CN1266803C - 天线装置以及使用它的无线装置 - Google Patents

Abstract

一种小型薄型、宽频带、高灵敏度，并且能容易地设定阻抗特性的天线装置。板状的第一天线元件包含：电连接导体地板的第一端子；离开第一端子给定距离，并且电连接无线装置主体的第二端子；至少一个发射导体元件；并且配置在导体地板的上方。板状的第二天线元件包含：与导体地板以及第一天线元件不直接连接的至少一个发射导体元件。第二天线元件的至少一个发射导体元件位于导体地板和第一天线元件之间。按照所希望的阻抗特性和带宽设定导体地板、第一天线元件、第二天线元件的尺寸以及它们的间隔。

Description

天线装置以及使用它的无线装置

技术领域

本发明主要涉及移动通信用等的无线装置中使用的天线装置和使用它的无线装置。

背景技术

近年来，对于移动通信用的无线装置的需求日益高涨。因此，希望无线装置能用一台对应多种多样的通信形态，并且是高性能、小型并且质量轻的。天线装置也希望是能在这样的无线装置中使用的尺寸，并且具有所希望的性能。

这样的天线装置以及使用它的移动通信装置的代表是移动电话。移动电话在世界的各种地区使用，它的工作频带也随着地区而不同。

例如，以下表示了数字式移动电话的工作频带。

日本的Personal Digital Cellular(PDC)800的工作频带是810～960MHz。

在欧美，Group Special Mobile Community(GSM)的工作频带是890～960MHz。Personal Communication Network(PCN)的工作频带是1710～1880MHz。Personal Communication System(PCS)的工作频带是1850～1990MHz。

作为以上的移动电话中使用的内置用的天线装置，一般广泛使用了板状反F天线装置。

下面，使用图8和图9来说明以往的搭载在移动电话上的板状反F天线装置。

图8是以往的天线装置的概念图。

图9是切除了搭载了相同的天线装置的移动电话的背面的一部分的立体图。

在图8中，在天线元件1的下方，与天线元件1保持9mm的间隔，平行地配置了导体地板2。

在此，天线元件1为约纵35×横45mm的尺寸，由材料厚度0.2mm的铜合金板形成。导体地板2由材料厚度0.2mm的铜合金板形成。

虽然图8、图9中未显示，但是通过ABS、PPO等树脂介质材料制的保持部，天线元件1被固定、支撑在导体地板2上。

形成在天线元件1的一端的第一端子3通过锡焊等方法电连接了导体地板2。第二端子5形成在第一端子3附近的供电点4。而且，第二端子5在与导体地板2绝缘的状态下，贯通孔6，向导体地板2下方伸出。如以上所述，就构成了天线装置7。

另外，如图9所示，天线装置7配置在移动电话8的后盒9内。虽然在9中未显示，但是天线装置7的导体地板2电连接了形成在移动电话8的后盒9内表面的屏蔽部。天线装置7的第二端子5通过压焊等的方法电连接了配置在移动电话8的后盒9的内侧的高频电路衬底上的高频电路部(图中未显示)。

下面，说明采用了以上的结构的天线装置7和使用了它的移动电话8，下面就该动作加以说明。

形成在天线装置7的天线元件1上的第一端子3中的阻抗表现了电感性。从天线元件1的供电点4观察的除去第一端子3部分的其他部分形成电容性线。

天线元件1的各边的长度L10、L20、第一端子3的宽度L30以及第一端子3与供电点4的距离L40决定为从天线元件1的供电点4观察，向天线装置7提供所希望的共振频率和输入阻抗。

输入阻抗基于供电点4的位置即L30和L40。因此，如以上所述，通过决定L30和L40，为了与高频电路的所希望的共振频率的阻抗50Ω获得匹配，能调整输入阻抗。

在移动电话8的节后时，通过天线元件1接收的所希望的共振频率的信号电力通过天线元件1的第二端子5，传输给配置在移动电话8内的后盒内侧的高频电路部。

另外，在发送时，从所述高频电路部输出的所希望的共振频率的信号电力通过第二端子5，从天线元件1发射。

这样的一般的板状反F天线的技术说明在综合电子出版社“新天线工学”(新井弘之著)的109-114页和其他各种技术论文、书籍等的文献中能够查阅。

板状反F天线适合于要求小型、高增益、宽指向性发射模式等的移动电话用天线装置。另外，板状反F天线在所希望的频带中，能实现小型薄型化。据此，板状反F天线内置于移动电话等小型仪器的壳体中，能给仪器的设计提供自由度。

