在寬頻帶下可獲得良好的接收靈敏度的天線裝置的製作方法
2023-07-20 00:00:41 2
專利名稱：在寬頻帶下可獲得良好的接收靈敏度的天線裝置的製作方法
技術領域：
本發明涉及具備有在由電介體或磁性體構成的基體上帶狀的輻射導體被卷裝的晶片天線的天線裝置，尤其涉及對輻射導體分散配置可變電容元件而能調諧到寬頻帶的頻率的雙頻帶天線裝置。
背景技術：
以往，公知有在由電介體或磁性體構成的柱狀的基體上將輻射導體以螺旋狀卷裝後可調諧到期望頻率的晶片天線。另外，為了能用這種晶片天線對寬頻帶的頻率進行調諧，以往提出了如下方式構成的天線裝置，即對輻射導體分散配置可變電容元件，並且將基於偏置控制信號的調諧電壓提供給可變電容元件而得電容值變化，由此使輻射導體的諧振頻率隨調諧電壓而變化(例如，參照專利文獻1)。在相關的現有方案中，晶片天線在配設有供電電路或偏置電路等的電路基板上被安裝，晶片天線的輻射導體的供電部與供電電路連接，並且從偏置電路對可變電容元件供給直流的調諧電壓。這樣可調諧到寬頻帶的頻率的晶片天線不僅能夠容易地內置於可攜式電話機等可攜式無線設備，並且能夠用作電視廣播的UHF頻帶用的接收天線等，因此可預測其使用價值在今後會越來越高。
專利文獻1日本特開2005-210564號公報(第4-6頁、圖1)但是，由於使可變電容元件分散配置於輻射導體的上述現有方案是單頻帶的天線裝置，因此存在若要通過增加可變電容元件來使接收靈敏度良好的頻帶加寬，則就會不可避免大型化的問題。因而，若用該現有天線裝置要全部接收電視廣播的UHF頻帶，則內置於可攜式電話機等的小型化就變得困難。
發明內容
本發明鑑於這種現有技術的實情而提出的，其目的在於提供一種不影響小型化並且在寬頻帶上可獲得良好的接收靈敏度的天線裝置。
為了達到上述目的，在本發明的天線裝置中，上述天線裝置被構成為具備晶片天線，該晶片天線在由電介體或磁性體構成的基體上將第一輻射導體和第二輻射導體分別以帶狀進行卷裝，將兩個輻射導體的一端彼此連結，並且將上述第二輻射導體的另一端形成為開放端，而且，將上述第一輻射導體和上述第二輻射導體分別分割為多個分割導體部，將相鄰的該分割導體部彼此介由可變電容元件進行串聯連接，在安裝有上述晶片天線的電路基板，設置第一傳送線路，其對所述第一及第二輻射導體的一端彼此相連結的連接點供給供電信號；第二傳送線路，其對上述第一輻射導體的另一端供給供電信號；高頻切換電路，其使連接於該第二傳送線路的輸入端與連接於上述第一傳送線路的輸出端之間導通斷開；和偏置電路，其將基於偏置控制信號的調諧電壓提供給上述可變電容元件而使電容值變化，在上述高頻切換電路使上述輸入端與上述輸出端之間導通時，上述第二輻射導體可在高頻帶進行諧振，而且，在上述高頻切換電路使上述輸入端與上述輸出端之間斷開時，上述第一及第二輻射導體可在低頻帶進行諧振，即使在選擇了這些高頻帶和低頻帶的任一個時，調諧頻率也隨著上述調諧電壓而變化。
這樣構成的天線裝置，在高頻切換電路使輸入端與輸出端之間導通時，對第一及第二輻射導體的一端彼此相連結的連接點介由第一傳送線路供給供電信號，因此能夠使另一端為開放端的第二輻射導體在規定的頻帶(高頻帶)諧振。另外，在高頻切換電路使輸入端與輸出端之間斷開時，供電信號未被提供給第一傳送線路，而介由第二傳送線路被提供給第一輻射導體的另一端，因此能夠使第一及第二輻射導體的整體在比上述高頻帶低的頻帶(低頻帶)諧振。即，通過利用高頻切換電路使輸入端與輸出端之間導通斷開，能夠任意地選擇高頻帶模式和低頻帶模式，因此通過供給與所選擇的頻帶相應的供電信號，能夠實現雙頻帶化。另外，在選擇了高頻帶和低頻帶的任一個的情況下，通過從偏置電路供給調諧電壓，也能夠在可變電容元件的電容值的變化範圍內適當地變更各頻帶的調諧頻率。從而，即使該天線裝置沒有大型化也可在寬頻帶上得到良好的接收靈敏度。
