CN109560367A - 天线装置 - Google Patents

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Abstract

公开一种天线装置。所述天线装置包括：主天线元件和子天线元件，子天线元件被配置为与主天线元件形成互耦，其中，子天线元件的中轴与主天线元件的中轴形成不同于直角的角度。

Description

天线装置
本申请要求于2017年9月25日提交到韩国知识产权局的第10-2017-0123515号韩国专利申请的权益，所述韩国专利申请的全部公开出于所有目的通过引用包含于此。
技术领域
以下描述涉及一种天线装置。
背景技术
随着通信技术(例如，短距离无线通信、蓝牙)以及无线电力传输技术的发展，电子装置或***活体的可植入装置可需要尺寸小且被配置为沿所有方向稳定地发送和接收信号的天线装置。
使用多个天线模块，无线信号以及电力传输和接收可沿各种方向成为可能。然而，连接这些天线模块可能是困难的，并且制造的成本可能由于额外的组件而提高。
发明内容
提供本发明内容以采用简化的形式介绍在下面的具体实施方式中进一步描述的构思的选择。本发明内容不意图识别要求保护的主题的关键特征或必要特征，也不意图被用于帮助确定要求保护的主题的范围。
在一个总的方面，提供一种天线装置，包括：主天线元件和子天线元件，主天线元件被配置为响应于电力被供应到主天线元件，与子天线元件形成互耦，子天线元件被配置为与主天线元件形成互耦，其中，子天线元件的中轴与主天线元件的中轴形成不同于直角的角度。
所述角度可基于主天线元件和子天线元件的互耦系数来确定。
布置主天线元件的平面和布置子天线元件的平面可形成基于互耦系数计算的角度。
互耦系数可基于主天线元件的电感、子天线元件的电阻以及子天线元件的电感，或者基于主天线元件的电容、子天线元件的电阻以及子天线元件的电容来确定。
子天线元件可被配置为：响应于与主天线元件的互耦，允许具有从在主天线元件中流动的电流的相位被延迟90°的相位的电流流入子天线元件。
主天线元件和子天线元件可具有相同的电阻、电抗和尺寸，并且子天线元件可被配置为：响应于与主天线元件的互耦，允许具有与在主天线元件中流动的电流的大小相等的大小的电流流入子天线元件。
主天线元件和子天线元件可被布置为防止主天线元件和子天线元件之间的电接触。
主天线元件和子天线元件可为环型天线。
主天线元件和子天线元件可为偶极子型天线。
子天线元件可以是被布置为与主天线元件形成互耦的多个天线。
所述天线装置可包括：馈源，被配置为通过有线连接直接向主天线元件供应电力。
所述天线装置可包括：馈源，被配置为通过互耦向主天线元件供应电力。
子天线元件可以是被配置为与主天线元件形成互耦的多个天线，其中，馈源可被配置为与主天线元件或所述多个天线中的至少一个形成互耦。
所述天线装置可包括：通信器，被配置为与主天线元件形成互耦并通过互耦向主天线元件传送信号；固定器，被配置为将通信器固定到与主天线元件和子天线元件的中心对应的空间。
子天线元件可包括环型天线以及电容器。
所述电容器的电容可基于在主天线元件与子天线元件之间形成的互耦的谐振频率以及所述环型天线的电感来确定。
子天线元件可包括偶极子型天线以及电感器。
所述电感器的电感可基于在主天线元件与子天线元件之间形成的互耦的谐振频率以及所述偶极子型天线的电容来确定。
主天线元件可包括：第一阻抗匹配器，被配置为改变主天线元件的阻抗。
主天线元件可被配置为产生沿第一方向的磁场，子天线元件可被配置为产生沿与第一方向正交的第二方向的磁场。
主天线元件的中轴可对应于布置主天线元件的平面的法向量。
子天线元件的中轴可对应于布置子天线元件的平面的法向量。
所述电容器可被配置为允许具有从在主天线元件中流动的电流的相位被延迟90°的相位的电流流入子天线元件。
子天线元件可包括：第二阻抗匹配器，被配置为改变子天线元件的阻抗。
在另一总的方面，提供一种天线装置，包括：主天线元件和多个天线，主天线元件被配置为响应于电力被供应到主天线元件，与所述多个天线中的每个形成互耦，所述多个天线中的每个连接到各自的电抗组件，所述多个天线中的每个的中轴与主天线元件的中轴形成不同于直角的角度，其中，互耦基于所述多个天线中的各个天线的中轴与主天线元件的中轴之间的角度以及所述各个天线的电抗组件的电抗值。
所述天线装置可包括：馈源，被配置为与主天线元件或所述多个天线中的至少一个形成互耦。
其他特征和方面将从下面的具体实施方式、附图以及权利要求而清楚。
附图说明
图1和图2是示出天线元件的类型的示例的示图。
图3至图5是示出天线元件的辐射的示例的示图。
图6至图9是示出彼此正交的两个环型天线元件以及天线元件的辐射的示例的示图。
图10和图11是示出环型天线元件的布置的示例的示图。
图12是示出如图10和图11所示布置的天线元件的互耦的示例的示图。
