TWI624991B - Antenna device - Google Patents

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TWI624991B
TWI624991B TW105134312A TW105134312A TWI624991B TW I624991 B TWI624991 B TW I624991B TW 105134312 A TW105134312 A TW 105134312A TW 105134312 A TW105134312 A TW 105134312A TW I624991 B TWI624991 B TW I624991B
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Takashi Yamagajo
Yohei Koga
Manabu Kai
Tabito Tonooka
Minoru Sakurai
Mitsuharu Hoshino
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Fujitsu Ltd
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Abstract

提供可對應3個以上之頻帶之天線裝置。 天線裝置包含:具有端邊之地板;匹配電路;T字型之天線單元,具有從供電點延伸至第1端部及第2端部之第1單元及第2單元;從端邊之對應點至第1端部為止之第1長度是比從對應點至第2端部為止之第2長度還長,第1長度是低於第1頻率之第1波長之1/4,第2長度是比第2頻率之第2波長之1/4還短、比第3頻率之第3波長之1/4還長,第1單元具有比第1頻率還高之共振頻率,第2單元具有第2頻率與第3頻率之間之共振頻率,將從對應點至第1彎折部為止之長度除以第1波長所獲得之第1值是將從對應點至第2彎折部為止之長度除以第2波長所獲得之第2值以下,匹配電路之阻抗之虛數成分在第1頻率與第2頻率是正值、在第3頻率是負值。

Description

天線裝置
本發明是涉及天線裝置。
根據習知,有的天線裝置是具有:介電體或磁性體之基體;供電元件,包含供電端子部及與該供電端子部電耦合之供電輻射電極;複數之無供電元件,包含接地端子部及與該接地端子部電耦合之無供電輻射電極。在前述基體之表面,與前述供電輻射電極一起,沿著前述供電輻射電極而近接配置前述無供電輻射電極。
另外,前述供電輻射電極是共用前述供電端子部而複數分岔之分歧輻射電極。另外,在供電端子部與訊號源之間設有阻抗匹配電路(舉例來說,參考專利文獻1)。 先行技術文獻
專利文獻 專利文獻1:日本特開2002-330025號公報
發明概要 發明欲解決之課題 習知之天線裝置之供電輻射電極是具有2個可通訊之頻帶,第3個以上之頻帶是以無供電輻射電極來對應。
然而,舉例來說,在如智慧型手機終端機或平板電腦之攜帶型電子機器,由於小型化等之要求,用來配置天線裝置之空間是非常有限。
因此,習知之天線裝置在設置空間有限的情況下,有可能無法實現3個以上之頻帶。
於是,目的是提供可在有限之設置空間而對應3個以上之頻帶之天線裝置。 用以解決課題之手段
本發明之實施形態之天線裝置是包含:具有端邊之接地平面;匹配電路,與交流電源連接;T字型之天線單元,具有第1單元與第2單元,前述第1單元是從與前述匹配電路連接之供電點朝離開前述端邊之方向伸延、在第1彎折部彎折、而延伸至第1端部,前述第2單元是從前述供電點與前述第1單元一起朝離開前述端邊之方向伸延、朝與前述第1單元相反之方向彎折、而延伸至第2端部;前述第1單元之從與前述端邊對應之對應點至前述第1端部為止之第1長度是比前述第2單元之從前述對應點至前述第2端部為止之第2長度還長;前述第1長度是低於第1頻率之第1波長之電長度之四分之一波長;前述第2長度是比第2頻率之第2波長之電長度之四分之一波長還短、比第3頻率之第3波長之電長度的四分之一波長還長,前述第2頻率是高於前述第1頻率,前述第3頻率是高於前述第2頻率;前述第1單元具有比前述第1頻率還高、比前述第2頻率還低之共振頻率;前述第2單元具有比前述第2頻率還高、比前述第3頻率還低之共振頻率;將從前述對應點至前述第1彎折部為止之長度除以前述第1波長之電長度所獲得之第1值是將從前述對應點至前述第2彎折部為止之長度除以前述第2波長之電長度所獲得之第2值以下;前述匹配電路之阻抗之虛數成分在前述第1頻率及前述第2頻率是正值、在前述第3頻率是負值 發明效果
可提供可在有限之設置空間而對應3個以上之頻帶之天線裝置。
用以實施發明之形態 以下,說明將本發明之天線裝置予以適用之實施形態。
<實施形態1> 圖1是顯示實施形態1之天線裝置100的圖。圖2是顯示圖1之A-A箭頭視點截面的圖。在圖1及圖2定義如圖示般之XYZ座標系。
天線裝置100是包含接地平面50、天線單元110、匹配電路150。以下是將XY平面視點稱作平面視點。另外,為了方便說明,舉例來說,將Z軸正方向側之面稱作表面,將Z軸負方向側之面稱作背面。
天線裝置100是收納在具有通訊機能之電子機器之框體之內部。此情況下,亦可以令天線單元110之一部分顯露在電子機器之外表面。
接地平面50是保持在接地電位之金屬層,是具有頂點51、52、53、54之矩形狀之金屬層。接地平面50是可以被當作接地板或地板來使用。
接地平面50舉例來說是FR-4(Flame Retardant type 4)規格之配置在配線基板10之表面、背面、或內層之金屬層。在此之一例是令接地平面50設在配線基板10之背面。
在具有接地平面50之配線基板10的表面,舉例來說是安裝有包含天線裝置100之電子機器之無線模組60,接地平面50是當作接地電位層來使用。無線模組60除了高頻電源61之外,還包含有放大器、濾波器、發送接收機等。
高頻電源61之電力輸出端子是透過傳送通道62而與天線單元110連接。匹配電路150是分歧而連接至傳送通道62之途中。另外,高頻電源61之接地端子是透過將配線基板10於厚度方向予以貫穿之穿孔63而與接地平面50連接。
雖然在圖1顯示之接地平面50是令頂點51與52之間、頂點52與53之間、頂點53與54之間、頂點54與51之間分別為直線狀之端邊,但舉例來說,亦有可能因為配合包含天線裝置100之電子機器之框體之內部形狀等而設有凹凸,而非直線狀。附帶一提,以下是將接地平面50之頂點51與52之間之邊稱作端邊50A。
天線單元110在配線基板10之厚度方向是設在配線基板10之表面之水準。天線單元110是固定在包含天線裝置100之電子機器之框體等。
天線單元110是具有3個線路111、112、113之T字型之天線單元。線路111、112、113分別是第1線路、第2線路、第3線路之一例。
在線路111之Y軸負方向側之端部設有供電點111A。在平面視點下,供電點111A在Y軸方向上是位於與端邊50A相等之位置。
供電點111A是與傳送通道62連接。供電點111A是透過傳送通道62而與匹配電路150、高頻電源61連接。傳送通道62是將供電點111A與高頻電源61之間予以連接,舉例來說,是如微帶線般之傳送損失非常少之傳送通道。天線單元110是在供電點111A獲得供電。
線路111是從供電點111A朝Y軸正方向伸延至分歧點111B,分歧成線路112與113。在平面視點下,線路111並未與接地平面50重疊。附帶一提,分歧點111B是第1彎折部及第2彎折部之一例。
線路112是從分歧點111B朝X軸負方向伸延至端部112A,線路113是從分歧點111B朝X軸正方向伸延至端部113A。
如此之天線單元110是具有2個輻射元件,亦即具有從供電點111A經過分歧點111B而延伸至端部112A之單元120、及從供電點111A經過分歧點111B而延伸至端部113A之單元130。
單元120與130分別作為單極天線而發揮。單元120是第1單元之一例,單元130是第2單元之一例。
匹配電路150是從傳送通道62分歧且並聯連接有電感器150L與電容器150C之LC電路。匹配電路150是對天線單元110並聯連接。
電感器150L是一端與傳送通道62連接、另一端透過穿孔64而與接地平面50連接。電容器150C是一端與傳送通道62連接、另一端透過穿孔65而與接地平面50連接。電感器150L具有電感L,電容器150C具有電容C。
圖3是顯示天線裝置100的平面圖。圖4是天線裝置100的等價電路圖。在圖3,為了顯示天線單元110之尺寸,而將天線裝置100簡略化地顯示。
