天線裝置以及無線通信裝置的製作方法

2023-09-09 15:47:40 1

專利名稱：天線裝置以及無線通信裝置的製作方法
技術領域：
本發明主要涉及行動電話等移動通信用的天線裝置以及包括該天線裝置的無線通f曰裝直O
背景技術：
行動電話機等移動通信無線裝置的小型化、薄型化正在迅速進行。另外，移動無線通信裝置不僅作為以往的電話機使用，還變為進行電子郵件的收發、WWW (World Wide Web, 全球資訊網)網頁的瀏覽等的數據終端機。處理的信息也從以往的聲音、文字信息變為照片、運動圖像，實現大容量化，需要通信質量的進一步提高。另外，移動無線通信裝置需要應對作為電話的聲音通話、用於網頁瀏覽的數據通信、電視廣播的收看等各種各樣的應用。在這種狀況下，為了進行與各個應用有關的無線通信，需要能夠以範圍較寬的頻率動作的天線裝置。
以往，作為覆蓋較寬頻帶並且調整共振頻率的天線裝置，例如有專利文獻1記載的在天線元件部中設置縫隙以調整共振頻率的天線裝置，和專利文獻2記載的在縫隙 (slit)中設置陷波(trap)電路的切口 (notch)天線。
專利文獻1的天線裝置包含板狀輻射元件(輻射板)以及與其平行對置的接地板，還包含供電部，位於輻射板的邊緣部的大致中央處並提供高頻信號；短路部，在供電部的附近將輻射板與接地板短路；以及兩個共振器，通過在輻射板上與供電部大致對置的邊緣部處設置縫隙部而分別形成。通過調整該縫隙部的形狀、尺寸，或者通過在縫隙部中裝載電抗元件、導體板，使兩個共振器間的耦合度最佳化。這樣，得到具有適當特性的小型的、薄型的天線。
專利文獻2的切口天線在要以低通信頻帶進行共振時，能夠在陷波電路的位置處使縫隙為高頻斷開狀態，在要以高通信頻帶進行共振時，能夠在陷波電路的位置處使縫隙為高頻閉合狀態，這樣能夠根據要共振的通信頻帶適當地改變切口天線的共振長度。
另外，專利文獻3的天線裝置包含基板；多個天線元件，以位於基板上的平板型製造；以及至少一個隔離(isolation)元件，在基板上位於多個天線元件之間，接地至指定的接地部。使用在天線元件之間製造的隔離元件來防止天線元件之間的相互幹擾，由此具有防止輻射圖的變形的效果。另外，通過將隔離元件接地至接地面，作為寄生天線動作，具有提高輸出增益的效果。另外，僅將基板上層積的金屬膜蝕刻為指定形式，便可製造隔離元件以及天線元件，因而製造方法容易，基板上的金屬膜構成隔離元件，具有能夠以基本接近二維的平板結構製造的效果。
專利文獻1 國際申請的國際公開W02002/075853號 專利文獻2 日本特開2004-32303號公報 專利文獻3 日本特開2007-97167號公報 最近，為了增大通信容量以實現高速通信，出現了採用利用空分復用同時收發多個信道的無線信號的MIMO(Multi-hput Multi-Output，多輸入多輸出)技術的天線裝置。為了取得較大的通信容量，執行MIMO通信的天線裝置需要防止天線元件間的幹擾以實現高隔離，據此同時執行相互低相關的多個無線信號的收發。
另外，MIMO通信例如在800MHz帶以及2000MHz帶的多個頻帶中進行，因而需要在多個頻帶中提高隔離。
為了在多個頻帶中提高隔離，作為以往技術，已知有增大天線元件的大小，增大天線元件間的距離，附加用於提高隔離的較大的電磁耦合調整單元，但這些技術均會增大天線裝置的大小。行動電話機內能夠安裝天線裝置的容積逐年變小，因而需要在使用小型天線裝置的同時在多個頻帶中提高隔離。
在專利文獻1以及2的結構中，雖然能夠改變共振頻率，但是供電部只有一個，因而具有無法在MIMO通信、使用分集方式的通信、或適應性陣列(adaptive array)中利用的問題。
另外，在專利文獻3的結構中，具有多個供電部，因而能夠在MIMO通信、使用分集方式的通信、或適應性陣列中利用，但是無法在多個頻率中實現高隔離，並且天線元件的間隔需要採用λ/2，具有天線裝置的大小變大的問題。