图13是示出如图10和图11所示布置的天线元件的等效电路的示例的示图。
图14是示出在如图10和图11所示布置的天线元件中流动的电流之间的相位差和电流比的示例的曲线图。
图15是示出包括天线元件的天线装置的辐射的示例的曲线图。
图16是示出包括被配置为通过互耦向如图10和图11所示布置的天线元件提供电力的结构的天线装置的示例的示图。
图17是示出图16的天线装置的天线元件的互耦的示例的示图。
图18是示出图16的天线装置的等效电路的示例的示图。
图19至图21是示出天线装置的馈源与天线元件之间的连接的示例的示图。
图22是示出天线装置的包装件的示例的示图。
图23和图24是示出偶极子型天线元件的布置的示例的示图。
图25是示出如图23和图24所示布置的天线元件的等效电路的示例的示图。
图26和图27是示出包括连接到馈源的主天线元件和与主天线元件形成互耦的多个子天线元件的天线装置的示例的示图。
图28和图29是示出包括与馈源形成互耦的多个天线元件的天线装置的示例的示图。
图30和图31是示出由单个天线元件造成的辐射的示例的示图。
图32和图33是示出由主天线元件和与主天线元件形成互耦的子天线元件造成的辐射的示例的示图。
图34是示出天线装置的示例的示图。
贯穿附图和具体实施方式，除非另外描述或提供，否则相同的附图标号将被理解为表示相同的元件、特征和结构。附图可不按比例，为了清楚、说明和方便，附图中的元件的相对大小、比例和描绘可被夸大。
具体实施方式
提供下面的具体描述，以帮助读者获得对这里描述的方法、设备和/或***的全面的理解。然而，在理解本申请的公开之后，这里描述的方法、设备和/或***的各种改变、修改和等同物将是清楚的。例如，这里描述的操作的顺序仅是示例，操作的顺序不限于这里阐述的顺序，而是除了必须以特定顺序发生的操作以外，可如在理解本申请的公开之后将清楚的那样被改变。此外，为了更加清楚和简明，本领域已知的特征的描述可被省略。
这里描述的特征可以以不同的形式体现，并不被解释为局限于这里所描述的示例。相反，已经提供这里描述的示例，仅为了示出在理解本申请的公开之后将清楚的实现这里描述的方法、设备和/或***的多种可能的方式中的一些方式。
贯穿本说明书，当元件(诸如，层、区域或基底)被描述为“在”另一元件“上”、“连接到”或“结合到”另一元件时，它可直接“在”所述另一元件“上”、直接“连接到”或“结合到”所述另一元件，或者它们之间可存在一个或多个其他元件。相反，当元件被描述为“直接在”另一元件“上”、“直接连接到”或“直接结合到”另一元件时，它们之间可不存在其他元件。如在这里使用的，术语“和/或”包括相关所列项的任何一个以及任何两个或更多个的任何组合。
虽然诸如“第一”、“第二”和“第三”的术语可在这里使用以描述各种构件、组件、区域、层或部分，但是这些构件、组件、区域、层或部分不被这些术语所限制。相反，这些术语仅用于将一个构件、组件、区域、层或部分与另一构件、组件、区域、层或部分区分。因此，在不脱离示例的教导的情况下，这里描述的示例中所称的第一构件、组件、区域、层或部分也可被称为第二构件、组件、区域、层或部分。
这里使用的术语仅用于描述各种示例，而不用于限制本公开。除非上下文明确地另有指示，否则冠词意图也包括复数形式。术语“包括”、“包含”和“具有”指定存在陈述的特征、数量、操作、构件、元件和/或它们的组合，但不排除存在或添加一个或多个其他特征、数量、操作、构件、元件和/或它们的组合。
此外，在实施例的描述中，当认为公知的相关结构或功能的具体描述将导致本公开的模糊解释时，将省略这样的描述。
图1和图2是示出天线元件的类型的示例的示图。
参照图1和图2，天线元件110和210是用于发送或接收特定波段的电磁波的元件。例如，这里使用的天线元件110和210可以是谐振器天线。当这样的谐振器天线发送或接收电磁波时，在包括在谐振器天线中的导线中流动的电流信号、电压信号等可通过驻波图案来指示。
在一个示例中，天线元件110和210可接收从外部源辐射的电磁波，或当由馈源(feeder)120和220供应电力时向外部辐射电磁波。例如，天线元件的类型可分为如图1的天线元件110所示的偶极子型，以及如图2的天线元件210所示的环型。
参照图1，偶极子型天线元件110是指馈源120连接在导线中的天线元件。虽然馈源120被示出为布置在导线的中心，但馈源120的布置不限于本说明性示例。
参照图2，环型天线元件210是指连接到馈源220的导线为环形形式的天线元件。虽然在图2中示出圆环，但环不限于本说明性示例，环可被设置为其他形式，例如，导线可缠绕若干次以成为方形形状、三角形状、圆形形状或椭圆形状。
图3至图5是示出天线元件的辐射的示例的示图。
为便于描述，图3示出图2的环型天线元件210被布置在xy平面上的结构。然而，结构不限于本说明性示例。