在上述結構中，安裝有晶片天線的電路基板是具有與外部電路基板(母基板)的布線圖案連接的外部連接端子的天線基板，如果在該天線基板至少配設有高頻切換電路和偏置電路，則能夠在母基板簡單地安裝將晶片天線安裝在天線基板並進行單元化(模塊化)的天線裝置，並且可在電路結構不同但只要天線性能相等即可的各種母基板適用公共的天線裝置，因此可得到操作性或通用性優良的天線裝置。
另外，在上述結構中，只要在偏置電路預先設置用於將偏置控制信號的電壓電平升壓至所需大小的升壓機構，則即使母基板側的電源電壓較低也可將天線裝置的調諧電壓設定為比該電源電壓高，因此即使在將天線裝置內置在電源電壓被設定得較低的可攜式無線設備中的情況下，也不存在對可變電容元件的電容值的控制帶來影響之虞。
另外，在上述結構中，只要將最靠近第一和第二輻射導體的一端彼此相連結的連接點的上述第二輻射導體的分割導體部分割為串聯連接的多個細導體部，並且在電路基板設置可以使這些各細導體部的一個與第一傳送線路之間選擇性地導通的選擇電路，則在高頻帶的選擇時能夠調整可諧振的第二輻射導體的頻帶。作為這種選擇電路，例如在各細導體部與第一傳送線路之間介入設置切換開關，能夠使用該切換開關使各細導體部的一個與第一傳送線路之間導通，或在各細導體部的一個與第一傳送線路之間介入設置晶片電容器或零歐姆晶片電阻等晶片部件。
發明效果本發明的天線裝置，通過利用高頻切換電路使輸入端與輸出端之間導通斷開，能夠任意地選擇高頻帶和低頻帶，因此通過供給與所選擇的頻帶相應的供電信號，可得到雙頻帶的天線裝置。另外，即使在選擇了高頻帶和低頻帶的任一個的情況下，通過從偏置電路供給調諧電壓，也能夠在可變電容元件的電容值的變化範圍內適當地變更各頻帶的調諧頻率。從而該天線裝置即使沒有大型化，也可在寬頻帶上得到良好的接收靈敏度。
圖1是表示本發明的第一實施方式例所涉及的天線裝置安裝在母基板後的狀態的外觀圖。
圖2是該天線裝置的低頻帶模式的等效電路圖。
圖3是該天線裝置的高頻帶模式的等效電路圖。
圖4是本發明的第二實施方式例所涉及的天線裝置的低頻帶模式的等效電路圖。
圖5是該天線裝置的高頻帶模式的等效電路圖。
圖6是本發明的第三實施方式例所涉及的天線裝置的低頻帶模式的等效電路圖。
圖7是該天線裝置的高頻帶模式的等效電路圖。
圖8是本發明的第四實施方式例所涉及的天線裝置的低頻帶模式的等效電路圖。
圖9是該天線裝置的高頻帶模式的等效電路圖。
圖中1、20、40、50-天線裝置；2-晶片天線；3-天線基板；4-基體；5-第一輻射導體；6-第二輻射導體；5a～5c、6a～6c-分割導體部；6a-1、6a-2、6a-3-細導體部；7-可變電容元件；8-第一傳送線路；9-第二傳送線路；10-高頻切換開關(高頻切換電路)；10a-輸入端；10b-輸出端；11-偏置電路；14a～14d-外部連接端子；15-DC/DC轉換器(升壓機構)；16-切換開關；17-晶片電容器(晶片部件)；30-母基板；P1-連接點；P2-供電端；Q-開放端。
具體實施例方式
參照
發明的實施方式，圖1是表示本發明的第一實施方式例所涉及的天線裝置安裝在母基板後的狀態的外觀圖，圖2是該天線裝置的低頻帶模式的等效電路圖，圖3是該天線裝置的高頻帶模式的等效電路圖。
