CN1679207A - 天线元件及移动电话 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种天线元件，该天线元件在通过一个馈电点和接地基板连接的板形天线上，将分别具有规定电气长度的单极天线和线状天线对馈电点串联连接，从而将天线的馈电点作为一个点，通过这样，获得良好的宽带特性、多点谐振特性。

Description

天线元件及移动电话
技术领域
本发明有关用于多频段的移动电话的天线元件。
背景技术
现有移动电话的天线采用单极天线及螺旋线形天线等结构。另外，上述结构中，如特开平11-261318号公报所揭示的，是采用使天线元件之间互相直接接触并导通的结构。
近几年，移动电话在从PDC(PersonalDigitalCellular个人数字蜂窝)方式向CDMA(CodeDivisionMultipleAccess码分多址)方式发展时，进行能同时使用PDC和CDMA两种方式的双模式移动电话的开发工作。上述方式为了收发信号而使用的电波频段不同，但在某个频段进行信息通信时，要在该频段进行阻抗匹配，因为一般在使用的频段通常以VSWR(VoltageStandingWaveRatio：电压驻波比)至少小于等于3为目标进行设计，所以，在各使用频段要将VSWR设计成小于等于3。但是，现有的具有匹配电路的天线为了用作为具有多种功能的便携式信息终端，其VSWR小于等于3的区域变小，调整困难。
另外，用现有的移动电话的天线结构在使用两个以上互相分开的频段时，需要设置与各自的频率对应的天线元件，为了对各自的天线元件馈电，需要插脚、弹簧、匹配电路、天线切换用开关等。
但是，近些年来，移动电话的终端用户有喜好既薄又小的移动电话的倾向，当频段为多个时，安装面积就大，由于与薄型、小巧的倾向相反，所以存在商品的竞争力差的问题。
另外，对各天线元件设置匹配电路的结构还存在匹配电路用的线圈及电容产生损耗、而使电信号的传送效率降低的问题。
发明内容
本发明为解决上述问题而提出，其目的在于得到一种天线，该天线通过将对多根天线馈电的馈电点作为板形天线的一点，在该板形天线的端部设置多根极杆天线，从而尽量减少由于电信号的传送造成的效率降低、及天线的安装面积，能在多个频段实现VSWR小于等于3。
本发明的天线元件包括具有规定电气长度的板状金属构成的、通过馈电点与接地基板连接的板形天线；对所述馈电点与该板形天线串联连接的、具有和所述板形天线电气长度不同的电气长度的单极天线；及对所述馈电点与所述板形天线串联连接同时还与所述单极天线并联连接的、具有和所述板形天线以及所述单极天线各自的电气长度不同的、而且互相之间电气长度也不同的多根线状天线。
附图说明
图1为本发明实施形态1有关的天线元件的平面图。
图2为本发明实施形态1有关的天线元件的立体图。
图3为表示本发明实施形态1有关的天线元件特性的史密斯圆图。
图4为表示本发明实施形态1有关的天线元件特性的VSWR图。
图5为只表示板形天线特性的史密斯圆图。
图6为只表示单极天线特性的史密斯圆图。
图7为表示现有天线元件的构成图。
图8为表示现有天线元件特性的史密斯圆图。
图9为表示现有天线元件特性的VSWR图。
图10为表示本发明实施形态1的天线元件其它构成的平面图。
图11为本发明实施形态2的天线元件的平面图。
图12为本发明实施形态2的天线元件的立体图。
图13为表示本发明实施形态2的天线元件特性的史密斯圆图。
图14为表示本发明实施形态2的天线元件特性的VSWR图。
具体实施方式
实施形态1
现对本发明实施形态1进行说明。本发明是将板形天线的一点作为馈电点，通过对馈电点将具有多个不同电气长度的单极天线、线状天线与该板形天线串联连接，从而尽量减少由于电气信号的传送造成的效率降低及天线的安装面积，在多个频段实现VSWR小于等于3。