發明內容
本發明解決以上問題，提供能夠以簡單且小型的結構在多個頻帶中同時執行相互低相關的多個無線信號的收發的天線裝置，以及包括這種天線裝置的無線通信裝置。
本發明的第一方式涉及的天線裝置包括在天線元件上的指定的各位置處分別設置的第一及第二供電埠，其特徵在於所述天線元件經由所述第一及第二供電埠分別同時被激勵，從而作為與所述第一及第二供電埠分別對應的第一及第二天線部同時動作；所述天線元件在第一頻率與高於所述第一頻率的第二頻率中的任一個中被激勵；所述天線裝置包括電磁耦合調整單元，設置在所述第一及第二供電埠間，在所述第一及第二頻率的每個頻率中在所述第一及第二供電埠間產生指定的隔離；陷波電路，作為設置在所述電磁耦合調整單元中的陷波電路，在所述天線元件以所述第一頻率被激勵時，使所述電磁耦合調整單元在所述第一頻率中產生所述隔離，在所述天線元件以所述第二頻率被激勵時，使所述電磁耦合調整單元在所述第二頻率中產生所述隔離；以及第一共振頻率調整單元，作為設置在所述電磁耦合調整單元中的第一共振頻率調整單元，在所述天線元件以所述第一頻率被激勵時，使所述電磁耦合調整單元在所述第一及第二供電埠間產生隔離的頻率移動至所述第一頻率。
所述天線裝置的特徵在於在所述天線元件以所述第一頻率被激勵時，所述陷波電路實質上斷開，所述天線元件上，不通過所述陷波電路的第一電流路徑在所述第一及第二供電埠間形成；在所述天線元件以所述第二頻率被激勵時，所述陷波電路實質上短路， 所述天線元件上，通過所述陷波電路的第二電流路徑在所述第一及第二供電埠間形成。
另外，所述天線裝置的特徵在於所述第一共振頻率調整單元為電抗元件。
另外，所述天線裝置的特徵在於所述第一共振頻率調整單元為可變電抗元件； 所述天線裝置還包括控制所述可變電抗元件的電抗值的控制單元。
另外，所述天線裝置的特徵在於還包括第二共振頻率調整單元，作為設置在所述電磁耦合調整單元中的第二共振頻率調整單元，在所述天線元件以所述第二頻率被激勵時，使所述電磁耦合調整單元在所述第一及第二供電埠間產生隔離的頻率移動至所述第二頻率。
另外，所述天線裝置的特徵在於所述電磁耦合調整單元是設置在所述天線元件中的縫隙；所述陷波電路沿著所述縫隙設置在距所述縫隙的開口部指定距離的位置處；所述第一共振頻率調整單元沿著所述縫隙設置在比所述陷波電路距所述縫隙的開口部更遠的位置處。
另外，所述天線裝置的特徵在於所述電磁耦合調整單元是設置在所述天線元件中的槽縫(slot)，所述槽縫具有與所述第一及第二供電埠接近的第一端部和距所述第一及第二供電埠較遠的第二端部；所述陷波電路沿著所述槽縫設置在分別距所述第一及第二端部指定距離的位置處；所述第一共振頻率調整單元沿著所述槽縫設置在所述陷波電路與所述第二端部之間。
另外，所述天線裝置的特徵在於所述陷波電路串聯連接第一電感器及第一電容器的串聯共振電路與第二電感器及第二電容器的並聯共振電路而構成。
另外，所述天線裝置的特徵在於所述陷波電路並聯連接電感器及第一電容器的串聯共振電路與第二電容器而構成。
另外，所述天線裝置的特徵在於所述陷波電路為帶通濾波器。
另外，所述天線裝置的特徵在於所述陷波電路為高通濾波器。
本發明的第二方式涉及的無線通信裝置收發多個無線信號，其特徵在於包括本發明的第一方式涉及的天線裝置。
(發明效果) 如以上所說明的那樣，根據本發明涉及的天線裝置以及使用該天線裝置的無線通信裝置，能夠在多個動作頻率中使天線元件發生共振，並且確保供電埠間的隔離較高，能夠實現在多個隔離頻率的每個頻率中以低耦合動作的MIMO天線裝置。通過在天線元件中設置縫隙，使天線元件的共振頻率發生變化。縫隙起到提高天線元件的兩個供電埠間的隔離的作用。另外，通過在縫隙的指定位置處設置形成根據動作頻率而異的電流路徑的單元(陷波電路)，能夠在多個頻率時確保隔離較高。通過在沿著縫隙的指定位置處，即比陷波電路距縫隙的開口部更遠的位置處設置共振頻率調整單元，能夠使天線元件的動作頻率中最低域側的隔離頻率進一步向低域側移動。以上結構實現天線裝置的小型化。防止供電埠間的幹擾以實現高隔離，據此使多個天線部的每個具有較高效率。
