路模块形成。
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| GR01 | Patent grant |