另外，该天线作为移动电话的天线装置能内置于移动电话中。因此，与从移动电话露出的类型的天线相比，对于机械冲击的耐性强。这是因为该天线通过移动电话的壳体而从机械冲击得以保护。因此，使用了板状反F天线的天线装置由于机械冲击几乎不会受损害。因此，板状反F天线有助于移动电话的天线装置的长寿命化。

但是，在图8所示的以往的天线装置7的结构中，能获得所述移动电话中使用的频带中的给定灵敏度的带宽窄。该带宽率最大是3％左右。为了改善带宽率，它的形状变大。因此，很难获得能对应近年的移动电话的小型、薄型化以及多频带的市场趋向的更小型薄型、宽频带、高灵敏度的内置型的天线装置。

而且，把这样的天线装置7在图9所示的移动电话8中使用，为了实现频带的宽频带化、高灵敏度化，在天线装置7的第二端子5和设置在移动电话8的高频电路衬底上的高频电路部之间，需要用LC元件构成的复杂的阻抗匹配电路。这成为移动电话成本提高的主要原因。

发明内容

鉴于以上所述问题的存在，本发明的目的在于：提供所需要的空间小、宽频带、高灵敏度，能在多频带使用、阻抗调整容易、生产性高，并且能内置于无线装置中的天线装置。

本发明的另一目的在于：提供使用了该天线装置的廉价并且通话质量高的无线装置。

在本发明的天线装置中，包含：

(a)导体地板；

(b)板状的第一天线元件，其配置在所述导体地板的上侧，包含：

i)电连接所述导体地板的第一端子，

ii)离开所述第一端子给定距离的、用于信号的输入输出的第二端子，

iii)发射导体元件，

所述第一端子与所述第二端子之间的长度L1可调，从所述第二端子到所述发射导体元件的开放端的长度L2可调；

(c)板状的第二天线元件，其长度L3可调，具有与所述导体地板以及所述第一天线元件非电接触的至少一个其他的发射导体元件；

所述第二天线元件的所述至少一个其他的发射导体元件配置在所述导体地板和所述第一天线元件之间，由介质保持所述第一天线元件、所述第二天线元件、所述导体地板的各个间隔，

通过调整所述L1、L2、L3，所述第一天线元件，所述第二天线元件，所述导体地板各个之间的间隔中的一个或多个得到期望的谐振频率及阻抗特性。

在此，板状的第一天线元件和板状的第二天线元件的各自的大小以及各自之间的间隔按照所希望的阻抗特性和带宽来调整和设定。

附图说明

下面简要说明附图。

图1表示本发明实施例1的天线装置的结构。

图2表示本发明实施例2的天线装置的结构。

图3表示本发明实施例3的天线装置的结构。

图4表示本发明实施例4的天线装置的结构。

图5表示本发明实施例5的天线装置的结构。

图6表示本发明实施例6的移动电话的结构。

图7表示本发明实施例7的移动电话的结构。

图8是以往的天线装置的概念图。

图9是切除了搭载了以往的天线装置的移动电话的背面的一部分的立体图。

下面简要说明附图符号。

10、25-第一天线元件；11-第一发射导体元件；12、24-第二发射导体元件；13-短路端子；14-供电点；15、42-高频电路部；16-供电端子；17-导体地板；18-第二天线元件；19、19A、19B、23、26、31、33-天线装置；20-第三天线元件；21-发射导体元件；22、44A、44B-端子；27、34、39-移动电话主体；28、35、40-壳体；29、36、41-印刷电路板；30、37-地线结构部；32-匹配电路；38-供电结构部；43-开关。