由於天線單元110包含有作為2個單極天線而發揮之單元120及130,故具有2個共振頻率。天線裝置100是使用如此之天線單元110而可在分別包含3個頻率f1 、f2 、f3 之3個頻帶領域進行通訊。因此,單元120之長度L1 、單元130之長度L2 、及匹配電路150是以滿足如下條件的方式而設定。
附帶一提,3個頻帶領域之一例是包含頻率f1 (800MHz)之頻帶領域、包含頻率f2 (1.5GHz)之頻帶領域、包含頻率f3 (1.7GHz~2GHz)之頻帶領域。頻率f3 是具有1.7GHz~2GHz之值。
在以下,將包含頻率f1 (800MHz)之頻帶領域稱作f1 頻帶,將包含頻率f2 (1.5GHz)之頻帶領域稱作f2 頻帶,將包含頻率f3 (1.7GHz~2GHz)之頻帶領域稱作f3 頻帶。
單元120是利用匹配電路150而匹配之狀態,是可在f1 頻帶進行通訊之輻射元件。單元120是以具有比f1 頻帶還高、比f2 頻帶低之共振頻率fα 的方式來設定長度L1
因此,若以頻率f1 之波長(電長度)來作為λ1 ,則長度L1 是設定成滿足0.17λ1≤L1 <0.25λ1之長度。將長度L1 設定成低於0.25λ1之理由是為了令單元120之共振頻率比f1 頻帶還高。
單元130是利用匹配電路150而匹配之狀態,是可在f2 頻帶與f3 頻帶進行通訊之輻射元件。單元130是以具有比f2 頻帶還高、比f3 頻帶還低之共振頻率fβ 的方式來設定長度L2
因此,若以頻率f2 、f3 之波長(電長度)來分別作為λ2 、λ3 ,則長度L2 是設定成滿足0.25λ3 <L2 <0.25λ2 之長度。將長度L2 設定成比0.25λ3 還長且低於0.25λ2 之理由是為了令單元130之共振頻率比f2 頻帶還高且比f3 頻帶還低。
附帶一提,共振頻率fα 是比共振頻率fβ 還低。因此,長度L1 >長度L2
另外,以令從供電點111A至彎折部111C為止之長度除以波長λ1 的值是從供電點111A至彎折部111C為止之長度除以波長λ2 的值以下的方式,進行設定。
關於匹配電路150,以令匹配電路150之阻抗之虛數成分在f1 頻帶及f2 頻帶是正值、在f3 頻帶是負值的方式,設定電感L與電容C。
圖5是顯示天線單元110之阻抗的史密斯圖。
以實線顯示之軌跡是表示未與匹配電路150連接之狀態下之天線單元110之阻抗。
在此,因為單元120之長度L1 是比單元130之長度L2 還長,故單元120之共振頻率fα 是比單元130之共振頻率fβ 還低。另外,在頻率f1 之波長λ1 是比在頻率f2 之波長λ2 還長。
另外,關於單元120之從分歧點111B至端部112A為止之區間、單元130之從分歧點111B至端部113A為止的區間,與接地平面50之Y軸方向距離皆是相等於從供電點111A至分歧點111B為止的長度L3
因此,將長度L3 除以波長λ1 所獲得之值P1 是比將長度L3 除以波長λ2 所獲得之值P2 還小。值P1 與P2 是藉由波長λ1 與λ2 而將從供電點111A至分歧點111B為止之長度L3 予以規格化之值。
亦即,若將長度L3 想成藉由波長λ1 、λ2 而規格化之值,則單元120之從分歧點111B至端部112A為止之區間與接地平面50之距離會比單元130之從分歧點111B至端部113A為止之區間與接地平面50之距離還近。
因此,單元120之從分歧點111B至端部112A為止之區間的輻射電阻會比單元130之從分歧點111B至端部113A為止之區間的輻射電阻還小。
所以,在圖5所示之史密斯圖,未與匹配電路150連接之狀態下,關於軌跡在橫軸之值比1(50Ω)還小之領域中與橫軸交叉之2個點,橫軸之值(實數部分之值)較小者是單元120之共振頻率fα ,較大者是單元130之共振頻率fβ
因此,頻率f1 之動作點是比共振頻率fα 還位於下側,頻率f2 之動作點是比共振頻率fβ 還位於下側,頻率f3 之動作點是比共振頻率fβ 還位於上側。
將具有如此之阻抗特性之天線單元110與匹配電路150連接,藉此,如圖5之箭頭所示,頻率f1 、f2 朝上側移動,頻率f3 朝下側移動,令在頻率f1 、f2 、f3 之電抗變小。
匹配電路150具有與天線單元110並聯連接之電感器150L與電容器150C。與天線單元110並聯連接之電感器150L之導納是以-j/ωL表示,頻率越低則動得越大。
因此,若將電感L之值最佳化,可令頻率f1 與f2 朝上側移動而令在頻率f1 與f2 之動作點接近橫軸。
另外,若將匹配電路150之電容C予以調整,可令在頻率f3 之動作點朝下側移動而接近橫軸。
接著,使用圖6至圖8來說明如此之匹配電路150之電感L與電容C之設定方法。
圖6至圖8是說明使用史密斯圖而決定電感L與電容C之方法的圖。以下是使用圖6至圖8來說明設定電感L與電容C之手法(1)、(2)、(3)。
天線裝置100是使用電感器150L與電容器150C這樣之2個元件來決定頻率f1 、f2 、f3
在手法(1)是決定共振頻率fα 或fβ 之其中1者、頻率f1 或f2 之其中1者,而設定電感L與電容C。
在此,若以頻率f1 或f2 之其中1者來作為fL ,則如圖6所示,頻率fL 是比共振頻率fβ 還位於史密斯圖之外側、且比橫軸還位於下側。頻率fL 舉例來說是800MHz帶所包含之830MHz、或是1.5GHz帶所包含之1.475GHz。
若以在頻率fL 之天線單元110之阻抗之實數部分作為RL 、虛數部分作為XL ,將在頻率fL 之天線單元110之阻抗以RL +jXL 表示,則電感L與電容C能以下面之式子(1)來表示。
〔式子1〕另外,在手法(2)是決定共振頻率fα 或fβ 之其中1者、及頻率f3 之值,而設定電感L與電容C。
在此,若以頻率f3 來作為fH ,則如圖7所示,頻率fH 是比共振頻率fβ 還位於史密斯圖之內側、且比橫軸還位於上側。頻率fH 舉例來說是2GHz所包含之2.17GHz。
若以在頻率fH 之天線單元110之阻抗之實數部分作為RH 、虛數部分作為XH ,將在頻率fH 之天線單元110之阻抗以RH +jXH 表示,則電感L與電容C能以下面之式子(2)來表示。
〔式子2〕另外,在手法(3)是決定頻率f1 或f2 之其中1者、及頻率f3 ,而設定電感L與電容C。
在此,若以頻率f1 或f2 之其中1者來作為fL 、以頻率f3 來作為fH ,則如圖8所示,頻率fL 是比頻率fH 還位於史密斯圖之外側、且頻率fL 是比橫軸還位於下側、頻率fH 是比橫軸還位於上側。
頻率fL 舉例來說是800MHz帶所包含之830MHz、或是1.5GHz帶所包含之1.475GHz。頻率fH 舉例來說是2GHz所包含之2.17GHz。
以在頻率fL 之天線單元110之阻抗之實數部分作為RL 、虛數部分作為XL ,將在頻率fL 之天線單元110之阻抗以RL +jXL 表示。
另外,以在頻率fH 之天線單元110之阻抗之實數部分作為RH 、虛數部分作為XH ,將在頻率fH 之天線單元110之阻抗以RH +jXH 表示,則電感L與電容C能以下面之式子(3)來表示。
〔式子3〕圖9是顯示天線裝置100A的平面圖。圖10是天線裝置100A的等價電路圖。在圖9,為了顯示天線單元110之尺寸,而將天線裝置100A簡略化地顯示。
天線裝置100A具有將元件晶片115串聯地插入在圖3及圖4顯示之天線裝置100A之天線單元110之線路111的構成。元件晶片115舉例來說是電容器、電感器、電容器與電感器之串聯電路之其中1者。
作為一例,元件晶片115可以是用來將頻率f1 設定成比單元110之共振頻率還低。元件晶片115是第1阻抗元件之一例。元件晶片115具有令在頻率f1 之天線單元110之導納之實數成分之值成為20毫西門子之阻抗。藉此,在頻率f1 之天線單元110之特性阻抗是設定在50Ω。
舉例來說,若使用電容器來作為元件晶片115,則獲得令單元110之長度縮短之效果,故可令單元110之共振頻率朝較高之頻率偏移。
另外,若使用電感器來作為元件晶片115,則獲得令單元110之長度延長之效果,故可令單元110之共振頻率朝較低之頻率偏移。
另外,若使用電容器與電感器之串聯電路來作為元件晶片115,則與使用電容器及電感器之其中1者來作為元件晶片115的情況相比,可更細微地調整單元110之長度。
所以,亦可在設定頻率f1 、頻率f2 、頻率f3 時使用元件晶片115。
接著,藉由模擬來求出包含有將電感L與電容C以上述方式來決定之匹配電路150之天線裝置100的S11 參數與總效率。
圖11及圖12是顯示天線裝置100之模擬模型的圖。