為了同時使用多個供電埠進行通信，必須在希望動作的指定頻率中由天線產生共振，並且提高供電埠間的隔離。根據本發明，能夠在多個動作頻率時使天線元件產生共振，在這些動作頻率的每個頻率中提高兩個供電埠間的隔離，能夠提供能同時執行多個無線信號的收發的無線通信裝置。
根據本發明，能夠在使天線元件數保持為一個的同時，使該天線元件作為多個天線部動作，並且能夠在多個頻帶中確保多個天線部間的隔離。確保隔離以使MIMO天線裝置的多個天線部相互低耦合，據此能夠使用各天線部同時執行相互低相關的多個無線信號的收發。另外，能夠調整天線元件的動作頻率，能夠應對頻率不同的應用。


圖1是表示本發明的第一實施方式涉及的天線裝置101以及使用該天線裝置的無線通信裝置的概略結構的模塊圖。
圖2是表示圖1的陷波電路106的一例的電路圖。
圖3是表示圖2的陷波電路106的相對於頻率的通過係數的參數S21的曲線圖。
圖4是表示比較例的陷波電路的電路圖。
圖5是表示圖4的陷波電路的相對於頻率的通過係數的參數S21的曲線圖。
圖6是表示本發明的第一實施方式的第一變形例涉及的陷波電路的電路圖。
圖7是表示本發明的第一實施方式的第二變形例涉及的陷波電路的電路圖。
圖8是表示圖7的陷波電路的相對於頻率的通過係數的參數S21的曲線圖。
圖9是表示圖1的天線裝置101以高域側頻率動作時的電流路徑Il的圖。
圖10是表示圖1的天線裝置101以低域側頻率動作時的電流路徑12的圖。
圖11是表示本發明的第二實施方式涉及的天線裝置201以及使用該天線裝置的無線通信裝置的概略結構的模塊圖。
圖12是表示本發明的第三實施方式涉及的天線裝置301以及使用該天線裝置的無線通信裝置的概略結構的模塊圖。
圖13是表示本發明的第四實施方式涉及的天線裝置401以及使用該天線裝置的無線通信裝置的概略結構的模塊圖。
圖14是表示本發明的第五實施方式涉及的天線裝置501以及使用該天線裝置的無線通信裝置的概略結構的模塊圖。
圖15是表示本發明的第二實施方式的第一實施例涉及的天線裝置201的結構的立體圖。
圖16是表示圖15的天線裝置201的相對於頻率的反射係數的參數Sll以及通過係數的參數S21的曲線圖。
圖17是表示本發明的第二實施方式的第二實施例涉及的天線裝置201的結構的立體圖。
圖18是表示圖17的天線裝置201的相對於頻率的反射係數的參數Sll以及通過係數的參數S21的曲線圖。
具體實施例方式以下，參照

本發明涉及的實施方式。此外，對相同的結構要素標註相同的符號。
第一實施方式 圖1是表示本發明的第一實施方式涉及的天線裝置101以及使用該天線裝置的無線通信裝置的概略結構的模塊圖。本實施方式的天線裝置包括長方形形狀的天線元件102， 該天線元件102包括不同的兩個供電點108a、109a，經由供電點108a作為第一天線部激勵天線元件102，同時，經由供電點109a作為第二天線部激勵天線元件102，據此使單一的天線元件102作為兩個天線部動作。
通常，在單一的天線元件中設置多個供電埠(或供電點)的情況下，無法確保供電埠間的隔離，不同天線部間的電磁耦合變高，因而信號間的相關性變高。因此，例如在接收時，從各供電埠輸出相同的接收信號。在這種情況下，無法取得分集或MIMO的良好特性。在本實施方式中，在天線元件102的供電點108a、109a之間包括縫隙105，通過縫隙 105的長度調整天線元件102的共振頻率，並且調整在供電點108a、109a間能夠確保隔離的頻率。本實施方式還具有如下特徵，即在縫隙105中包括陷波電路106以及電抗元件107， 據此在多個頻率時確保隔離。