具体实施方式

下面，使用图1～图7来说明本发明实施例。

(实施例1)

下面，使用实施例1就本发明加以说明。

图1表示本发明实施例1的天线装置的结构。

在图1中，第一天线元件10由铜、铜合金、铝合金、不锈钢等导电金属或对导电金属进行了Au、Ni等导电性金属的电镀的薄板状导体构成。

在第一天线元件10中，第一发射导体元件11和第二发射导体元件12形成在同一平面上。第一发射导体元件11在GSM频带中，约以1/4波长共振。第二发射导体元件12在GSM频带中，约以1/4波长共振。在第一发射导体元件11和第二发射导体元件12的公共端，在垂直下方的方向形成了短路端子13。另外，供电端子16位于短路端子13附近的第一发射导体元件11和第二发射导体元件12的公共的供电点14。供电端子16电连接了无线装置的高频电路部1。

导体地板17与第一天线元件10的下方保持给定的间隔，并且配置为与第一天线元件10大致平行。导体地板17电连接了第一天线元件10的短路端子13。导体地板17由铜、铜合金、铝合金、不锈钢等导电金属或对导电金属进行了Au、Ni等导电性金属的电镀的薄板状导体构成。

另外，第二天线元件18在第一天线元件10和导体地板17之间，与它们不直接相连，保持了给定的间隔，配置为大致平行。该第二天线元件也与第一天线元件10以及导体地板17同样，由铜、铜合金、铝合金、不锈钢等导电金属或对导电金属进行了Au、Ni等导电性金属的电镀的薄板状导体构成。

另外，使用所希望的介电常数、低介质损耗的树脂介质材料(图中未显示)，通过用嵌入法固定，使第一天线元件10、导体地板17以及第二天线元件18保持所述的配置，就构成了天线装置19。

下面，说明采用了以上的结构的天线装置19的动作。

如图1所示，天线装置19由以下部分构成：由第一发射导体元件11、第二发射导体元件12、短路端子13以及供电端子16构成的第一天线元件10；导体地板17；配置在第一天线元件10和导体地板17之间的第二天线元件18。该天线装置19通常被称作板状反F天线。

在该天线装置19中，为了获得GSM频带的所希望的共振频率和阻抗特性，决定了以下的尺寸。

1)形成在第一天线元件10的短路端子13和供电端子16之间的长度L1；

2)从供电端子16到第一发射导体元件11的开放端的长度L2；

3)第二天线元件18的长度L3；

4)第一天线元件10和导体地板17的间隔。

输入阻抗特性主要根据由供电端子16的位置即L1和L2的关系、以及第一天线元件10和第二天线元件18的间隔决定的电磁耦合的关系。通过调整这些尺寸和关系，在移动电话的高频电路部15的所希望的共振频率，与阻抗50Ω获得匹配。

下面，用以下的尺寸决定了PCN频带的共振频率和阻抗特性。

1)形成在第一天线元件10的短路端子13和供电端子16之间的长度L1；

2)从供电端子16到第二发射导体元件12的开放端的长度L4的长度。

该输入阻抗特性主要基于供电端子16的位置即L1和L4的关系。

另外，在接收时，从天线装置19接收的所希望的共振频率的电磁波的信号电力被变换为电信号，通过形成在第一天线元件10的供电端子16输入到移动电话主体的高频电路部15中。

另外，在发送时，以与接收时相反的流程，发送了高频电路部15的信号电力的电信号，从天线装置19变为电磁波后被发射。

在此，说明第一天线元件10、第二天线元件18和导体地板17的关系。

第一天线元件10、第二天线元件18和导体地板17几乎配置为彼此平行。因此，第一天线元件10和导体地板17之间、第二天线元件18和导体地板17之间以及第一天线元件10和第二天线元件18之间分别产生了静电电容。

其结果，第一天线元件10以及第二天线元件18的阻抗特性表现电容性。这成为提高天线装置19的共振频率的主要原因。另一方面，通过使供电端子16的位置只离开短路端子13给定距离，就能在该阻抗特性中附加电感性，消除电抗成分，几乎能与阻抗50Ω获得匹配。