本實施方式例所涉及的天線裝置1是將晶片天線2安裝在天線基板3上並進行單元化(模塊化)的裝置，如圖1所示，天線基板3安裝在外部電路基板即母基板30上。該母基板30是在可攜式電話機等可攜式無線設備中內置的電路基板，將天線裝置1用作電視廣播的UHF頻帶用的接收天線。因此，雖然未予圖示，但在母基板30上配設有天線裝置1用的調諧電路等。
天線裝置1的晶片天線2主要包括由電介體構成的柱狀的基體4；在該基體4的外表面以螺旋狀被卷裝的第一輻射導體5和第二輻射導體6；在兩個輻射導體5、6的線路中分散配置的多個可變電容元件(變容二極體)7。第一及第二輻射導體5、6的一端在連接點P1彼此串聯連結。第一輻射導體5的另一端為供電端P2，第二輻射導體6的另一端為開放端Q。將第一輻射導體5分割為多個分割導體部5a～5c，在相鄰的分割導體部彼此之間(5a、5b之間或5b、5c之間)介由電容元件7串聯連接。同樣，將第二輻射導體6分割為多個分割導體部6a～6c，在相鄰的分割導體部彼此之間(6a、6b之間或6b、6c之間)介由可變電容元件7串聯連接。該晶片天線2在天線基板3上定位固定，並且第一及第二輻射導體5、6的適當部位焊接在天線基板3的布線圖案。此外，基體4的材料也可為磁性體，而且其形狀也可為板狀。
在天線基板3配設有第一傳送線路8，其對第一及第二輻射導體5、6的連接點P1供給供電信號；第二傳送線路9，其對第一輻射導體5的供電端P2供給供電信號；高頻切換開關10，其使輸入端10a予輸出端10b之間導通斷開；偏置電路11，其將基於偏置控制信號的調諧電壓提供給晶片天線2的可變電容元件7而使電容值變化；與第二輻射導體6連接的頻率調整用圖案12；匹配電路，其包括電感器13和電容器等，並且使輸入阻抗與特性阻抗匹配；和焊接在母基板30的布線圖案的外部連接端子14a～14d。
這些外部連接端子14a～14d與母基板30側的未圖示的電源電路和調諧電路連接。例如，對外部連接端子14a輸入來自電源電路的電源電壓VDD，對外部連接端子14b從調諧電路輸入供電信號RF。另外，對外部連接端子14c從調諧電路輸入調諧電壓V(TUNE)用的偏置控制信號，對外部連接端子14d從調諧電路輸入用於使高頻切換開關10接通斷開的開關控制信號V(CTL)。此外，圖1所示的頻率調整用圖案12通過對適當部位進行修整(trimming)，能夠對第二輻射導體6的電長度進行微調整，通過該微調整能夠避免天線性能的偏差。
高頻切換開關10的輸入端10a與調諧電路的供電電路連接，並且與第二傳送線路9連接。高頻切換開關10的輸出端10b與第一傳送線路8連接，在輸入端10a與輸出端10b被導通的開關接通狀態下，介由第一傳送線路8對連接點P1可供給供電信號RF。另外，在輸入端10a與輸出端10b之間被斷開(即導通被遮斷)的開關斷開狀態下，介由第二傳送線路9對供電端P2可供給供電信號RF。該高頻切換開關10，在供給開關控制信號V(CTL)時處於開關接通狀態，在不供給開關控制信號V(CTL)時處於開關斷開狀態。
在偏置電路11設置有DC/DC轉換器15，其將電源電壓V(DD)(例如3伏特)始終升壓至恆定的工作電壓(例如5伏特)；FET開關電路，其根據該DC/DC轉換器15的輸出(工作電壓)和偏置控制信號(脈衝寬度調製信號)，生成升壓結束偏置信號；和平滑化電路，其對該升壓結束偏置信號進行平滑化，來生成直流的調諧電壓V(TUNE)。通過該偏置電路11，使調諧電壓V(TUNE)按照偏置控制信號的脈衝寬度在例如0.2～4.8伏特範圍內變化。從而，通過將調諧電壓V(TUNE)提供給可變電容元件7而使電容值變化，能夠適當地改變晶片天線2的調諧頻率。