使用之模擬模型是將線路111之從供電點111A至分歧點111B為止之長度設定成5.0mm,將線路112與113之合計長度設定成70mm,將線路112之長度設定成51mm,將接地平面50之尺寸設定成70mm(X軸方向)×140mm(Y軸方向)。
附帶一提,在接地平面50連接有金屬板55。金屬板55是設想對接地平面50安裝電子零件等之模擬用構件。
圖13是顯示藉由圖11及圖12所示之模擬模型而獲得之S11 參數之頻率特性的圖。圖14是顯示藉由圖11及圖12所示之模擬模型而獲得之總效率之頻率特性的圖。
S11 參數是在700MHz帶、800MHz帶、2GHz帶之3頻帶獲得-4dB以下之良好之值。另外,總效率是在700MHz帶、800MHz帶、2GHz帶之3頻帶獲得-3dB以上之良好之值。
附帶一提,雖然在此是700MHz帶、800MHz帶、2GHz帶之3頻帶,但可藉由改變天線單元110之尺寸而改變頻帶。
圖15是顯示由天線裝置100之第1變形例造成之模擬模型的圖。
在圖15顯示之模擬模型是於線路112與113設有Y軸方向之高低差,線路112是位於比線路113還要接近端邊50A之位置。線路112是在分歧點111B1從線路111分歧而彎折,線路113是在分歧點111B2從線路111彎折。
分歧點111B1是第1彎折部之一例,分歧點111B2是第2彎折部之一例。這是第1彎折部比第2彎折部還接近供電點111A之構成。
使用之模擬模型是將線路112之與接地平面50之端邊50A之距離設定成4.0mm,將線路113之與接地平面50之端邊50A之距離設定成5.0mm,將線路112之長度設定成45mm,將線路112與113之合計長度設定成70mm,將接地平面50之尺寸設定成70mm(X軸方向)×140mm(Y軸方向)。
圖16是顯示藉由圖15所示之模擬模型而獲得之S11 參數之頻率特性的圖。圖17是顯示藉由圖15所示之模擬模型而獲得之總效率之頻率特性的圖。
S11 參數是在800MHz帶、1.8GHz帶、2GHz帶之3頻帶獲得-4dB以下之良好之值。另外,總效率是在800MHz帶、1.8GHz帶、2GHz帶之3頻帶獲得-3dB以上之良好之值。
附帶一提,雖然在此是800MHz帶、1.8GHz帶、2GHz帶之3頻帶,但與圖11及圖12所示之模擬模型相比,藉由改變天線單元110之尺寸與形狀而改變了頻帶。
圖18是顯示由天線裝置100之第2變形例造成之模擬模型的圖。
在圖18顯示之模擬模型是於線路112與113設有Y軸方向之高低差。高低差之關係是與圖15所示之模擬模型相反。
線路112是在分歧點111B1從線路111彎折,線路113是在分歧點111B2從線路111分歧而彎折。
分歧點111B1是第1彎折部之一例,分歧點111B2是第2彎折部之一例。這是第1彎折部比第2彎折部還遠離供電點111A之構成。
使用之模擬模型是將線路112之與接地平面50之端邊50A之距離設定成5.0mm,將線路113之與接地平面50之端邊50A之距離設定成4.0mm,將線路112之長度設定成45mm,將線路112與113之合計長度設定成70mm,將接地平面50之尺寸設定成70mm(X軸方向)×140mm(Y軸方向)。
圖19是顯示藉由圖18所示之模擬模型而獲得之S11 參數之頻率特性的圖。圖20是顯示藉由圖18所示之模擬模型而獲得之總效率之頻率特性的圖。
S11 參數是在800MHz帶、1.8GHz帶、2GHz帶之3頻帶獲得-4dB以下之良好之值。另外,總效率是在800MHz帶、1.8GHz帶、2GHz帶之3頻帶獲得-3dB以上之良好之值。
附帶一提,雖然在此是800MHz帶、1.8GHz帶、2GHz帶之3頻帶,但與圖11及圖12所示之模擬模型相比,藉由改變天線單元110之尺寸與形狀而改變了頻帶。
另外,圖19及圖20分別顯示之S11 參數及總效率是與圖16及圖17分別顯示之S11 參數及總效率具有少許分布差異,故可確認到能藉由改變線路112、113之與接地平面50之相對位置而調整S11 參數及總效率。
以上,根據實施形態1,可藉由使用T字型之天線單元110、匹配電路150,而提供能在3頻帶進行通訊之天線裝置100。雖然單元120與130分別具有共振頻率fα 與fβ ,但藉由使用在f1 頻帶及f2 頻帶顯示電感性之阻抗特性、在f3 頻帶顯示電容性之阻抗特性之匹配電路150,天線單元110能在f1 頻帶、f2 頻帶、f3 頻帶之3個頻帶進行通訊。
如此之天線裝置100尤其在設置空間有限的情況下是非常地有效。
<實施形態2> 圖21是顯示實施形態2之天線裝置200的圖。在圖21是如圖示般定義XYZ座標系。圖21顯示之天線裝置200是模擬模型。
天線裝置200包含有接地平面50、天線單元110、無供電元件220、元件晶片225、金屬片231、232、233、234、匹配電路250。在接地平面50連接有金屬板55。其他之構成是與別的實施形態相同,相同之構成要素是賦予同一符號而省略其說明。
以下,將XY平面視點稱作平面視點。另外,為了方便說明,舉例來說,將Z軸正方向側之面稱作表面,將Z軸負方向側之面稱作背面。
匹配電路250是與實施形態1之天線裝置100之匹配電路150同樣地對天線單元110並聯連接,但在圖21是予以省略。匹配電路250是使用圖23而在後面敘述。
天線裝置200具有如下構成:在實施形態1之天線裝置100追加無供電元件220、金屬片231、232、233、234,將匹配電路150換成匹配電路250。
天線裝置200是在藉由天線單元110與匹配電路250而實現之3頻帶領域追加無供電元件220之頻帶領域,藉此,成為能在4個頻帶領域進行通訊之天線裝置。
天線裝置200是與實施形態1之天線裝置100同樣地收納在具有通訊機能之電子機器之框體之內部。此情況下,不只是天線單元110之一部分,金屬片231、232、233、234之一部分亦可顯露在電子機器之外表面。
無供電元件220是具有端部221、彎折部222、端部223之L字狀元件。無供電元件220是令端部221透過元件晶片225而連接至接地平面50之頂點51之附近,端部223是開放端。
端部221之X軸方向之位置是與天線單元110之端部112A一致,無供電元件220是從端部221朝Y軸正方向伸延、在彎折部222朝X軸正方向彎折而沿著線路112延伸至端部223。因為彎折部222、端部223之間之區間是與線路112電磁耦合,故無供電元件220可透過天線單元110而獲得供電。在此,無供電元件220是不具有供電點、間接地獲得供電,故稱作無供電元件。
無供電元件220之從端部221經過彎折部222而到達端部223為止之長度是設定成頻率f4 之波長(電長度)λ4 之四分之一波長以下。頻率f4 之一例是2.6GHz。無供電元件220之設置是為了實現在包含頻率f4 之頻帶領域(以下,稱作f4 頻帶)進行通訊。
元件晶片225是串聯地插入在端部221與接地平面50之間。元件晶片225是第2阻抗元件之一例。元件晶片225是電感器與電容器之串聯電路,阻抗之虛數成分在頻率f1 是負值,阻抗之虛數成分在頻率f2 及頻率f3 是正值。
因此,元件晶片225在頻率f1 是電容性元件,成為高阻抗。亦即,元件晶片225在頻率f1 是等價於端部221、接地平面50之間未連接之狀態,在該狀態下,無供電元件220未獲得來自天線單元110之供電。在頻率f1 之元件晶片225之阻抗之一例是200Ω以上。無供電元件220之長度(電長度)是利用元件晶片225而調整,成為頻率f4 之波長(電長度)λ4 之四分之一波長。
另外,元件晶片225在頻率f1 是電感性元件,等價於端部221、接地平面50之間連接之狀態,在該狀態下,無供電元件220獲得來自天線單元110之供電而共振。
金屬片231、232是固定在包含天線裝置200之電子機器之框體11。由於框體11是樹脂製,故金屬片231、232之電位是漂移電位。金屬片231、232是漂移片之一例。
在圖21,藉由虛線來顯示框體11之安裝金屬片231、232之部分之輪郭。金屬片231、232在平面視點下是L字型,Z軸方向之寬度舉例來說是與天線單元110之寬度大略相等。
金屬片231、232是配置成在與天線單元110之端部112A、113A之間隔著X軸方向之預定間隔,在與金屬片233、234之間隔著Y軸方向之預定間隔。
在金屬片231、232、以及天線單元110之端部112A、113A之間,於X軸方向設有預定間隔。另外,在金屬片231、232、以及金屬片233、234之間,於Y軸方向設有預定間隔。
另外,金屬片233、234是固定在接地平面50之外緣。因此,金屬片233、234是保持在接地電位。金屬片233、234是板狀之構件,Z軸方向之寬度是與金屬片231、232之寬度相等。金屬片233、234是接地片之一例。