这样，根据本实施例的天线装置，能容易地设定短路端子13和供电端子16的距离、板状的第一天线元件10以及第二天线元件18的各发射导体元件的宽度、长度以及第一天线元件10和第二天线元件18的间隔。

通过利用第一天线元件10和第二天线元件18的电磁耦合，就能容易地获得恰当地与所希望的频带对应的阻抗特性对应的阻抗特性，能实现天线装置的宽频带化和高灵敏度化。另外，能使天线装置采用小型并且简单的构造。

须指出的是，除了GSM频带和PCN频带，还能获得与第三频带对应的阻抗特性。因此，一边抑制对GSM频带和PCN频带的阻抗特性的影响，一边设定第二天线元件18的导体宽度、长度L3以及第一天线元件10和第二天线元件18的间隔就可以了。

须指出的是，关于以上的各尺寸和位置关系的调整，因为天线元件是板状，所以能容易地设定以下的尺寸。

1)第一端子和第二端子的距离；2)第一天线元件和第二天线元件的发射导体元件宽度、长度；3)第一天线元件和第二天线元件的间隔等。

另外，可以通过印刷、烧结、重叠、电镀等各种导体形成方法构成所述天线装置19的导体部分。

(实施例2)

图2表示本发明实施例2的天线装置的结构。在图2中，第三天线元件20以给定的间隔设置在第一天线元件10的第一发射导体元件11上。第三天线元件20由铜、铜合金、铝合金、不锈钢合金等导电金属或对所述导电金属进行了Au、Ni等导电性金属的电镀的薄板状导体构成。

在此，第三天线元件20在GSM频带中，形成以约3/8波长共振或以约5/8波长共振的长度的发射导体元件21。在其一端，形成了电连接在第一天线元件10的第一发射导体元件11的供电点14的附近的端子22。

其他的结构与实施例1同样，就构成了天线装置23。

在实施例1中，用第一天线元件10和第二天线元件18得到能获得GSM频带中的必要特性的频带。在本实施例的结构中，除了实施例1中获得的特性，能使获得GSM频带中的必要特性的频带进一步宽带化。

主要通过第三天线元件20和第一天线元件10和导体地板17之间的电磁耦合，使频率特性表现双峰共振特性，实现了该宽带化。

另外，除了第三天线元件20之外，还在第一天线元件10和第二发射导体元件12上，形成在PCN频带中以约3/8波长或约5/8波长共振的长度的发射导体元件。据此，与所述同样，通过电磁耦合，能使频率特性表现双峰共振特性，从而能进一步使PCN频带的频带宽带化。

须指出的是，除了GSM频带和PCN频带，调整以下的值就能获得与第三频带对应的阻抗。

1)第三天线元件20的导体宽度、长度；2)第一天线元件10和第三天线元件20的间隔。

其结果，获得了在与三个频带对应的宽频带中灵敏度高的天线装置。

如以上所述，通过配置板状的第三天线元件，从第一天线元件利用第三天线元件和导电地板的彼此的电磁耦合。据此，能更容易地得到与所希望的频带对应的阻抗，能实现宽带化和高灵敏度。在此也能获得小型并且简单的构造的天线装置。

(实施例3)

图3表示本发明实施例3的天线装置的结构。

在实施例1中，板状的第二发射导体元件12形成在天线装置19的第一天线元件10。

在本实施例中，如图3所示，代替板状的第二发射导体元件12，设置了近似锯齿形状的第二发射导体元件24，形成了第一天线元件25。此外与所述实施例1同样，就构成了大线装置26。

在本结构中，因为第二发射导体元件24为近似锯齿形，所以能容易地设定、调整发射体的长度、宽度。因此，第一天线元件25通过实施例1中的阻抗的设定，能设定为精度更高的与所希望的频带对应的阻抗特性。

如以上所述，因为天线元件是板状并且是近似锯齿形状，或近曲折状，所以以下的尺寸设定更容易。

1)第一端子和第二端子的距离；2)第一天线元件和第二天线元件的发射导体元件宽度、长度；3)第一天线元件和第二天线元件的间隔等。

还利用了第一天线元件和第二天线元件和导体地板的彼此的电磁耦合。据此，能高效地得到与所希望的频带对应的阻抗特性，能实现宽带化和高灵敏度化。另外，能得到小型并且简单构造的天线装置。