接下來，對如上所述那樣構成的天線裝置1的動作進行說明。該天線裝置1，如圖2所示，在高頻切換開關10處於使輸入端10a與輸出端10b之間斷開時的開關斷開狀態時，可介由第二傳送線路9對供電端P2供給供電信號RF，因此能夠使第一及第二輻射導體5、6的整體以規定的頻帶(低頻帶)諧振。並且，如果在該低頻帶使施加到可變電容元件7的調諧電壓V(TUNE)變化，則能夠適當地變更晶片天線2的調諧頻率(第一及第二輻射導體5、6整體的諧振頻率)。
另外，如圖3所示，在高頻切換開關10處於使輸入端10a與輸出端10b導通的開關接通狀態時，可介由第一傳送線路8對連接點P1供給供電信號RF，因此能夠使第二輻射導體6以比上述低頻帶高的頻帶(高頻帶)諧振。此時，與高頻帶對應的供電信號RF幾乎不會提供到介入設置有電容器13的第二傳送線路9。而且，如果在該高頻帶模式下使施加到可變電容元件7的調諧電壓V(TUNE)變化，則可適當地變更晶片天線2的調諧頻率(第二輻射導體6的諧振頻率)。
這樣，本實施方式例所涉及的天線裝置1，通過利用高頻切換開關10使輸入端10a與輸出端10b之間導通斷開，就能夠任意選擇高頻帶模式和低頻帶模式，因此通過供給與所選擇的頻帶對應的供電信號RF，能夠實現在高低任意頻帶下均可使用的雙頻帶化。另外，即使在選擇了高頻帶和低頻帶的任一個的情況下，通過從偏置電路11供給調諧電壓V(TUNE)，也能夠在可變電容元件7的電容值的變化範圍內變更各頻帶的調諧頻率。因而，該天線裝置1不僅維持可容易地內置於可攜式無線設備中的小型化，並且在寬頻帶下可得到良好的接收靈敏度，從而適合用作電視廣播的UHF頻帶用的接收天線。
另外，由於該天線裝置1為將晶片天線2安裝在天線基板3上並進行單元化後的模塊，因此在母基板30上容易安裝，並且能夠在電路結構不同而只要天線性能相等即可的各種母基板30適用公共的天線裝置1，從而操作性和通用性優良。其中，在無需使用天線專用的基板使天線裝置1單元化時，也可在配設有傳送線路8、9和高頻切換開關10和偏置電路11等的母基板30上直接安裝晶片天線2。
另外，在該天線裝置1中，偏置電路11具有使偏置控制信號的電壓電平升壓至規定的大小的DC/DC轉換器15，即使母基板30側的電源電壓較低，也可將天線裝置1的調諧電壓V(TUNE)設定為比該電源電壓高，因此在電源電壓被設定得較低的可攜式無線設備中內置有天線裝置1的情況下，也不會存在對可變電容元件7的電容值的控制帶來影響之虞。
圖4是本發明的第二實施方式例所涉及的天線裝置的低頻帶模式的等效電路圖，圖5是該天線裝置的高頻帶模式的等效電路圖，對與圖2、3對應的部分標註同一符號，由此省略重複說明。
在本實施方式例所涉及的天線裝置20中，採用了將直流的調諧電壓V(TUNE)疊加到供電信號RF後供給到晶片天線附近為止的電路結構，因此能夠簡化母基板側的布線圖案的布局。在該第二實施方式例的情況下，如圖4所示，在高頻切換開關10使輸入端10a與輸出端10b之間斷開時，能夠使第一和第二輻射導體5、6整體在低頻帶諧振，如圖5所示，在高頻切換開關10使輸入端10a與輸出端10b導通時，能夠使第二輻射導體6在高頻帶諧振。而且，與上述的第一實施方式例同樣，在選擇高頻帶和低頻帶的任一個的情況下，供給調諧電壓V(TUNE)而使可變電容元件7的電容值變化，由此能夠變更各頻帶的調諧頻率。
圖6是本發明的第三實施方式例所涉及的天線裝置的低頻帶模式的等效電路圖，圖7是該天線裝置的高頻帶模式的等效電路圖，對與圖2、3對應的部分標註同一符號，由此省略重複的說明。