为了描述天线元件210的辐射，在图3中，天线元件210的中心被示出为原点。在一个示例中，辐射模式向量301为指示从天线元件210出发沿一定方向的辐射的向量。
在极坐标***中，在辐射模式向量301与z轴之间形成的角度被表示为θ，在辐射模式向量301与xz平面之间形成的角度被表示为φ。这里，由辐射模式向量301针对原点形成的角度θ和φ指示辐射方向，辐射模式向量301的大小指示辐射功率。
在直角坐标***中，辐射模式向量301的大小指示辐射功率，辐射模式向量301的方向指示辐射方向。
图4示出基于方向的辐射功率密度(例如，辐射模式)的示例。参照图4，水平轴对应于xy平面上的轴。如图4所示，图3中示出的环型天线元件210可基于z轴具有彼此对称的环形的辐射模式。
图5是示出图4中示出的辐射模式关于θ的示例的曲线图。如图5所示，与沿θ为90°的方向的辐射功率相比，沿θ为0°的方向和沿θ为180°的方向的辐射功率可减小或衰减15分贝(dB)或更多。虽然未示出，但是由图1中示出的偶极子型天线元件110辐射的辐射功率也可针对特定角度减小15dB或更多。
图6至图9是示出彼此正交的两个环型天线元件以及天线元件的辐射的示例的示图。
图6示出两个环型天线元件被布置为彼此正交的天线装置的示例。参照图6，第一天线元件610和第二天线元件620可为具有相同特性(例如，大小、电阻和品质因数)的元件。为便于描述，第一天线元件610被示出为被布置在xy平面上，第二天线元件620被示出为被布置为yz平面上。然而，布置不限于本说明性示例，在不脱离描述的说明性示例的精神和范围和情况下，可使用其他布置。
如图6所示布置的天线元件610和620可具有如图7所示的辐射模式。如图7所示，天线元件610自身可具有辐射模式710。然而，第一天线元件610和第二天线元件620可沿辐射功率减小的方向互为补充。在图5中，由第一天线元件610形成的辐射的辐射功率沿θ为0°的方向和θ为180°的方向减小。然而，在图7中，沿θ为0°的方向和θ为180°的方向的辐射功率可由第二天线元件620补充。
参照图7，包括第一天线元件610和第二天线元件620的天线装置可具有这样的辐射模式，所述辐射模式具有沿所有方向一致的辐射功率730。参照图8，包括第一天线元件610和第二天线元件620的天线装置可具有这样的辐射模式，所述辐射模式沿θ为90°的方向具有大约3dB的辐射功率差。
参照图9，天线装置包括匹配第一天线元件610和第二天线元件620的各自的阻抗的阻抗匹配器IM 911和IM 912。此外，天线装置通过相位延迟器PD 913将在第二天线元件620中流动的电流i2的相位延迟。例如，如等式1所示，天线装置可将在第一天线元件610中流动的电流i1与在第二天线元件620中流动的电流i2之间的相位差确定为90°。
[等式1]
因此，天线装置可向彼此正交的天线元件馈送或供应具有90°的相位差的电流，从而产生圆极化(circular polarization)。
图10和图11是示出环型天线元件的布置的示例的示图。
图10是环型天线元件的布置的俯视图。图11是环型天线元件的布置的立体图。参照图10和图11，在一个示例中，布置第一天线元件1010的平面和布置第二天线元件1020的平面可形成与直角不同的角度。因此，第一天线元件1010和第二天线元件1020可被布置为使得第一天线元件1010的中轴和第二天线元件1020的中轴可形成与直角不同的角度或中轴彼此不正交的角度。在一个示例中，第一天线元件1010的中轴和第二天线元件1020的中轴可以是非平行的。在一个示例中，第一天线元件1010的中轴对应于布置第一天线元件1010的平面的法向量，第二天线元件1020的中轴对应于布置第二天线元件1020的平面的法向量。
在布置第一天线元件1010的平面与布置第二天线元件1020的平面之间形成的角度可为90°-ψ。布置第一天线元件1010的平面和布置第二天线元件1020的平面可被布置为形成基于预设的互耦系数计算的角度。这里，在第一天线元件1010的中轴与第二天线元件1020的中轴之间形成的角度可为90°-ψ。
在一个示例中，ψ表示在布置第一天线元件1010的平面与第二天线元件1020的中轴之间形成的角度。在一个示例中，ψ还表示在布置第二天线元件1020的平面与第一天线元件1010的中轴之间形成的角度。这里，ψ可基于第一天线元件1010和第二天线元件1020所需的互耦系数k来确定。例如，ψ可以是大于0°且小于90°的角度。
第一天线元件1010和第二天线元件1020还可被布置为使得在第一天线元件1010的辐射模式的方向与第二天线元件1020的辐射模式的方向之间形成的角度接近于直角或与直角基本相同。例如，互耦系数k可被设计为最小化ψ。因此，第一天线元件1010的中轴和第二天线元件1020的中轴可形成略小于直角的角度。因此，第一天线元件1010可产生沿第一方向的磁场，第二天线元件1020可产生沿类似于与第一方向正交的方向的第二方向的磁场。