(实施例4)

图4表示本发明实施例4的天线装置的结构。

在实施例1中，使用了导体地板17。

在本实施例中，如图4所示，代替导体地板17，利用了形成在移动电话主体27的壳体28内的印刷电路板29上的地线结构部30作为导体地板。形成在第一天线元件10的短路端子13通过压焊、锡焊等方法电连接了地线结构部30。与它一起，供电端子16通过压焊、锡焊等方法电连接了移动电话主体27高频电路部15。这样就构成了天线装置31。此外与所述实施例1同样。

在本结构中，利用移动电话主体27的壳体28内的印刷电路板29上的地线结构部30构成了导体地板。另外，也可以使用无线装置主体的导体地板作为导体地板。

因此，在实施例1的效果的基础上，提高了第一天线元件10和第二天线元件18向移动电话主体27搭载的方法和搭载的场所的自由度。即提高了天线装置31向移动电话主体27的搭载的自由度。因此，能有助于移动电话的小型化。

(实施例5)

图5表示本发明实施例5的天线装置的结构。

在图5中匹配电路32由至少一个电抗元件构成。

在本实施例的天线装置33中，形成在实施例1的天线装置19的第一天线元件10的供电端子16电连接了匹配电路32。此外与所述实施例1同样。

根据该结构，通过匹配电路32，在所希望的频带中，能容易地设定天线装置33的细致的阻抗特性。

与已经描述的实施例同样，能实现天线装置的宽带化、高灵敏度化，并且能实现小型化。

在本实施例中，在天线装置33的供电端子16一侧形成了匹配电路32，但是在短路端子13形成也能获得同样的效果。

这样，在本实施例中，通过匹配电路，能容易地获得与无线装置主体的高频电路部的高精度的阻抗匹配，高效地获得了与所希望的频带对应的阻抗特性。与已经描述的实施例同样，能实现宽带化、高灵敏度化。

(实施例6)

图6表示本发明实施例6的移动电话的结构。

在本实施例中，如图6所示，移动电话主体的壳体35的上部形成平面。在壳体35内配置了印刷电路板36，与它的上表面平行配置了使用图1说明了的所述实施例1的天线装置19。该天线装置19的导体地板17被替换为用图6表示的形成在移动电话主体34的印刷电路板36上的地线结构部37。

另外，在移动电话主体34中，供电端子16通过压焊、锡焊等方法电连接了形成在印刷电路板36的地线结构部37附近的供电结构部38。

根据该结构，在实施例1的效果的基础上，从机械冲击保护了移动电话主体34的壳体。

这样，就能实现天线装置19的长寿命化。与此同时，因为不需要所希望的频带的阻抗特性匹配用的匹配电路，所以能降低移动电话的成本。

如以上所述，通过能在没有匹配电路的情况下容易地设定所希望的频带的阻抗特性，并且宽频带、灵敏度高的生产性高的小型薄型的天线装置，能得到高性能的无线装置。与此同时，从机械冲击保护了天线装置。

另外，移动电话主体的设计自由度高，因为不需要阻抗特性匹配用的匹配电路，所以能降无线装置的成本。

(实施例7)

图7表示本发明实施例7的移动电路的结构。

在本实施例中，如图7所示，在移动电话主体39的壳体40内的印刷电路板41的上端部配置了天线装置19A。在印刷电路板41的下端部配置了天线装置19B。在此，天线装置19A和天线装置19B与实施例1的天线装置19采用了相同的结构。