本實施方式例所涉及的天線裝置40與第一實施方式例所涉及的天線裝置1的不同點在於，將最靠近連接點P1的第二輻射導體6的分割導體部6a進一步細分割而形成為串聯連接的多個(例如為3個)細導體部6a-1、6a-2、6a-3，並且利用在天線基板3上安裝的切換開關16能夠使這些細導體部6a-1、6a-2、6a-3的一個與第一傳送線路8之間選擇性地導通，除此之外的結構基本上相同。切換開關16是針對3個固定接點而改變可動接點的接觸位置的3位置切換開關，從該可動接點導出的端子與第一傳送線路8連接，從3個固定接點導出的端子分別與細導體部6a-1、6a-2、6a-3連接。雖然在圖示的例子中第一傳送線路8和細導體部6a-3介由切換開關16處於導通的狀態，但是通過對切換開關16的可動接點進行驅動，能夠使第一傳送線路8切換到與其他細導體部6a-1或6a-2導通的狀態。
在這樣構成的第三實施方式例所涉及的天線裝置40中，如圖6所示，在高頻切換開關10處於使輸入端10a與輸出端10b之間斷開的開關斷開狀態時，能夠介由第二傳送線路9對供電端P2供給供電信號RF，因此能夠使第一及第二輻射導體5、6整體在低頻帶諧振。另外，如圖7所示，在高頻切換開關10處於使輸入端10a與輸出端10b導通的開關接通狀態時，能夠從第一傳送線路8介由切換開關16對分割導體部6a的細導體部6a-3供給供電信號RF，因此能夠使從細導體部6a-3起至開放端Q的第二輻射導體6在高頻帶諧振。而且，與上述的第一實施方式例同樣，在選擇了高頻帶和低頻帶的任一個的情況下，供給調諧電壓V(TUNE)而使可變電容元件7的電容值變化，能夠變更各頻帶的調諧頻率。
另外，該天線裝置40通過使用切換開關16來選擇第一傳送線路8與第二輻射導體6的各細導體部6a-1、6a-2、6a-3之間的導通狀態，在選擇了高頻帶時能夠改變進行諧振的第二輻射導體6的L長度，因此根據內置有天線裝置40的可攜式無線機所使用的地區的電波狀況，在選擇高頻帶時，能夠調整可諧振的第二輻射導體6的頻帶。即，如上所述那樣使第一傳送線路8與細導體部6a-3之間處於導通狀態的情況下在最高頻帶(高頻帶)進行諧振，如果使第一傳送線路8與細導體部6a-2之間處於導通狀態，則能夠使從細導體部6a-2起至開放端Q的第二輻射導體6在比它稍微低的頻帶(高頻帶)諧振，如果使第一傳送線路8與細導體部6a-1之間處於導通狀態，則能夠使從細導體部6a-1起至開放端Q的第二輻射導體6在進一步低的頻帶(高頻帶)諧振。
圖8是本發明的第四實施方式例所涉及的天線裝置的低頻帶模式的等效電路圖，圖9是該天線裝置的高頻帶模式的等效電路圖，對與圖6、7對應的部分標註同一符號，由此省略重複說明。
在本實施方式例所涉及的天線裝置50中，使第二輻射導體6的各細導體部6a-1、6a-2、6a-3的一個與第一傳送線路8之間介由在天線基板3上安裝的晶片電容器17而導通，除此以外的結構與上述的第三實施方式例基本上相同。在該第四實施方式例的情況下，如圖8所示，在高頻切換開關10使輸入端10a與輸出端10b之間斷開時，能夠使第一及第二輻射導體5、6整體在低頻帶諧振，如圖9所示，在高頻切換開關10使輸入端10a與輸出端10b之間導通時，能夠使第二輻射導體6在高頻帶諧振。而且，與上述的第一實施方式例同樣，在選擇了高頻帶與低頻帶的任一個時，通過供給調諧電壓V(TUNE)而使可變電容元件7的電容值變化，能夠變更各頻帶的調諧頻率。