此外，第一天线元件1010和第二天线元件1020可被布置为防止第一天线元件1010和第二天线元件1020之间的电接触。
图12是示出如图10和图11所示布置的天线元件的互耦的示例的示图。
参照图12，天线装置包括第一天线元件1210、第二天线元件1220和IM1230。在一个示例中，第一天线元件1210和第二天线元件1220被实现为环型天线。在这样的示例中，第二天线元件1220可包括作为电抗组件的电容器C2。
如图10和图11所示，第一天线元件1210和第二天线元件1220可被设计为形成略微不同于90°的角度。图10和图11中示出的两个天线元件的这样的布置可具有沿所有方向一致的辐射模式，并在这两个天线元件之间产生弱互耦。参照图12，第一天线元件1210通过IM1230连接到馈源，第二天线元件1220在没有直接接触的情况下通过互耦电连接到第一天线元件1210。为了控制互耦，电抗元件(例如，电感器L(未示出)或电容器C2)可连接到第二天线元件1220。虽然电抗元件在图12中被示出为电容器C2，但是电抗元件不限于本说明性示例。IM 1230连接到第一天线元件1210以匹配第一天线元件1210的阻抗。
电抗元件(例如，图12中的电容器C2)的电抗值可被设计为使得在第一天线元件1210和第二天线元件1220中流动的电流之间的相位差为90°。
第一天线元件1210和第二天线元件1220可通过图10和图11中示出的布置形成互耦。例如，第一天线元件1210和第二天线元件1220可被布置为使得第一天线元件1210的中轴和第二天线元件1220的中轴形成不同于90°直角的90°-ψ的角度。第一天线元件1210和第二天线元件1220可形成与互耦系数k对应的互耦。
在一个示例中，天线装置可通过第一天线元件1210和第二天线元件1220之间的互耦向第二天线元件1220馈送或供应电力，而不是通过直接导线连接向第二天线元件1220馈送或供应电力。因此，天线装置可被实现为没有用于直接向第二天线元件1220馈送或供应电力的馈送通过点(feedthrough point)的简单结构，同时减小沿所有方向的辐射功率的差异。
图13是示出如图10和图11所示布置的天线元件的等效电路的示例的示图。
图12中示出的天线元件的互耦可在图13中示出的等效电路中实现。参照图13，R1指示图12的第一天线元件1210的电阻，L1指示第一天线元件1210的电感。R2指示图12的第二天线元件1220的电阻，L2指示第二天线元件1220的电感，C2指示连接到第二天线元件1220的电抗元件的电容。i1指示通过IM供应并在第一天线元件1210中流动的电流，i2指示通过互耦感应的并在第二天线元件1220中流动的电流。k指示互耦系数或在第一天线元件1210和第二天线元件1220之间形成的互耦的系数。与图13中示出的等效电路关联的等式2可如下所示。
[等式2]
在等式2中，ω表示通过IM供应的电力的频率。等式2还可通过从等式2导出第一天线元件1210的电流i1和第二天线元件1220的电流i2之间的电流比而被表示为等式3。
[等式3]
为了使第一天线元件1210和第二天线元件1220具有沿所有方向一致的辐射模式，第一天线元件1210的电流i1和第二天线元件1220的电流i2之间在谐振频率f0的相位差可被设计为90，并且电流i1和i2之间的电流比可如下面等式4所示被设计为a。因此，响应于与第一天线元件1210的互耦，第二天线元件1220可允许具有从在第一天线元件1210中流动的电流的相位被延迟90°的相位的电流流入第二天线元件1220。电流大小或幅值比可基于第一天线元件1210和第二天线元件1220的类型和尺寸被确定。这里，电流的大小也可被解释为指示电流的幅值，或者术语“大小”和“幅值”在此可互换使用。
例如，为了形成沿所有方向一致的辐射功率，天线装置的第一天线元件1210的辐射功率和天线装置的第二天线元件1220的辐射功率可需要彼此相等。当包括在天线装置中的两个天线元件1210和1220的类型和尺寸相同时，基于两个天线元件1210和1220的电流的大小的辐射功率也可相同，因此，流入两个天线元件1210和1220的电流的大小可被设计为彼此相等。然而，当两个天线元件1210和1220的类型和尺寸不同时，基于天线元件1210和1220中的每个的电流的大小的辐射功率可基于天线元件1210和1220中的每个的仿真来估计。因此，当两个天线元件1210和1220的类型和尺寸不同时，电流幅值比a可基于仿真的结果被设计为使得第一天线元件1210的辐射功率和第二天线元件1220的辐射功率彼此相等。
[等式4]
其中ω＝ω0＝2πf0
满足上面等式4的约束的互耦系数k和电容C2可被导出如等式5所示。
[等式5]
如等式5所示，互耦系数k可基于电流比a、谐振频率ω0、第二天线元件1220的电阻R2、第二天线元件1220的电感L2以及第一天线元件1210的电感L1来确定。包括在第二天线元件1220中的电容器的电容C2可基于谐振频率ω0和第二天线元件1220的电感L2来确定。