图1为本发明实施形态1有关的天线元件的平面图。图2为立体图。在上述图中，11为将金属层(例如铜淀积在规定的绝缘基板上而形成的接地基板。13为作为在2GHz频段中电气长度约λ2/8(λ2为2GHz电波的波长，λ2＝15cm)的第1天线部分的板形天线。本实施形态中设板形天线的纵向横向长度分别为W1、W2。这里电气长度调整为λ2/8(＝1.875cm)＝W1+W2。另外，对该板形天线13的边上一点12进行馈电(以后称为馈电点)。另外在馈电点12，板形天线13也与接地基板11连接。在进行该馈电的板形天线13上，在馈电点12以外的别的端部连接单极天线14a，该单极天线14a调整成在800MHz频段中电气长度约为λ800/4(＝9.375cm)＝W1+W2+A(A为单极天线的长度)。同样，和板形天线13对馈电点12串联连接线状天线15及线状天线16，使该线状天线15调整成与板形天线13连接的在1.5GHz频段中的电气长度约为λ1.5/4(＝5cm)＝W1+W2+B1+B2(B1、B2分别为线状天线15的纵向横向的长度)，该线状天线16调整成在2GHz频段中电气长度约为λ2/4＝W1+W2+C1+C2(C1、C2分别为线状天线16的纵向横向的长度)。板形天线13、单极天线14a、线状天线15、16的材质例如可以用铜等导体。
图3为表示图1示出构成的天线特性的史密斯圆图，图4为VSWR。各天线的尺寸如下所示。
板形天线13W1：10mmW2：5mm
单极天线14aA：78mm
第1线状天线15B1：4mmB2：26mm
第2线状天线16C1：2mmC2：21mm
在对图3及图4说明之前，作为比较，现对板形天线元件及单极天线元件的天线特性进行说明。图5为表示只是板形天线时的特性的史密斯圆图。如图5所示，对于板形天线13可以得到以作为通常阻抗基准的50Ω的点为中心画的半圆的特性。在比谐振点附近频率高的高频段上，如点H所示，阻抗的虚数部分为正值，相反，在比谐振点附近频率低的低频段上，如点L所示，阻抗的虚数部分为负值。
另外，图6为表示只是单极天线时的特性的史密斯圆图。如图6所示，单极天线14a在比谐振点附近的频率高的高频段上，如点H所示，阻抗的虚数部分为负值。相反，如点L所示，在比谐振点附近的频率低的低频段上，阻抗的虚数部分为正值。
与此不同的是，如图3的史密斯圆图所示，可知本发明实施形态1中，与只是板形天线13时的图5、及只是单极天线时的图6相比，阻抗的轨迹靠近中心点50Ω附近的部分增加，利用各天线的相互作用取得阻抗匹配。
另外，如图4的VSWR的频率特性所示，VSWR小于等于3的区域为800MHz附近及1.5～2.5GHz频段，可知与以往相比能获得宽频带特性、多点谐振特性。图3及图4中的点1至7的频率分别为点1：800MHz、点2：1500MHz、点3：2000MHz、点4：696.5MHz、点5：962MHz、点6：1356MHz、点7：2785MHz。
特定频率的阻抗及VSWR示于表1。
                            表1
  点   频率[MHz]     天线元件的阻抗[Ω]     VSWR
  实数部分[Ω]   虚数部分[Ω]
  1   800     54.906     6.124     1.198
  2   1500     33.801     12.861     1.647
  3   2000     121.91     -33.224     2.662
还有，如利用图4求带宽比，则带宽比在800MHz为32％、1.5～2.5GHz为69％。本说明书中，所谓带宽比是将VSWR小于等于3的区域称为带宽比，设VSWR小于等于3的频率的最大值为f1、VSWR小于等于3的频率的最小值为f2、中心频率fo可利用下式求出。
                    fo＝(f1+f2)/2
根据其中心频率按下式求带宽比。
                  带宽比＝(f1-f2)/fo