如圖21所示,金屬片231、232、以及金屬片233、234是於Y軸方向隔著預定間隔而配置。
關於如上述般地設置漂移電位之金屬片231、232、接地電位之金屬片233、234之理由,舉例來說是如下所示。在此之例子是令天線單元110、金屬片231、232、接地電位之金屬片233、234顯露在框體11之外部。
於此情況下,若電子機器之使用者以手來握框體11,則有透過使用者之手而令天線單元110與金屬片231、232電性連接之虞。電子
為了抑制因為天線單元110與金屬片231、232電性連接而造成天線單元110之輻射特性發生變化之情形,在天線單元110之兩旁隔著間隔而設有金屬片231、232,並令金屬片231、232是漂移電位。
另外,為了令接地電位之金屬片233、234與天線單元110難以電性連接,在天線單元110與金屬片233、234之間設有漂移電位之金屬片231、232。
在如此之天線裝置200,為了以模擬求出S11 參數與總效率,將各部位之尺寸設定成如下。
將線路111之從供電點111A至分歧點111B為止之長度設定成5.0mm,將線路112與113之合計長度設定成67mm,將線路113之長度設定成23.5mm,將無供電元件220之彎折部222與端部223之間之長度設定成14.5mm。
另外,將接地平面50之尺寸設定成70mm(X軸方向)×140mm(Y軸方向),將金屬片233與234之X軸方向之間隔設定成74mm,而與實施形態1同樣地進行模擬。
圖22是顯示天線單元110之阻抗的史密斯圖。
以實線來顯示之軌跡是表示未與匹配電路250連接之狀態下之天線單元110之阻抗。
與實施形態1相比,天線單元110之線路112之長度是稍微變長,因此,頻率f1 之動作點是比共振頻率fα 還位於上側。另外,與實施形態1同樣,頻率f2 之動作點是比共振頻率fβ 還位於下側,頻率f3 之動作點是比共振頻率fβ 還位於上側。
將具有如此之阻抗特性之天線單元110與匹配電路250連接,藉此,如圖22之箭頭所示,頻率f1 、f3 朝下側移動,頻率f3 朝上側移動,令在頻率f1 、f2 、f3 之電抗變小。
若調整匹配電路250之電容C,可令在頻率f1 、f3 之動作點朝下側移動而接近橫軸。另外,若調整匹配電路250之電感L之值,可令頻率f2 朝上側移動,而令在頻率f2 之動作點接近橫軸。
圖23是天線裝置200的等價電路圖。匹配電路250是將串聯連接之電感器250L1 、電容器250C1 與電感器250L2 並聯連接。電感器250L1 、250L2 分別具有電感L1 、L2 ,電容器250C1 具有電容C1
圖24是顯示匹配電路250之阻抗之頻率特性的圖。
將串聯連接之電感器250L1 、電容器250C1 與電感器250L2 並聯連接之匹配電路250之阻抗X(Ω)在約1000MHz以下之低頻率側是顯示電容性之值,在約1000MHz至約1500MHz之頻帶是顯示電感性之值,在約1500MHz以下之高頻率側是顯示電容性之值。
天線裝置200是使用電感器250L1 與電容器250C1 、250C2 這樣之3個元件來決定頻率f1 、f2 、f3 。匹配電路250之導納是下面之式子(4)來表示。
〔式子4〕在此,以在頻率f1 、f2 、f3 之天線單元110之電納作為B1 、B2 、B3
若天線單元110與匹配電路250進行阻抗匹配,則虛數部成為零,故下面之式子(5)、(6)、(7)成立。
〔式子5〕
〔式子6〕
〔式子7〕因為該等式子可用解析方式求解,故可藉由式子(5)、(6)而獲得下面之式子(8),並進一步變形成式子(9)。
〔式子8〕
〔式子9〕在此,若如下面之式子(10)般地將L1 C1 改置α1 ,則式子(9)可變形成式子(11)。
〔式子10〕
〔式子11〕藉由式子(5)與(7),獲得下面之式子(12)。
〔式子12〕若將式子(11)與(12)之兩邊相除,則獲得式子(13)。
〔式子13〕由式子(13)獲得下面之式子(14)。
〔式子14〕在此,若將式子(12)變形,則獲得下面之式子(15)。
〔式子15〕若將式子(14)帶入式子(15),可求得α1 。另外,若將式子(10)變形成下面之式子16),將式子(14)與(15)代入式子(16),可求得L1
〔式子16〕若用L1 而將式子(1)變形,則可如下面之式子(17)般地求得C2
〔式子17〕如以上,可求出電感器250L1 、250L2 之電感L1 、L2 、以及電容器250C1 之電容C1
圖25是顯示藉由圖21所示之天線裝置200之模擬模型而獲得之S11 參數之頻率特性的圖。圖26是顯示藉由圖21所示之模擬模型而獲得之總效率之頻率特性的圖。
S11 參數是在800MHz帶、2GHz帶、2.6GHz帶之3頻帶獲得-4dB以下之良好之值,在1.5GHz帶獲得約-3dB程度之比較良好之值。
總效率是在800MHz帶與1.5GHz帶獲得約-4dB之比較良好之值,在2GHz帶與2.6GHz帶之3頻帶獲得-3dB以上之良好之值。
以上,根據實施形態2,可藉由使用T字型之天線單元110、無供電元件220、匹配電路250,而提供能在4頻帶進行通訊之天線裝置200。
雖然單元120與130分別具有共振頻率fα 與fβ ,但藉由使用在f1 頻帶及f3 頻帶顯示電容性之阻抗特性、在f2 頻帶顯示電感性之阻抗特性之匹配電路250,天線單元110能在f1 頻帶、f2 頻帶、f3 頻帶之3個頻帶進行通訊。
另外,無供電元件220能在天線單元110之3個頻帶f1 、f2 、f3 以外之f4 頻帶(2.6GHz帶)進行通訊。
如此之天線裝置200尤其在設置空間有限的情況下是非常有效。
附帶一提,在實施形態2,頻率f1 是比單元120之共振頻率fα 還高。這與實施形態1中之頻率f1 、共振頻率fα 之關係相反。此情況下,亦可在供電點111A與分歧點111B之間設有與實施形態1之元件晶片115相同之元件晶片。
在實施形態2,頻率f1 是變得比單元120之共振頻率fα 還高即可,故使用電感器來作為元件晶片而獲得令單元110之長度增大之效果即可。
圖27是顯示實施形態2之變形例之天線裝置200A的圖。
天線裝置200A是設置金屬片232A、233A而取代圖21所示之天線裝置200之金屬片232、233。關於金屬片232A、233A,Y軸正方向側之端部是越靠近Y軸正方向側則越令Z軸方向之寬度以錐狀而變窄。
令金屬片232A、233A之Y軸正方向側之端部呈錐狀是為了在使用者一面接觸金屬片232A、233A之外側一面以手拿著電子機器的情況下,亦可令天線單元110與金屬片233A、234A難以電性連接。
附帶一提,雖然以上是利用將無供電元件220設在天線單元110之線路112側之形態來進行說明,但無供電元件220亦可以是設在天線單元110之線路113側。
<實施形態3> 圖28及圖29是顯示實施形態3之天線裝置300的圖。在圖28及圖29是如圖示般地定義XYZ座標系。圖28及圖29顯示之天線裝置300是模擬模型。
天線裝置300包含有接地平面50、天線單元310、無供電元件220、金屬片331、332、333、334。另外,雖然天線裝置300包含有與實施形態1之匹配電路150相同之匹配電路,但在圖28及圖29是予以省略。其他之構成是與別的實施形態相同,相同之構成要素是賦予同一符號而省略其說明。
以下,將XY平面視點稱作平面視點。另外,為了方便說明,舉例來說,將Z軸正方向側之面稱作表面,將Z軸負方向側之面稱作背面。
天線裝置300具有如下構成:將實施形態1之天線裝置100之天線單元110以天線單元310來取代,追加無供電元件220、金屬片331、332、333、334。無供電元件220是與實施形態2之無供電元件220相同。無供電元件220是透過天線單元310而獲得供電。
在接地平面50設有金屬板55與USB(Universal Serial Bus)連接器蓋體340。金屬板55是設想對接地平面50安裝電子零件等之模擬用構件。USB連接器蓋體340則是在後面敘述。
天線裝置300是在藉由天線單元310與匹配電路而實現之3個頻帶領域追加無供電元件220之頻帶領域,藉此,成為能在4個頻帶領域進行通訊之天線裝置。
天線裝置300是與實施形態1之天線裝置100同樣地收納在具有通訊機能之電子機器之框體之內部。此情況下,不只是天線單元310之一部分,金屬片331、332、333、334之一部分亦可顯露在電子機器之外表面。
天線單元310是具有3個線路311、312、313之T字型之天線單元。