在一个示例中，在第一天线元件1210的中轴与第二天线元件1220的中轴之间形成的角度基于第一天线元件1210和第二天线元件1220所需的互耦系数来确定。例如，该角度可基于如等式5所示的互耦系数k来确定。例如，针对天线元件的互耦系数k可从等式5导出，并且满足导出的互耦系数k的角度可通过仿真而在天线元件的中轴之间形成的角度中被确定。
图14是示出在如图10和图11所示布置的天线元件中流动的电流之间的相位差和电流比的示例的曲线图。
例如，当图12的第一天线元件1210和第二天线元件1220的尺寸和特性相同时，如在等式6中表示的约束条件可关联等式3被设置。例如，第一天线元件1210和第二天线元件1220可在类型和尺寸上相同，并具有相同的电阻和电抗。
[等式6]
当L1＝L2时，其中
在等式6中，Q表示与天线特性对应的品质因数。满足等式3和等式6的约束条件的互耦系数k和电容C2可被导出为如等式7所示。
[等式7]
kQ＝1
因此，当两个天线元件1210和1220具有相同的特性时，互耦系数k可被设计为与品质因数Q的倒数对应的值。电容C2可基于谐振频率ω0和第二天线元件1220的电感L2来确定。
被设计为满足上面等式7的天线装置可具有图14中示出的仿真结果。图14示出在433兆赫兹(MHz)的谐振频率下的频率响应。在433MHz的谐振频率下，在两个天线元件(例如，两个天线元件1210和1220)中流动的电流之间的电流比1410可为1，表示电流的大小彼此相等。此外，电流之间的相位差1420可被测量为90°。响应于与第一天线元件1210的互耦，第二天线元件1220可允许与在第一天线元件1210中流动的电流大小相同的电流流入第二天线元件1220。
图15是示出包括天线元件的天线装置的辐射的示例的曲线图。
图15示出以不同于直角的角度布置的第一天线元件和第二天线元件沿所有方向的辐射的仿真的结果。
例如，包括在每个天线元件中的导线的线宽为0.4毫米(mm)，并且导线的材料为铜。第一天线元件和第二天线元件可被布置为使得在第一天线元件的中轴与第二天线元件的中轴之间形成的角度为84°。连接到第二天线元件的电容器的电容C2可被设计为4.7皮法(pF)。每个天线元件的电感L可为30纳亨(nH)，品质因数Q可为40。
图15还示出天线装置在433MHz的谐振频率下仅向第一天线元件供应电力的仿真的结果。如图所示，第一天线元件和第二天线元件沿所有方向的辐射功率的辐射功率差为大约4dB。
图16是示出包括被配置为通过互耦向如图10和图11所示布置的天线元件提供电力的结构的天线装置的示例的示图。
参照图16，与图10和图11中示出的布置类似，第一天线元件1610和第二天线元件1620被布置为使得第一天线元件1610的中轴和第二天线元件1620的中轴之间形成不同于直角90°的角度。
馈源1640被布置在与布置第一天线元件1610的平面相同的平面上。馈源1640可通过互耦向第一天线元件1610供应电力。通过互耦，不需要馈源1640和第一天线元件1610之间的直接连接，因此，制造天线装置的不便和天线装置所需的元件的数量可减少。在馈源1640和第二天线元件1620之间也可形成互耦。然而，与馈源1640和第一天线元件1610之间的互耦的强度相比，馈源1640和第二天线元件1620之间的互耦的强度可以是无关紧要的。
图17是示出图16的天线装置的天线元件的互耦的示例的示图。
如图16所示布置的第一天线元件1610、第二天线元件1620和馈源1640可形成如图17所示的互耦。例如，如图所示，馈源1640和第一天线元件1610形成具有互耦系数k0的互耦，这里使用的i0指示在馈源1640中流动的电流。此外，第一天线元件1610和第二天线元件1620形成具有互耦系数k的互耦。第一天线元件1610可连接到用作电抗元件的电容器以与馈源1640形成互耦，该电容器具有电容C1。第二天线元件1620可连接到用作电抗元件的电容器以与第一天线元件1610形成互耦，该电容器具有电容C2。
图18是示出图16的天线装置的等效电路的示例的示图。
图18示出通过图17中示出的第一天线元件1610、第二天线元件1620和馈源1640的互耦的等效电路。参照图18，L0指示馈源1640的电感，R1指示第一天线元件1610的电阻，L1指示第一天线元件1610的电感。此外，R2指示第二天线元件1620的电阻，L2指示第二天线元件1620的电感。
第一天线元件1610和第二天线元件1620之间的互耦的互耦系数k以及连接到第二天线元件1620的电容器的电容C2可基于以上参照图13所述的等式来导出。
图19至图21是示出天线装置的馈源与天线元件之间的连接的示例的示图。
图19示出第一天线元件1910通过馈送通过点1941连接到馈源1940的结构的示例。第一天线元件1910可通过图20或图21中示出的布置电连接到第二天线元件1920。