作为比较，现示出现有天线元件的带宽比。图7为表示现有天线元件的电路图。图7中，该天线元件利用单极天线14c、线圈17、短线18、及电容19构成。线圈17具有6.8nH的电感量。电容19具有4pF的电容量。单极天线14c具有长55mm(电气长度3λ/8)。对于具有这种匹配电路的天线元件，从馈电点12输入频率1.5GHz至2.5GHz的电波，检测天线元件的阻抗、史密斯圆图、及VSWR。表2表示特定点的阻抗及VSWR。
                            表2
  点   频率[MHz]        天线元件的阻抗[Ω]     VSWR
  实数部分[Ω]   虚数部分[Ω]
 201   1902     58     0     1.2
 202   1980     44     3     1.3
 203   2110     48     14     1.4
 204   2170     48     -10     1.4
图8为表示现有天线元件特性的史密斯圆图，图9为VSWR图。从图8示出的史密斯圆图可知，现有天线元件中，频率高的区域和频率低的区域其反射系数增大。与此相反，如用点201～204所示，可知在频率1.9GHz以上、2.2GHz以下的范围内反射系数变小。
另外，根据图9，VSWR小于等于3的区域为频率1.78GHz以上、2.22GHz以下的区域。再有，此时的带宽比约22％。
因此，与现有的天线元件相比，可知本发明实施形态1的天线元件达到2GHz频带的宽频带(带宽比69％)，同时在800MHz也达到宽频带(带宽比32％)。
如本发明实施形态1所述，将板形天线的一点作为馈电点，通过该板形天线与多根具有规定电气长度的单极天线或线状天线连接，从而获得较好的宽带特性、多点谐振特性，对于这方面的机理在理论上虽尚未明了，但在实验上业经证实，也能确认重复性。
还有，关于馈电点的位置，只要是板形天线外周上的一点，则无论在何处对特性都无太大影响。另外，关于单极天线14a及线状天线15、16的位置，在图1中出于节省空间的目的，都与同一端部连接，但也可以将结构做成配置在不同的端部，对于特性依然无碍。例如，也可以将结构做成如图10所示，使线状天线15a从移动电话本体的侧面部分凸出，并与板形天线13连接，来代替单极天线14a。另外，单极天线14a及线状天线15、16虽然为各自接收不同频率用的天线，但上述各天线最好互相之间尽量离开，以减少干扰。再有，天线尽量远离接地基板11，这一点凭经验能获得较佳的特性。接地基板11也可以是中空的只是外圈部分。
如上所述，本发明实施形态1中，将板形天线的一点作为馈电点，通过对于馈电点将该板形天线与各自具有规定电气长度的单极天线及线状天线串联连接，从而将各天线的馈电点作为一点，由此得到具有宽带特性、多点谐振特性的天线元件。
实施形态2
以下说明本发明实施形态2。图11为表示本发明实施形态2的天线元件构成的平面图。另外，图12为图11的立体图。如图11、图12所示，与上述实施形态1不同之处为具有螺旋形天线14b以代替单极天线。除此以外，板形天线13、线状天线15、16和上述实施形态1相同。
螺旋形天线14b的自身的电气长度和板形天线13的电气长度之和是在800MHz频段中的电气长度约为λ800/4。这样结构的天线元件能获得和图1示出的天线元件同样的效果。
图13为表示本发明实施形态2的天线元件特性的史密斯圆图，图14为VSWR图。如图13所示，可知利用板形天线13、螺旋形天线14b、线状天线15、16的各天线的相互作用，阻抗的轨迹集中在中心点50Ω附近，能在较宽的频带取得阻抗匹配。
还有，和上述实施形态1一样，关于这些天线间的相互作用的详细情况在理论上虽尚不清楚，但通过实验能确认其重复性。
还有，关于馈电点的位置，只要是在板形天线外周上的一点，则无论何处都对特性无太大影响。另外，关于螺旋形天线14b及线状天线15、16的位置，在图8中出于节省空间的目的，都与同一端部连接，但将结构做成配置在不同的端部，在特性上也没有问题。另外，虽然螺旋形天线14b及线状天线15、16分别接收不同的频率，但所述各天线之间最好尽量离开，以减少互相的干扰。再有，天线尽量离开接地基板，凭经验这样做能得到较好的特性。接地基板11也可以只是中空的外框。