在線路311之Y軸負方向側之端部設有供電點311A。在平面視點下,供電點311A在Y軸方向上是位於與端邊50A相等之位置。線路311之X軸方向之寬度是比實施形態1之線路111還寬。
與實施形態1之供電點111A相同,供電點311A是透過傳送通道而與匹配電路、高頻電源連接。
線路311是從供電點311A朝Y軸正方向延伸至分歧點311B,分歧成線路312與313。在平面視點下,線路311並未與接地平面50重疊。
線路312是從分歧點311B朝X軸負方向延伸至端部312A,設有用於迴避USB連接器蓋體340之缺口部312B。線路313是從分歧點311B朝X軸正方向延伸至端部313A。
如此之天線單元310是具有2個輻射元件,亦即具有從供電點311A經過分歧點311B而延伸至端部312A之單元320、及從供電點311A經過分歧點311B而延伸至端部313A之單元330。
單元320與330分別作為單極天線而發揮。單元320是第1單元之一例,單元330是第2單元之一例。
附帶一提,亦可在天線單元310之供電點311A與分歧點311B之間設置實施形態1之元件晶片115。
金屬片331、332是固定在包含天線裝置300之電子機器之框體,保持在漂移電位。金屬片331、332在平面視點下是L字型,Z軸方向之寬度舉例來說是與天線單元310之寬度大略相等。與實施形態2之金屬片231、232相比,金屬片331、332是Y軸方向之長度長。金屬片331、332是漂移片之一例。
金屬片331、332是配置成在與天線單元310之端部112A、113A之間隔著X軸方向之預定間隔,在與金屬片333、334之間隔著Y軸方向之預定間隔。
在金屬片331、332、以及天線單元310之端部112A、113A之間,於X軸方向設有預定間隔。另外,在金屬片331、332、以及金屬片333、334之間,於Y軸方向設有預定間隔。
另外,金屬片333、334是安裝在金屬板55而保持在接地電位。金屬片333、334是板狀之構件,Z軸方向之寬度是與金屬片331、332之寬度相等。金屬片333、334是接地片之一例。
如圖28所示,金屬片331、332、以及金屬片333、334是於Y軸方向隔著預定間隔而配置。與實施形態2之金屬片231、232、233、234相同,金屬片331、332保持在漂移電位,金屬片333、334保持在接地電位。
USB連接器蓋體340是配置在接地平面50之Y軸正方向側之端部之X軸方向中央位置。
USB連接器蓋體340是母型USB連接器之金屬蓋,Y軸正方向側之端部340A亦可以是顯露在包含天線裝置300之電子零件之外表面。具有USB連接器蓋體340之USB連接器之對象之公型USB連接器是從Y軸正方向側往Y軸負方向側而插進USB連接器蓋體340之內部。
USB連接器蓋體340之Y軸正方向側之端部340A是位於線路312之缺口部312B之附近。USB連接器蓋體340未與天線單元310相接。
在如此之天線裝置300,為了以模擬求出總效率,將各部位之尺寸設定成如下。
將線路311之從供電點311A至分歧點311B為止之長度設定成4.0mm,將線路313之長度設定成Lfmm,將無供電元件220之彎折部222與端部223之間之長度設定成10mm。
調整線路313之長度Lf而與實施形態1同樣地進行模擬,獲得如圖30所示之總效率之頻率特性。
圖30是顯示藉由圖28所示之模擬模型而獲得之總效率之頻率特性的圖。
總效率是在800MHz帶(f1 頻帶)、1.5GHz帶(f2 頻帶)、2GHz帶(f3 頻帶)、及2.6GHz帶(f4 頻帶)之4頻帶獲得-3dB以上之良好之值。附帶一提,關於在f1 頻帶與f2 頻帶之間變成直線狀之區間,實際上是因為比直線表示之水準還低所以未測量之區間。
以上,根據實施形態3,可藉由使用T字型之天線單元310、無供電元件220、匹配電路,而提供能在4頻帶進行通訊之天線裝置300。
雖然單元320與330分別具有共振頻率fα 與fβ ,但藉由使用在f1 頻帶及f3 頻帶顯示電容性之阻抗特性、在f2 頻帶顯示電感性之阻抗特性之匹配電路250,天線單元310能在f1 頻帶、f2 頻帶、f3 頻帶之3個頻帶進行通訊。
另外,無供電元件220能在天線單元310之3個頻帶f1 、f2 、f3 以外之f4 頻帶(2.6GHz帶)進行通訊。
如此之天線裝置300尤其在設置空間有限的情況下是非常有效。
另外,可藉由令USB連接器蓋體340是與接地平面50連接且尺寸最佳化,而令USB連接器蓋體340作為無供電元件而發揮。因此,可以使用USB連接器蓋體340來取代無供電元件220而作為2.6GHz帶之輻射元件,亦可將USB連接器蓋體340當作在第5個頻帶進行通訊之輻射元件而設置。
附帶一提,天線單元310亦可以是如下述地變形。
圖31及圖32是顯示實施形態3之變形例支天線裝置300A及300B的圖。
圖31顯示之天線裝置300A是包含有天線單元310A來代替圖29顯示之天線裝置300之天線單元310。天線單元310A是具有線路315來代替圖29顯示之天線單元310之線路311。
線路315是從供電部315A而錐狀地一面擴張X軸方向之寬度一面朝Y軸正方向延伸至分歧部315B。線路315之錐形狀並非在X軸方向對稱,X軸負方向側之擴張是比X軸正方向側還要大。分歧部315B是第1彎折部及第2彎折部之一例。
電流是沿著線路315之邊(邊緣)而流動,因此,藉由使用錐狀之線路315,可調整單元320與330之長度。
圖32顯示之天線裝置300B是包含有天線單元310B來代替圖29顯示之天線裝置300之天線單元310。天線單元310B是具有線路316來代替圖29顯示之天線單元310之線路311。
線路316是從供電部316A朝兩處分岔,且錐狀地一面擴張X軸方向之寬度一面朝Y軸正方向延伸至分歧部316B1及316B2。線路316之形狀具有如下構成:在圖31顯示之線路315之X軸方向中央部進行錐狀(倒三角形狀)之切除,而令線路316分離成兩處。線路316是從供電點316A往分歧部316B1與316B2分歧。
電流是沿著線路316之邊(邊緣)而流動,因此,藉由使用錐狀之線路315,可調整單元320與330之長度。
附帶一提,以上說明之天線裝置300是具有如下構成:將實施形態1之天線裝置100之天線單元110以天線單元310來取代,且追加無供電元件220、金屬片331、332、333、334。
然而,亦可以將實施形態2之天線裝置200之天線單元110以天線單元310來取代,追加無供電元件220、金屬片331、332、333、334。
<實施形態4> 圖33至圖36是顯示實施形態4之天線裝置400的圖。在圖33至圖36是如圖示般地定義XYZ座標系。圖33至圖36顯示之天線裝置400是模擬模型。
天線裝置400包含有接地平面50、天線單元410、金屬片331、332、333、334。另外,雖然天線裝置400包含有與實施形態1之匹配電路150相同之匹配電路,但在圖33至圖36是予以省略。其他之構成是與別的實施形態相同,相同之構成要素是賦予同一符號而省略其說明。
以下,將XY平面視點稱作平面視點。另外,為了方便說明,舉例來說,將Z軸正方向側之面稱作表面,將Z軸負方向側之面稱作背面。
天線裝置400具有如下構成:將實施形態1之天線裝置100之天線單元110以天線單元410來取代,追加金屬片331、332、333、334。
在接地平面50設有金屬板55與USB連接器蓋體340。金屬板55及USB連接器蓋體340是與圖28顯示之金屬板55及USB連接器蓋體340相同。
天線裝置400是可在藉由天線單元410與匹配電路而實現之3個頻帶領域進行通訊之天線裝置。
天線裝置400是與實施形態1之天線裝置100同樣地收納在具有通訊機能之電子機器之框體之內部。此情況下,不只是天線單元410之一部分,金屬片331、332、333、334之一部分亦可顯露在電子機器之外表面。
天線單元410具有如下構成:在具有3個線路411、412、413之T字型之天線單元追加線路414與元件晶片416。線路412、413之構成是與實施形態1之天線單元110之線路112、113相同。另外,線路411之構成是與實施形態3之線路311相同。
在線路411之Y軸負方向側之端部設有供電點411A。在平面視點下,供電點411A在Y軸方向上是位於與端邊50A相等之位置。
與實施形態1之供電點111A相同,供電點411A是透過傳送通道而與匹配電路、高頻電源連接。
線路411是從供電點411A朝Y軸正方向延伸至分歧點411B,分歧成線路412與413。在平面視點下,線路411並未與接地平面50重疊。