天线装置19A和天线装置19B的供电端子16A和16B分别通过压焊、锡焊等方法电连接了移动电话主体39的高频电路部42的开关43的端子44A以及44B。

另外，与所述同样，导体地板17A和17B的一部分电连接了形成在移动电话主体39的印刷电路板41上的地线结构部45。

在本实施例的移动电话中，比较了天线装置19A和天线装置19B的接收电力的电平。通过连接接收电力大的天线装置和高频电路部42，构成了分集通信装置。

根据该结构，从机械冲击保护了移动电话主体39的壳体40。据此，能使天线装置19A和19B的寿命变长。与此同时，通过使用分集通信方式，能抑制使用移动电话时的人体对电波的发送接收性能的影响，能获得良好的通信质量。

须指出的是，通过把所述两个天线装置19A和19B配置为彼此正交方向的位置关系，可以提高分集通信性能。

另外，通过内置天线装置，能提高移动电话主体39的设计自由度。因为不需要阻抗特性匹配用的匹配电路，所以能降无线装置的成本。

如以上所述，在该无线装置中，在没有匹配电路的情况下，能容易地设置所希望的频带的阻抗特性。另外，该无线装置搭载了两个宽频带、灵敏度高、生产性高并且小型薄型的天线装置。因此，通过无线装置的壳体，能从机械冲击保护天线装置。与此同时，能提高无线装置主体的设计自由度。因为不需要阻抗特性匹配用的匹配电路，所以能降无线装置的成本。另外，通过两个天线装置的分集功能，即使是弱电场，也能比较两个天线装置，使接收电力大的天线装置起作用。据此，能提高具有良好通话质量的无线装置。

产业上的可利用性

如以上所述，根据本发明，能实现小型薄型、宽带化、高灵敏度化、多频带化，能提供能容易地进行阻抗匹配的生产性高的可内置的天线装置。

另外，通过在无线装置中内置本发明的天线装置，能从来自外部的机械冲击下保护天线装置。同时，使无线装置能对应多频带，能实现宽带、高灵敏度。

另外，无线装置内的天线装置搭载部分所需的空间变小。据此，可望实现无线装置的小型薄型化。与此同时，容易地获得与所希望的频带对应的阻抗特性。因此，在无线装置的高频电路部不需要由LC元件构成的复杂的阻抗匹配电路，从而能提供廉价的无线装置。

Claims (7)

1.一种天线装置，包含：

(a)导体地板；

(b)板状的第一天线元件，其配置在所述导体地板的上侧，包含：

i)电连接所述导体地板的第一端子，

ii)离开所述第一端子给定距离的、用于信号的输入输出的第二端子，

iii)发射导体元件，

所述第一端子与所述第二端子之间的长度L1可调，从所述第二端子到所述发射导体元件的开放端的长度L2可调；

(c)板状的第二天线元件，其长度L3可调，具有与所述导体地板以及所述第一天线元件非电接触的至少一个其他的发射导体元件；

所述第二天线元件的所述至少一个其他的发射导体元件配置在所述导体地板和所述第一天线元件之间，由介质保持所述第一天线元件、所述第二天线元件、所述导体地板的各个间隔，

通过调整所述L1、L2、L3，所述第一天线元件，所述第二天线元件，所述导体地板各个之间的间隔中的一个或多个得到期望的谐振频率及阻抗特性。

2.根据权利要求1所述的天线装置，还包含：

具有至少一个发射导体元件的板状的第三天线元件。

3.根据权利要求1所述的天线装置，

所述第一天线元件的所述发射导体元件或所述第二天线元件的所述至少一个其他的发射导体元件为锯齿形状或曲折形状。

4.根据权利要求1所述的天线装置，

使用无线装置的导体地板或接地作为所述导体地板。

5.根据权利要求1所述的天线装置，

在所述第一天线元件的所述第二端子上，结合由至少一个电抗元件构成的匹配电路。

6.一种无线装置，

包含权利要求1所述的天线装置；

所述天线装置的所述导体地板或所述第一端子与无线装置的导体地板或地线电结合，并且所述第二端子与所述无线装置的高频电路部电结合。

7.一种无线装置，

包含两个权利要求1所述的天线装置；

所述两个天线装置的各自的所述导体地板或所述第一端子与无线装置的导体地板或地线电结合，并且所述两个天线装置的各自的所述第二端子与所述无线装置的高频电路部电结合，使用所述两个天线装置来进行分集通信。

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