图20示出第二天线元件1920通过两个额外的馈送通过点1942连接到馈源1940的结构的示例。
图21示出与图20示出的结构不同的结构，其中，第一天线元件1910和第二天线元件1920在没有额外的馈送通过点的情况下通过互耦电连接。通过在第一天线元件1910的中轴和第二天线元件1920的中轴被布置为形成不同于直角的角度时所形成的互耦，更少数量的馈送通过点可被使用。此外，馈送通过点的数量的这样的减少可降低制造难度的水平，并且还减少制造成本。
图22是示出天线装置的包装件(packaging case)的示例的示图。
参照图22，天线装置包括第一天线元件2210、第二天线元件2220和馈源2240。此外，天线装置还包括用于固定第一天线元件2210、第二天线元件2220和馈源2240的固定器2250。馈源2240可通过图21中示出的结构在没有额外连接的情况下使用互耦向第一天线元件2210和第二天线元件2220供应电力。通过第一天线元件2210和第二天线元件2220之间的互耦，电力可被分布到第一天线元件2210和第二天线元件2220，并且在第一天线元件2210和第二天线元件2220之间可产生相位差。
馈源2240包括被配置为与第一天线元件2210形成互耦并通过该互耦向第一天线元件2210传送信号的通信器。例如，通信器可通过第一天线元件2210和第二天线元件2220向外部发送从活体目标2290收集的感测数据。
固定器2250可使用例如填充和框架结构(a filler and a frame structure)来固定第一天线元件2210、第二天线元件2220和馈源2240中的每个的布置。例如，固定器2250可将通信器固定到与第一天线元件2210和第二天线元件2220的中心对应的空间。
如图22所示，天线元件可***活体目标2290的体内(例如，胃部)。在一个示例中，天线装置可具有沿所有方向一致的辐射模式，并因此接收从活体目标2290的外部沿特定方向发送的信号或向外发送信号。因此，天线装置可被实现为可***活体目标(例如，活体目标2290)的可植入装置。
图23和图24是示出偶极子型天线元件的布置的示例的示图。
参照图23，天线装置的第一天线元件2310和第二天线元件2320可被实现为偶极子型天线。第二天线元件2320可包括作为电抗元件的电感器。IM2330可连接到第一天线元件2310。
第一天线元件2310和第二天线元件2320被布置为使得第一天线元件2310的中轴和第二天线元件2320的中轴形成不同于直角的角度(例如，90°-ψ)。偶极子型天线元件的中轴是指穿过包括在偶极子型天线元件中的导线的中心的轴。
参照图24，第一天线元件2310和第二天线元件2320通过图23中示出的布置在它们之间形成互耦。这里，第二天线元件2320连接到电抗元件2421以与第一天线元件2310形成互耦。例如，电抗元件2421可为电感器。
图25是示出如图23和图24所示布置的天线元件的等效电路的示例的示图。
图24中示出的天线装置可被解释为图25中示出的等效电路。参照图25，R1、C1和V1分别指示第一天线元件2310的电阻、第一天线元件2310的电容和施加到第一天线元件2310的电压。此外，R2、C2和V2分别指示第二天线元件2320的电阻、第二天线元件2320的电容和施加到第二天线元件2320的电压。此外，L2指示连接到第二天线元件2320的电抗元件的电感，k指示在第一天线元件2310和第二天线元件2320之间形成的互耦的互耦系数。与图25中示出的等效电路关联的等式8可如下表示。
[等式8]
基于施加到天线元件2310和2320的电压的比率，等式8还可由等式9表示。
[等式9]
在一个示例中，对于偶极子型天线元件，两个天线元件的电压的大小的比率可被设计为b，并且相位差可被设计为90°以形成一致的辐射模式。
[等式10]
其中ω＝ω0＝2πf0
基于等式9和等式10的约束条件，互耦系数k和电抗元件的电感L2可如等式11所示来导出。
[等式11]
如以上等式11所示，互耦系数k可基于电压比b、谐振频率ω0、第二天线元件2320的电阻R2、第二天线元件2320的电容C2以及第一天线元件2310的电容C1来确定。包括在第二天线元件2320中的电感器的电感L2可基于谐振频率ω0和第二天线元件2320的电容C2来确定。
在一个示例中，在第一天线元件2310的中轴与第二天线元件2320的中轴之间形成的角度基于等式11的互耦系数k来确定。例如，天线元件的互耦系数可从等式11导出，满足导出的互耦系数的角度可通过仿真在天线元件的中轴之间形成的角度之中确定。
图26和图27是示出包括连接到馈源的主天线元件和与主天线元件形成互耦的多个子天线元件的天线装置的示例的示图。