線路412是從分歧點411B朝X軸負方向延伸至端部412A,設有用於迴避USB連接器蓋體340之缺口部412B。線路413是從分歧點411B朝X軸正方向延伸至端部413A。
線路414是在分歧點411B與端部412A之間,以令線路412與接地平面50之間連接的方式而設。線路414之端部414A是與接地平面50連接,端部414B是與線路412連接。
在線路414之端部412A與端部414B之間串聯地插入元件晶片416。
元件晶片416舉例來說是包含電容器與電感器之並聯電路之晶片。元件晶片416是如下之電路元件:在頻率f1 成為開路(高阻抗),在頻率f2 與頻率f3 則導通,藉此實現線路411、412、414、以及接地平面50之迴路。
如此之天線單元410是具有2個輻射元件,亦即具有從供電點411A經過分歧點411B而延伸至端部412A之單元420、及從供電點411A經過分歧點411B而延伸至端部413A之單元430。
由於元件晶片416在頻率f1 是成為開路(高阻抗),故單元420是作為單極天線而發揮。另外,由於元件晶片416在頻率f2 與頻率f3 導通而實現線路411、412、414、以及接地平面50之迴路,故在頻率f2 與頻率f3 之輻射特性會更為良好。
附帶一提,亦可在天線單元410之供電點411A與分歧點411B之間設置實施形態1之元件晶片115。
金屬片331、332、333、334是與實施形態3之金屬片331、332、333、334(參考圖28)相同。在圖33是連接地平面50之Y負軸方向側之端部都予以顯示,故金屬片333、334顯示起來是比圖28還長。因此,圖28顯示之金屬片333、334實際上亦可以是如圖33所示地延伸至接地平面50之Y負軸方向側之端部。
在如此之天線裝置400,以模擬求出S11 參數與總效率。
圖37是顯示藉由圖33至34所示之天線裝置400之模擬模型而獲得之S11 參數之頻率特性的圖。圖38是顯示藉由圖33至34所示之模擬模型而獲得之總效率之頻率特性的圖。
S11 參數是在800MHz帶、1.5GHz帶之2頻帶獲得-4dB以下之良好之值,在2GHz帶獲得-3dB以下之比較良好之值。另外,總效率是在800MHz帶、1.5GHz帶之2頻帶獲得-3dB以上之良好之值,在2GHz帶獲得接近-3dB之良好之值。
以上,根據實施形態4,可藉由使用具有迴路之T字型之天線單元410與匹配電路,而提供能在3頻帶進行通訊之天線裝置400。
雖然單元420與430分別具有共振頻率fα 與fβ ,但藉由使用在f1 頻帶及f3 頻帶顯示電容性之阻抗特性、在f2 頻帶顯示電感性之阻抗特性之匹配電路,天線單元410能在f1 頻帶、f2 頻帶、f3 頻帶之3個頻帶進行通訊。
另外,元件晶片416是在頻率f1 成為開路(高阻抗),在頻率f2 與頻率f3 則導通而實現線路411、412、414、以及接地平面50之迴路,故在f2 頻帶、f3 頻帶之輻射特性會更為良好。
如此之天線裝置400尤其在設置空間有限的情況下是非常有效。
<實施形態5> 圖39是實施形態5之天線裝置500的等價電路圖。天線裝置500包含有天線單元110、匹配電路550、接地平面50(參考圖1)。
匹配電路550是將串聯連接之電感器550L1 、電容器550C與電感器550L2 並聯連接。電感器550L1 、550L2 分別具有電感L1 、L2 ,電容器550C具有電容C。其他之構成是與別的實施形態相同,相同之構成要素是賦予同一符號而省略其說明。
實施形態5之天線裝置500是對天線單元110使用在f1 頻帶及f2 頻帶顯示電容性之阻抗特性、在f3 頻帶顯示電感性之阻抗特性之匹配電路550,而實現在3個f1 頻帶、f2 頻帶、f3 頻帶進行通訊。
天線裝置500是使用電感器550L1 、電容器550C、550L2 這樣之3個元件來決定頻率f1 、f2 、f3 。電感器550L1 及電容器550C之匹配電路550之導納Y1 是以下面之式子(18)來表示。
〔式子18〕電感器550L2 之導納Y2 是以下面之式子(19)來表示。
〔式子19〕因此,匹配電路550之導納Y是以下面之式子(20)來表示。
〔式子20〕在此,以在頻率f1 、f2 、f3 之天線單元110之電納作為B1 、B2 、B3
若以在頻率f1 之角頻率作為ω1 ,則在頻率f1 之整合條件是下面之式子(21)成立。
〔式子21〕式子(21)可變形成下面之式子(22)。
〔式子22〕式子(22)可變形成下面之式子(23)。
〔式子23〕若以在頻率f2 、f3 之角頻率作為ω2 、ω3 ,則在頻率f2 、f3 之整合條件是下面之式子(24)、(25)成立。
〔式子24〕
〔式子25〕在此,為了將式子(23)、(24)、(25)轉換成線形聯立方程式,而如下面之式子(26)般地定義α、β、γ。
〔式子26〕將α、β、γ代入式子(23)、(24)、(25),可獲得下面之式子(27)、(28)、(29)。
〔式子27〕
〔式子28〕
〔式子29〕因為式子(27)、(28)、(29)是關於α、β、γ之線形聯立方程式,故若由式子(27)、(28)將α消去,可獲得下面之式子(30)、(31)、(32)。
〔式子30〕
〔式子31〕
〔式子32〕若由式子(27)、(29)將α消去,可獲得下面之式子(33)、(34)、(35)。
〔式子33〕
〔式子34〕
〔式子35〕為了由式子(30)、(31)、(32)、(33)、(34)、(35)求出β與γ,如下面之式子(36)、(37)般地改置a1、b1、a2、b2。
〔式子36〕
〔式子37〕將式子(36)、(37)帶入式子(30)、(31)、(32)、(33)、(34)、(35),可獲得下面之式子(38)、(39)。
〔式子38〕
〔式子39〕β是由式子(38)、(39)而如下面之式子(40)般地求得。
〔式子40〕令(式子26)之L2 變形,成為下面之式子(41)。
〔式子41〕若由式子(38)、(39)將β消去,如下面之式子(42)之表示,可求得γ。
〔式子42〕將式子(40)、(42)帶入式子(4),C與L1 是如下面之式子(43)、(44)般地求得。
〔式子43〕
〔式子44〕如以上,可求出電感器550L1 、550L2 之電感L1 、L2 及電容器550C之電容C。
由於匹配電路550是包含電感器550L1 、電容器550C、電感器550L2 之3個元件,故與實施形態1之匹配電路150相較之下,阻抗調整與頻率f1 、f2 、f3 之設定之自由度會增加。
藉由將匹配電路550連接於天線單元110,天線裝置500可在3頻帶進行通訊。
如此之天線裝置500尤其在設置空間有限的情況下是非常有效。
<實施形態6> 圖40是顯示實施形態6之天線裝置600之模擬模型的圖。天線裝置600具有與圖12顯示之天線裝置100相同之構成。
使用之模擬模型是將線路111之從供電點111A至分歧點111B為止之長度設定成5.0mm,將線路112與113之合計長度設定成75mm,將接地平面50之尺寸設定成70mm(X軸方向)×130mm(Y軸方向)。
另外,以相對介電係數2.0之80mm(X軸方向)×150mm(Y軸方向)×8mm(Z軸方向)之介電體覆蓋天線裝置600之整體。附帶一提,天線單元110及接地平面50之厚度是設定成0.1mm,導電率是設定成5×106 S/m。
圖41是顯示藉由圖40所示之模擬模型而獲得之S11 參數之頻率特性的圖。
S11 參數是在700MHz帶、800MHz帶、1.8GHz帶、2GHz帶之4頻帶獲得-4dB以下之良好之值。
藉由將實施形態1之匹配電路150連接於天線單元110,天線裝置600可在4頻帶進行通訊。
如此之天線裝置600尤其在設置空間有限的情況下是非常有效。
<實施形態7> 圖42是顯示實施形態7之天線裝置700的平面圖。圖43是實施形態7之天線裝置700的等價電路圖。
天線裝置700包含有接地平面50、天線單元710、匹配電路750。天線裝置700具有如下構成:將實施形態1之匹配電路150以匹配電路750來取代,其配置在平面視點下不與接地平面50重疊之位置。其他之構成是與別的實施形態相同,相同之構成要素是賦予同一符號而省略其說明。
以下,將XY平面視點稱作平面視點。另外,為了方便說明,舉例來說,將Z軸正方向側之面稱作表面,將Z軸負方向側之面稱作背面。
天線裝置700是收納在具有通訊機能之電子機器之框體之內部。此情況下,亦可以令天線單元710之一部分顯露在電子機器之外表面。