另外，該天線裝置50通過選擇晶片天線17的安裝位置來變更各細導體部6a-1、6a-2、6a-3的一個與第一傳送線路8之間的導通狀態，從而在選擇了高頻帶時可改變進行諧振的第二輻射導體6的L長度，因此能夠根據內置有天線裝置50的可攜式無線機所使用的地區的電波狀況，在選擇高頻帶時能夠調整可諧振的第二輻射導體6的頻帶。此外，取代晶片電容器17採用零歐姆晶片(chip)電阻，或在天線基板3預先形成用於連接各細導體部6a-1、6a-2、6a-3與第一傳送路徑8之間的3個選擇圖案，並且留下這些選擇圖案的一個而切斷其他兩個也可。
權利要求
1.一種天線裝置，具備晶片天線，該晶片天線在由電介體或磁性體構成的基體上將第一輻射導體和第二輻射導體分別以帶狀進行卷裝，將兩個輻射導體的一端彼此連結，並且將上述第二輻射導體的另一端形成為開放端，而且，將上述第一輻射導體和上述第二輻射導體分別分割為多個分割導體部，將相鄰的該分割導體部彼此介由可變電容元件進行串聯連接，在安裝有上述晶片天線的電路基板，設置第一傳送線路，其對所述第一及第二輻射導體的一端彼此相連結的連接點供給供電信號；第二傳送線路，其對上述第一輻射導體的另一端供給供電信號；高頻切換電路，其使連接於該第二傳送線路的輸入端與連接於上述第一傳送線路的輸出端之間接通斷開；和偏置電路，其將基於偏置控制信號的調諧電壓提供給上述可變電容元件而使電容值變化，在上述高頻切換電路使上述輸入端與上述輸出端之間導通時，上述第二輻射導體可在高頻帶進行諧振，而且，在上述高頻切換電路使上述輸入端與上述輸出端之間斷開時，上述第一及第二輻射導體可在低頻帶進行諧振，即使在選擇了這些高頻帶和低頻帶的任一個時，調諧頻率也隨著上述調諧電壓而變化。
2.根據權利要求1所述的天線裝置，其特徵在於，上述電路基板是具有與外部電路基板的布線圖案連接的外部連接端子的天線基板，在該天線基板至少配設上述高頻切換電路和上述偏置電路。
3.根據權利要求1所述的天線裝置，其特徵在於，在上述偏置電路設置有升壓機構，該升壓機構使上述偏置控制信號的電壓電平升壓至規定的大小。
4.根據權利要求1所述的天線裝置，其特徵在於，將最靠近上述連接點的上述第二輻射導體的上述分割導體部分割為串聯連接的多個細導體部，並且在上述電路基板設置選擇電路，該選擇電路可以使上述各細導體部的一個與上述第一傳送線路之間選擇性地導通。
5.根據權利要求4所述的天線裝置，其特徵在於，上述選擇電路是在上述各細導體部與上述第一傳送線路之間所介入設置的切換開關。
6.根據權利要求4所述的天線裝置，其特徵在於，上述選擇電路是在上述各細導體部的一個與上述第一傳送線路之間所介入設置的晶片部件。
全文摘要
本發明提供一種不影響小型化並且在寬頻帶上可獲得良好的接收靈敏度的天線裝置。天線裝置(1)被構成為在配設有傳送線路(8、9)或高頻切換開關(10)、偏置電路(11)等的電路基板(例如，天線基板(3))安裝晶片天線(2)。在晶片天線(2)的基體(4)上將第一及第二輻射導體(5、6)進行卷裝並將它們的一端彼此連結，對各輻射導體(5、6)分散配置可變電容元件(7)。在高頻切換開關(10)使輸入端與輸出端導通時，對傳送線路(8)供給供電信號而成為高頻帶模式，在導通被遮斷時對傳送線路(9)供給供電信號而成為低頻帶模式。另外，在任何頻帶下均從偏置電路(11)對可變電容元件(7)供給調諧電壓來變更調諧頻率。
文檔編號H01Q9/04GK101093911SQ20071011015
公開日2007年12月26日 申請日期2007年6月18日 優先權日2006年6月20日
發明者中村祐介, 大滝幸夫 申請人:阿爾卑斯電氣株式會社