参照图26，多个子天线元件2621、2622和2623可对应于被布置为与主天线元件2610形成互耦的多个天线。例如，如图所示，主天线元件2610连接到IM 2630，子天线元件2621、2622和2623被布置为与主天线元件2610形成不同于直角的角度。以上参照图1至图25描述的第一天线元件可对应于图26的主天线元件2610，以上参照图1至图25描述的第二天线元件可对应于图26的子天线元件2621、2622和2623。
参照图27，主天线元件2610可与子天线元件2621、2622和2623形成互耦，并通过这样的互耦向子天线元件2621、2622和2623供应电力。在一个示例中，子天线元件2621、2622和2623中的每个连接到电抗元件。
在一个示例中，天线装置可通过多个子天线元件产生更一致的辐射模式。虽然图26和图27中示出三个子天线元件，但是子天线元件的数量不限于本说明性示例。
图28和图29是示出包括与馈源形成互耦的多个天线元件的天线装置的示例的示图。
参照图28，天线装置包括被布置在布置馈源2840的平面上的主天线元件2810，以及被布置为与主天线元件2810形成不同于直角的角度的多个子天线元件2821、2822和2823。子天线元件2821、2822和2823可以是被布置为与主天线元件2810形成互耦的多个天线。
参照图29，图27中示出的主天线元件2810可连接到电抗元件，并通过与馈源2840的互耦接收电力。子天线元件2821、2822和2823中的每个可连接到各自的电抗元件，并通过与主天线元件2810的互耦接收电力。此外，馈源2840可与主天线元件2810和子天线元件2821、2822和2823中的至少一个形成互耦。
在一个示例中，天线装置可通过多个子天线元件产生更一致的辐射模式。此外，电力可通过主天线元件和多个子天线元件之间的互耦而在它们之间没有物理连接的情况下被分布。虽然图28和图29中示出三个子天线元件，但是子天线元件的数量不限于本说明性示例。
图30和图31是示出由单个天线元件造成的辐射的示例的示图。
图30中示出的环型单个天线元件3010可设置在包装件中。环型单个天线元件3010可产生如图31所示的非一致的或不规则的辐射模式。在特定方向上(例如，在如图31所示的θ为90°的位置)，超过15dB的辐射功率差可被产生。
图32和图33是示出由主天线元件和与主天线元件形成互耦的子天线元件造成的辐射的示例的示图。
参照图32，主天线元件3210和子天线元件3220可被布置为在它们之间形成不同于直角的角度。主天线元件3210和子天线元件3220可设置在包装件中。包括主天线元件3210和子天线元件3220的天线装置可产生一致的辐射模式。例如，如图33所示，天线装置可沿特定方向(例如，在如图33所示的θ为90°的位置)，将辐射功率差从图31中示出的辐射功率差改善大约10dB。
图34是示出天线装置的示例的示图。
参照图34，天线装置3400包括第一天线元件3410、第二天线元件3420和馈源3440。第一天线元件3410也可被称为主天线元件，第二天线元件3420也可被称为子天线元件。
当电力从馈源3440被供应时，第一天线元件3410可与第二天线元件3420形成互耦。第二天线元件3420可通过第二天线元件3420的中轴与第一天线元件3410的中轴形成不同于直角的角度的布置，与第一天线元件3410形成互耦。
如参照图1至图33所述，第一天线元件3410和第二天线元件3420可被布置为使得第一天线元件3410的中轴和第二天线元件3420的中轴之间形成不同于直角的角度。通过互耦，第一天线元件3410和第二天线元件3420可在它们之间没有物理和直接连接的情况下分布电力。如等式5、7和11所示，第一天线元件3410和第二天线元件3420之间的互耦的互耦系数可基于第一天线元件3410的阻抗、第二天线元件3420的电阻以及第二天线元件3420的阻抗来确定。
在一个示例中，馈源3440向第一天线元件3410供应电力。在一个示例中，馈源3440通过有线连接直接向第一天线元件3410供应电力。在一个示例中，馈源3440包括用于匹配第一天线元件3410的阻抗的IM。IM可改变第一天线元件3410的阻抗。在另一示例中，馈源3440可通过互耦连接到第一天线元件3410，并通过互耦向第一天线元件3410供应电力。
虽然在图34中示出单个第一天线元件和单个第二天线元件，但是天线元件的数量不限于本说明性示例。如图26至图29所示，天线装置3400可包括作为第二天线元件3420的多个天线元件。
在一个示例中，天线装置3400可改善可能由于基于无线通信中的天线的方向的辐射功率差而出现的发送和/或接收性能的降低。例如，天线装置3400可设置在可***或附接到活体(例如，人体)的超小型无线通信装置中。例如，天线装置3400还可设置在在物联网(IoT)中使用的超小型无线通信装置中。