特定频率的阻抗及VSWR示于表3。
                             表3
  点   频率[MHz]     天线元件的阻抗[Ω]     VSWR
  实数部分[Ω]   虚数部分[Ω]
  1   800     15.107     -30.817     4.758
  2   1500     33.949     -28.624     2.154
  3   2000     112.37     -25.873     2.425
如根据图14求带宽比，则带宽比在1.5GHz～2GHz频段为56％，可知比现有的天线元件频带更宽。另外，800MHz的VSWR为3以上，但如分析图14可知，在800MHz的高频侧附近产生VSWR小于等于3的频段。
如上所述，本发明实施形态2中，在通过一个馈电点和接地基板连接的板形天线上，通过对于馈电点与各具有规定电气长度的螺旋形天线及多根线状天线串联连接，从而将各天线的馈电点作为一个点，通过这样获得具有宽带特性、多点谐振特性的天线元件。
工业上的实用性
本发明的天线元件能应用于移动电话等携带式信息终端、一般无线设备、特殊无线设备等领域。

Claims (8)

1.一种天线元件，其特征在于，包括
用具有规定电气长度的板状金属构成、并通过馈电点和接地基板连接的板形天线；
具有和所述板形天线的电气长度不同的电气长度、并与所述板形天线连接的单极天线；
具有和所述板形天线及所述单极天线各自的电气长度不同的、同时还互相不同的电气长度、并与所述板形天线连接的多根线状天线。
2.如权利要求1所述的天线元件，其特征在于，
所述板形天线的电气长度在2GHz频段约为8分之一波长，
所述单极天线的电气长度和所述板形天线的电气长度之和在800MHz频段约为4分之一波长，
有两根线状天线，第一根线状天线的电气长度和所述板形天线的电气长度之和在1.5GHz频段约为4分之一波长，第二根线状天线的电气长度和所述板形天线的电气长度之和在2.0GHz频段约为4分之一波长。
3.如权利要求2所述的天线元件，其特征在于，
所述板形天线具有方形形状，在所述方形的一个顶点附近有馈电点，同时，
所述单极天线、所述第1及第2线状天线与和所述顶点对向的边上连接。
4.如权利要求1所述的天线元件，其特征在于，
设置螺旋形天线，以代替单极天线。
5.如权利要求4所述的天线元件，其特征在于，
所述板形天线的电气长度在2GHz频段约为8分之一波长，
所述螺旋形天线的电气长度和所述板形天线的电气长度之和在800MHz频段约为4分之一波长，
有两根所述线状天线，第一根线状天线的电气长度和所述板形天线的电气长度之和在1.5GHz频段约为4分之一波长，第二根线状天线的电气长度和所述板形天线的电气长度之和在2.0GHz频段约为4分之一波长。
6.如权利要求5所述的天线元件，其特征在于，
所述板形天线具有方形形状，在所述方形的一个顶点附近有馈电点，同时，
所述螺旋形天线、所述第1及第2线状天线与和所述顶点对向的边上连接。
7.一种移动电话，其特征在于，具有天线元件，所述天线元件包括
用具有规定电气长度的板状金属、并通过馈电点和接地基板连接的板形天线；
对所述馈电点和该板形天线串联连接的、具有和所述板形天线的电气长度不同的电气长度的单极天线；
对于所述馈电点与所述板形天线串联连接、同时与所述单极天线并联连接的、具有和所述板形天线以及所述单极天线各自的电气长度不同、还互相不同的电气长度的多根线状天线。
8.如权利要求7所述的移动电话，其特征在于，
设置螺旋形天线，以代替单极天线。
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