高頻電源61之電力輸出端子是透過傳送通道762而與天線單元710連接。傳送通道762是將高頻電源61與天線單元710之供電點711A之間予以連接之線路,具有對應點762A。在平面視點下,對應點762A在Y軸方向上是位於與端邊50A相等之位置。傳送通道762舉例來說是如微帶線般之傳送損失非常少之傳送通道。
天線單元710是具有3個線路711、712、713之T字型之天線單元。
線路711具有供電點711A與彎折部711B。線路711是以供電點711A與彎折部711B作為兩端之線路。
於供電點711A連接有匹配電路750。天線單元710是在供電點711A獲得供電。
線路711是從供電點711A朝Y軸正方向伸延至分歧點711B,分歧成線路712與713。在平面視點下,線路711並未與接地平面50重疊。
線路712是從分歧點711B朝X軸負方向伸延至端部712A,線路713是從分歧點711B朝X軸正方向伸延至端部713A。
如此之天線單元710是具有2個輻射元件,亦即具有從供電點711A經過分歧點711B而延伸至端部712A之單元720、及從供電點711A經過分歧點711B而延伸至端部713A之單元730。
單元720與730分別作為單極天線而發揮。單元720是第1單元之一例,單元730是第2單元之一例。
匹配電路750是設在平面視點下不與接地平面50重疊之位置,是令電感器750L與電容器750C並聯連接之LC電路。匹配電路750是對天線單元710並聯連接。電感器750L與電容器750C之一端是與接地平面50連接。因此,在電感器750L與電容器750C之一端以接地之記號而表記。
單元720之長度L1 是從供電點711A至端部712A為止之長度。單元730之長度L2 是從供電點711A至端部713A為止之長度。
關於單元720之從分歧點711B至端部712A為止之區間、單元730之從分歧點711B至端部713A為止的區間,與接地平面50之Y軸方向距離皆是從對應點762A至分歧點111B為止的長度L3 ,互相相等。長度L3 是與實施形態1之長度L3 相等。
將長度L3 除以波長λ1 所獲得之值P1 是比將長度L3 除以波長λ2 所獲得之值P2 還小。值P1 與P2 是藉由波長λ1 與λ2 而將從對應點762A至分歧點711B為止之長度L3 予以規格化之值。這與實施形態1是相同。
如此之天線裝置700具有與實施形態1之天線裝置100相同之輻射特性。
以上,根據實施形態7,可藉由使用T字型之天線單元710、匹配電路750,而提供能在3頻帶進行通訊之天線裝置700。關於天線裝置700,雖然令匹配電路750位在平面視點下不與接地平面50重疊之位置而有所不同,但輻射特性是與實施形態1之天線裝置100相同。
如此之天線裝置700尤其在設置空間有限的情況下是非常地有效。
附帶一提,亦可將匹配電路750適用於實施形態1之變形例之天線裝置100A、及實施形態2至6之天線裝置200、200A、300、300A、400、500、600。
雖然以上是針對本發明之舉例顯示之實施形態之天線裝置來進行說明,但本發明並非限定於具體揭示之實施形態,可在沒有超脫申請專利範圍之情形下進行各種變形或變更。
10‧‧‧配線基板
11‧‧‧框體
50‧‧‧接地平面
50A‧‧‧端邊
51、52、53、54‧‧‧頂點
55‧‧‧金屬板
60‧‧‧無線模組
61‧‧‧高頻電源
62‧‧‧傳送通道
63、64、65‧‧‧穿孔
100、100A‧‧‧天線裝置
110‧‧‧天線單元
111、112、113‧‧‧線路
111A‧‧‧供電點
111B、111B1、111B2‧‧‧分歧點
111C‧‧‧彎折部
112A、113A‧‧‧端部
115‧‧‧元件晶片
120、130‧‧‧單元
150‧‧‧匹配電路
150C‧‧‧電容器
150L‧‧‧電感器
200、200A‧‧‧天線裝置
220‧‧‧無供電元件
221、223‧‧‧端部
222‧‧‧彎折部
225‧‧‧元件晶片
231、232、232A、233、233A、234‧‧‧金屬片
250‧‧‧匹配電路
250L1、250L2‧‧‧電感器
250C1、250C2‧‧‧電容器
300、300A、300B‧‧‧天線裝置
310、310A、310B‧‧‧天線單元
311、312、313、315、316‧‧‧線路
311A‧‧‧供電點
311B‧‧‧分歧點
312A、313A‧‧‧端部
312B‧‧‧缺口部
315A、316A‧‧‧供電部
315B、316B1、316B2‧‧‧分歧部
320、330‧‧‧單元
331、332、333、334‧‧‧金屬片
340‧‧‧USB連接器蓋體
340A‧‧‧端部
400‧‧‧天線裝置
410‧‧‧天線單元
411、412、413、414‧‧‧線路
411A‧‧‧供電點
411B‧‧‧分歧點
412A、413A、414A、414B‧‧‧端部
412B‧‧‧缺口部
416‧‧‧元件晶片
420、430‧‧‧單元
500‧‧‧天線裝置
550‧‧‧匹配電路
550L1、550L2‧‧‧電感器
550C‧‧‧電容器
600‧‧‧天線裝置
700‧‧‧天線裝置
710‧‧‧天線單元
711、712、713‧‧‧線路
711A‧‧‧供電點
711B‧‧‧彎折部
712A、713A‧‧‧端部
720、730‧‧‧單元
750‧‧‧匹配電路
750C‧‧‧電容器
750L‧‧‧電感器
762‧‧‧傳送通道
762A‧‧‧對應點
圖1...顯示實施形態1之天線裝置的圖。 圖2...顯示圖1之A-A箭頭視點截面的圖。 圖3...顯示天線裝置的平面圖。 圖4...天線裝置的等價電路圖。 圖5...顯示天線單元之阻抗的史密斯圖。 圖6...說明使用史密斯圖而決定電感L與電容C之方法的圖。 圖7...說明使用史密斯圖而決定電感L與電容C之方法的圖。 圖8...說明使用史密斯圖而決定電感L與電容C之方法的圖。 圖9...顯示天線裝置的平面圖。 圖10...天線裝置的等價電路圖。 圖11...顯示天線裝置之模擬模型的圖。 圖12...顯示天線裝置之模擬模型的圖。 圖13...顯示藉由圖11及圖12所示之模擬模型而獲得之S11 參數之頻率特性的圖。 圖14...顯示藉由圖11及圖12所示之模擬模型而獲得之總效率之頻率特性的圖。 圖15...顯示由實施形態1之天線裝置之第1變形例造成之模擬模型的圖。 圖16...顯示藉由圖15所示之模擬模型而獲得之S11 參數之頻率特性的圖。 圖17...顯示藉由圖15所示之模擬模型而獲得之總效率之頻率特性的圖。 圖18...顯示由實施形態1之天線裝置之第2變形例造成之模擬模型的圖。 圖19...顯示藉由圖18所示之模擬模型而獲得之S11 參數之頻率特性的圖。 圖20...顯示藉由圖18所示之模擬模型而獲得之總效率之頻率特性的圖。 圖21...顯示實施形態2之天線裝置的圖。 圖22...顯示天線單元之阻抗的史密斯圖。 圖23...天線裝置的等價電路圖。 圖24...顯示匹配電路之阻抗之頻率特性的圖。 圖25...顯示藉由圖21所示之天線裝置之模擬模型而獲得之S11 參數之頻率特性的圖。 圖26...顯示藉由圖21所示之模擬模型而獲得之總效率之頻率特性的圖。 圖27...顯示實施形態2之變形例之天線裝置的圖。 圖28...顯示實施形態3之天線裝置的圖。 圖29...顯示實施形態3之天線裝置的圖。 圖30...顯示藉由圖28所示之模擬模型而獲得之總效率之頻率特性的圖。 圖31...顯示實施形態3之變形例之天線裝置的圖。 圖32...顯示實施形態3之變形例之天線裝置的圖。 圖33...顯示實施形態4之天線裝置的圖。 圖34...顯示實施形態4之天線裝置的圖。 圖35...顯示實施形態4之天線裝置的圖。 圖36...顯示實施形態4之天線裝置的圖。 圖37...顯示藉由圖33至34所示之天線裝置之模擬模型而獲得之S11 參數之頻率特性的圖。 圖38...顯示藉由圖33至34所示之模擬模型而獲得之總效率之頻率特性的圖。 圖39...實施形態5之天線裝置的等價電路圖。 圖40...顯示實施形態6之天線裝置之模擬模型的圖。 圖41...顯示藉由圖40所示之模擬模型而獲得之S11 參數之頻率特性的圖。 圖42...顯示實施形態7之天線裝置的平面圖。 圖43...實施形態7之天線裝置的等價電路圖。

Claims (15)