虽然本公开包括特定示例，但是在理解本公开之后将清楚的是：在不脱离权利要求和它们的等同物的精神和范围的情况下，可在这些示例中进行形式和细节上的各种改变。在此描述的示例将仅在描述意义上考虑，而非为了限制的目的。在每个示例中的特征或方面的描述将被视为可应用于其他示例中的相似特征或方面。如果以不同的顺序执行描述的技术，和/或如果描述的***、架构、装置或电路中的组件以不同方式被组合和/或被其他组件或它们的等同物替代或补充，则可实现合适的结果。因此，本公开的范围并非由具体实施方式限定，而是由权利要求和它们的等同物所限定，并且在权利要求和它们的等同物的范围内的所有变化将被解释为包括在本公开中。

Claims (26)

1.一种天线装置，包括：主天线元件和子天线元件，
主天线元件被配置为响应于电力被供应到主天线元件，与子天线元件形成互耦；
子天线元件被配置为与主天线元件形成互耦，其中，子天线元件的中轴与主天线元件的中轴形成不同于直角的角度。
2.根据权利要求1所述的天线装置，其中，所述角度基于主天线元件和子天线元件的互耦系数来确定。
3.根据权利要求1所述的天线装置，其中，布置主天线元件的平面和布置子天线元件的平面形成基于互耦系数计算的角度。
4.根据权利要求3所述的天线装置，其中，互耦系数基于主天线元件的电感、子天线元件的电阻以及子天线元件的电感，或者基于主天线元件的电容、子天线元件的电阻以及子天线元件的电容来确定。
5.根据权利要求1所述的天线装置，其中，子天线元件被配置为：响应于与主天线元件的互耦，允许具有从在主天线元件中流动的电流的相位被延迟90°的相位的电流流入子天线元件。
6.根据权利要求1所述的天线装置，其中，主天线元件和子天线元件具有相同的电阻、电抗和尺寸，
子天线元件被配置为：响应于与主天线元件的互耦，允许具有与在主天线元件中流动的电流的大小相等的大小的电流流入子天线元件。
7.根据权利要求1所述的天线装置，其中，主天线元件和子天线元件被布置为防止主天线元件和子天线元件之间的电接触。
8.根据权利要求1所述的天线装置，其中，主天线元件和子天线元件为环型天线。
9.根据权利要求1所述的天线装置，其中，主天线元件和子天线元件为偶极子型天线。
10.根据权利要求1所述的天线装置，其中，子天线元件包括被布置为与主天线元件形成互耦的多个天线。
11.根据权利要求1所述的天线装置，还包括：
馈源，被配置为通过有线连接直接向主天线元件供应电力。
12.根据权利要求1所述的天线装置，还包括：
馈源，被配置为通过互耦向主天线元件供应电力。
13.根据权利要求12所述的天线装置，其中，子天线元件包括被配置为与主天线元件形成互耦的多个天线，
其中，馈源被配置为与主天线元件和所述多个天线中的至少一个形成互耦。
14.根据权利要求1所述的天线装置，还包括：
通信器，被配置为与主天线元件形成互耦并通过互耦向主天线元件传送信号；
固定器，被配置为将通信器固定到与主天线元件和子天线元件的中心对应的空间。
15.根据权利要求1所述的天线装置，其中，子天线元件包括：
环型天线；
电容器。
16.根据权利要求15所述的天线装置，其中，
所述电容器的电容基于在主天线元件与子天线元件之间形成的互耦的谐振频率以及所述环型天线的电感来确定。
17.根据权利要求1所述的天线装置，其中，子天线元件包括：
偶极子型天线；
电感器。
18.根据权利要求17所述的天线装置，其中，所述电感器的电感基于在主天线元件与子天线元件之间形成的互耦的谐振频率以及所述偶极子型天线的电容来确定。
19.根据权利要求1所述的天线装置，其中，主天线元件包括：
第一阻抗匹配器，被配置为改变主天线元件的阻抗。
20.根据权利要求1所述的天线装置，其中，主天线元件被配置为产生沿第一方向的磁场，
子天线元件被配置为产生沿与第一方向正交的第二方向的磁场。
21.根据权利要求1所述的天线装置，其中，主天线元件的中轴对应于布置主天线元件的平面的法向量。
22.根据权利要求1所述的天线装置，其中，子天线元件的中轴对应于布置子天线元件的平面的法向量。
23.根据权利要求15所述的天线装置，其中，所述电容器被配置为允许具有从在主天线元件中流动的电流的相位被延迟90°的相位的电流流入子天线元件。
24.根据权利要求19所述的天线装置，其中，子天线元件包括：
第二阻抗匹配器，被配置为改变子天线元件的阻抗。
25.一种天线装置，包括：主天线元件和多个天线，
主天线元件被配置为响应于电力被供应到主天线元件，与所述多个天线中的每个形成互耦；
所述多个天线中的每个连接到各自的电抗组件；
所述多个天线中的每个的中轴与主天线元件的中轴形成不同于直角的角度，
其中，互耦基于所述多个天线中的各个天线的中轴与主天线元件的中轴之间的角度以及所述各个天线的电抗组件的电抗值。
26.根据权利要求25所述的天线装置，还包括：馈源，被配置为与主天线元件和所述多个天线中的至少一个形成互耦。
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