  1. 一種天線裝置,包含:具有端邊之接地平面;匹配電路,與交流電源連接;T字型之天線單元,具有從與前述匹配電路連接之供電點朝離開前述端邊之方向伸延的第1線路、在第1彎折部自前述第1線路彎折而延伸至第1端部的第2線路、在第2彎折部自前述第1線路朝與前述第2線路相反之方向彎折而延伸至第2端部的第3線路,並在從前述第1線路之前述供電點經過前述第1彎折部而到前述第2線路之前述第1端部為止之區間建構第1單元,在從前述供電點經過前述第2彎折部而到前述第3線路之前述第2端部為止之區間建構第2單元;前述第1單元之第1長度比前述第2單元之第2長度還長;前述第1長度是低於第1頻率之第1波長之電長度的四分之一波長;前述第2長度是比第2頻率之第2波長之電長度的四分之一波長還短、比第3頻率之第3波長之電長度的四分之一波長還長,該第2頻率是高於前述第1頻率,該第3頻率是高於前述第2頻率;前述第1單元在前述匹配電路未連接至前述交流電源之狀態下,具有比前述第1頻率還高、比前述第2頻率還低之共振頻率;前述第2單元在前述匹配電路未連接至前述交流電源之狀態下,具有比前述第2頻率還高、比前述第3頻率還低之共振頻率;第1值小於第2值,其中該第1值是將從前述供電點至前述第1彎折部為止之長度除以前述第1波長之電長度所獲得的值,該第2值是將從前述供電點至前述第2彎折部為止之長度除以前述第2波長之電長度所獲得的值;前述匹配電路之阻抗的虛數成分在前述第1頻率及前述第2頻率是正值、在前述第3頻率是負值,且該天線裝置是以前述第1頻率、前述第2頻率及前述第3頻率通訊。
  2. 一種天線裝置,包含:具有端邊之接地平面;匹配電路,與交流電源連接;T字型之天線單元,具有從與前述匹配電路連接之供電點朝離開前述端邊之方向伸延的第1線路、在第1彎折部自前述第1線路彎折而延伸至第1端部的第2線路、在第2彎折部自前述第1線路朝與前述第2線路相反之方向彎折而延伸至第2端部的第3線路,並在從前述第1線路之前述供電點經過前述第1彎折部而到前述第2線路之前述第1端部為止之區間建構第1單元,在從前述第1線路之前述供電點經過前述第2彎折部而到前述第3線路之前述第2端部為止之區間建構第2單元;前述第1單元之第1長度比前述第2單元之第2長度還長;前述第1長度是低於第1頻率之第1波長之電長度的四分之一波長;前述第2長度是比第2頻率之第2波長之電長度的四分之一波長還短、比第3頻率之第3波長之電長度的四分之一波長還長,該第2頻率是高於前述第1頻率,該第3頻率是高於前述第2頻率;前述第1單元在前述匹配電路未連接至前述交流電源之狀態下,具有比前述第1頻率還低之共振頻率;前述第2單元在前述匹配電路未連接至前述交流電源之狀態下,具有比前述第2頻率還高、比前述第3頻率還低之共振頻率;第1值小於第2值,其中該第1值是將從前述供電點至前述第1彎折部為止之長度除以前述第1波長之電長度所獲得的值,該第2值是將從前述供電點至前述第2彎折部為止之長度除以前述第2波長之電長度所獲得的值;前述匹配電路之阻抗的虛數成分在前述第1頻率及前述第3頻率是負值、在前述第2頻率是正值,且該天線裝置是以前述第1頻率、前述第2頻率及前述第3頻率通訊。
  3. 一種天線裝置,包含:具有端邊之接地平面;傳送通道,具有與交流電源連接之一端、及在平面視點下自前述端邊突出之另一端;匹配電路,與前述另一端連接;T字型之天線單元,具有從與前述傳送通道之前述另一端連接之供電點朝離開前述端邊之方向伸延的第1線路、在第1彎折部自前述第1線路彎折而延伸至第1端部的第2線路、在第2彎折部自前述第1線路朝與前述第2線路相反之方向彎折而延伸至第2端部的第3線路,並在從前述供電點經過前述第1彎折部而到前述第2線路之前述第1端部為止之區間建構第1單元,在從前述供電點經過前述第2彎折部而到前述第3線路之前述第2端部為止之區間建構第2單元;前述第1單元之第1長度比前述第2單元之第2長度還長;前述第1長度是低於第1頻率之第1波長之電長度的四分之一波長;前述第2長度是比第2頻率之第2波長之電長度的四分之一波長還短、比第3頻率之第3波長之電長度的四分之一波長還長,該第2頻率是高於前述第1頻率,該第3頻率是高於前述第2頻率;前述第1單元在前述匹配電路未連接至前述另一端之狀態下,具有比前述第1頻率還高、比前述第2頻率還低之共振頻率;前述第2單元在前述匹配電路未連接至前述另一端之狀態下,具有比前述第2頻率還高、比前述第3頻率還低之共振頻率;第1值小於第2值,其中該第1值是將從前述供電點至前述第1彎折部為止之長度除以前述第1波長之電長度所獲得的值,該第2值是將從前述供電點至前述第2彎折部為止之長度除以前述第2波長之電長度所獲得的值;前述匹配電路之阻抗的虛數成分在前述第1頻率及前述第2頻率是正值、在前述第3頻率是負值,且該天線裝置是以前述第1頻率、前述第2頻率及前述第3頻率通訊。
  4. 一種天線裝置,包含:具有端邊之接地平面;傳送通道,具有與交流電源連接之一端、及在平面視點下自前述端邊突出之另一端;匹配電路,與前述另一端連接;T字型之天線單元,具有從與前述匹配電路連接之供電點朝離開前述端邊之方向伸延的第1線路、在第1彎折部自前述第1線路彎折而延伸至第1端部的第2線路、在第2彎折部自前述第1線路朝與前述第2線路相反之方向彎折而延伸至第2端部的第3線路,並在從前述第1線路之前述供電點經過前述第1彎折部而到前述第2線路之前述第1端部為止之區間建構第1單元,在從前述第1線路之前述供電點經過前述第2彎折部而到前述第3線路之前述第2端部為止之區間建構第2單元;前述第1單元之第1長度比前述第2單元之第2長度還長;前述第1長度是比第1頻率之第1波長之電長度的四分之一波長還長;前述第2長度是比第2頻率之第2波長之電長度的四分之一波長還短、比第3頻率之第3波長之電長度的四分之一波長還長,該第2頻率是高於前述第1頻率,該第3頻率是高於前述第2頻率;前述第1單元在前述匹配電路未連接至前述另一端之狀態下,具有比前述第1頻率還低之共振頻率;前述第2單元在前述匹配電路未連接至前述另一端之狀態下,具有比前述第2頻率還高、比前述第3頻率還低之共振頻率;第1值小於第2值,其中該第1值是將從前述供電點至前述第1彎折部為止之長度除以前述第1波長之電長度所獲得的值,該第2值是將從前述供電點至前述第2彎折部為止之長度除以前述第2波長之電長度所獲得的值;前述匹配電路之阻抗的虛數成分在前述第1頻率及前述第3頻率是負值、在前述第2頻率是正值,且該天線裝置是以前述第1頻率、前述第2頻率及前述第3頻率通訊。
  5. 如請求項1至4中任一項之天線裝置,其中前述第1頻率是800MHz帶,前述第2頻率是1.5GHz帶,前述第3頻率是1.7GHz~2GHz帶。
  6. 如請求項1至4中任一項之天線裝置,其中更包含有第1阻抗元件,該第1阻抗元件設在前述供電點與前述第1彎折部或前述第2彎折部之間,規定前述第1單元之前述共振頻率與前述第1頻率之關係。
  7. 如請求項6之天線裝置,其中前述第1阻抗元件具有令在前述第1頻率之前述天線單元之導納之實數成分之值成為20毫西門子之阻抗。
  8. 如請求項1至4中任一項之天線裝置,其中更包含有無供電元件,該無供電元件與前述接地平面連接,與前述第1單元或前述第2單元耦合。
  9. 如請求項8之天線裝置,其中前述無供電元件具有與前述接地平面連接之連接端、及設置在比前述連接端還要位於前述供電點側之開放端;其中天線裝置更包含有第2阻抗元件,該第2阻抗元件在前述連接端以串聯方式插入於前述無供電元件與前述接地平面之間,阻抗之虛數成分在前述第1頻率是負值,阻抗之虛數成分在前述第2頻率及前述第3頻率是正值。
  10. 如請求項9之天線裝置,其中前述無供電元件是連接器之金屬框。
  11. 如請求項1至4中任一項之天線裝置,其中更包含:漂移片,從前述第1端部或前述第2端部之附近,在平面視點下沿著前述接地平面之與前述端邊鄰接之邊伸延;接地片,與前述漂移片分離而沿著前述鄰接之邊伸延,並與前述接地平面連接。
  12. 如請求項11之天線裝置,其中前述漂移片之靠近前述第1端部或前述第2端部側之端部是隨著往該端部之前端而寬度變細之錐狀。
  13. 如請求項1至4中任一項之天線裝置,其中在前述供電點與前述第1彎折部之間、以及前述供電點與前述第2彎折部之間,建構在平面視點下隨著從前述供電點往前述第1彎折部及前述第2彎折部而寬度變寬之寬廣部。
  14. 如請求項13之天線裝置,其中前述寬廣部在平面視點下是於寬度方向之中間具有槽孔,在平面視點下是V字型。
  15. 如請求項1至4中任一項之天線裝置,其中更包含有:可變阻抗元件,該可變阻抗元件係以串聯方式插入於下述之點與前述端邊之間,其中該點為前述第1端部與前述第1彎折部之間的點,在前述第1頻率成為高阻抗,在前述第2頻率及前述第3頻率導通;藉由前述第1單元、前述可變阻抗元件、前述端邊而建構之迴路電路是在前述第2頻率及前述第3頻率讓迴路電流流動。
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