圖1中，天線裝置101包括由長方形形狀的導體板形成的天線元件102，以及由長方形形狀的導體板形成的接地導體103，天線元件102與接地導體103以相互重合的方式隔開指定距離平行設置。天線元件102的一邊與接地導體103的一邊相互接近地設置，由直線狀的連接導體104a、104b在機械上和電氣上相互連接。在天線元件102中，以在連接導體104a、104b所連接的邊與其對邊之間延伸的方式設置具有指定寬度以及長度的縫隙 105。縫隙105的一端通過在連接導體104a、104b所連接的邊的對邊的大致中央部具有開口部，構成為開放端，另一端構成為封閉端。在天線元件102上，在夾持著縫隙105的兩側設置供電點108a、109a，供電線F1、F3從接地導體103的後側穿過接地導體103分別連接到供電點108a、109a。供電線F1、F3例如是具有50 Ω的特性阻抗的同軸電纜，作為其內部導體的信號線Fla、F3a分別連接到供電點108a、109a，作為其外部導體的信號線Fib、F3b分別在連接點108b、109b處連接到接地導體103。供電點108a以及連接點108b作為天線裝置101的一個供電埠工作，供電點109a以及連接點109b作為天線裝置101的另一個供電埠工作。另外，供電線F1、F3分別連接到阻抗匹配電路(以下稱作匹配電路)111、112， 匹配電路111、112經由供電線F2、F4分別連接到MIMO通信電路113。供電線F2、F4例如也由具有50的特性阻抗的同軸電纜分別構成。MIMO通信電路113利用天線元件102收發與MIMO通信方式相關的多個信道(在本實施方式中是兩個信道)的無線信號。
如圖1所示，天線裝置101構成為板狀倒F型天線裝置。作為變形例，也可以不由多個連接導體104a、104b連接天線元件102與接地導體103，而是由單一的導體板連接。
為了根據動作頻率改變供電埠間的電流路徑，天線裝置101還在沿著縫隙105 距縫隙105的開口部指定距離的位置處包括陷波電路106 (詳細情況後述)。天線元件101 通過包括陷波電路106，能夠在不同的兩個頻率(以下稱作隔離頻率)中確保供電埠間的隔離性較高。另外，為了在低域側的隔離頻率中改變縫隙105的電氣長度，天線裝置101 還在沿著縫隙105比陷波電路106距縫隙105的開口部更遠的指定位置處包括電抗元件 107 (即電容器或電感器)(詳細情況後述)。匹配電路111、112以及MIMO通信電路113的動作頻率在控制器114的控制下變化。控制器113通過調整匹配電路111、112以及MIMO 通信電路113的動作頻率，使天線元件101的動作頻率選擇性地移動至兩個隔離頻率中的任一個頻率。
在天線元件102中設置縫隙105所產生的效果如下所述。天線元件102的共振頻率與能夠確保隔離的頻率依賴於縫隙105的長度而變化，因而縫隙105的長度以調整這些頻率的方式決定。具體而言，通過設置縫隙105，天線元件102本身的共振頻率降低。另外， 縫隙105根據縫隙105的長度作為共振器動作。縫隙105與天線元件102本身進行電磁耦合，因而與不具有縫隙105的情況相比，天線元件102的共振頻率按照縫隙105的共振條件的頻率發生變化。通過設置縫隙105，天線元件102的共振頻率能夠發生變化，並且能夠在指定頻率中提高供電埠間的隔離性。通過設置縫隙105能夠確保隔離性較高的頻率一般與天線元件102的共振頻率不一致。因此，在本實施方式中，為了將天線元件102的動作頻率(即收發期望信號的頻率)從利用縫隙105發生了變化的共振頻率移動至隔離頻率，在各供電埠與MIMO通信電路113之間設置匹配電路111、112。通過設置匹配電路111，對於MIMO通信電路113側的端子(即連接到供電線F2的一側的端子)，從該端子觀察天線元件102時的阻抗與從該端子觀察MIMO通信電路113時的阻抗(即供電線F2的50 Ω的特性阻抗)一致。同樣，通過設置匹配電路112，對於MIMO通信電路113側的端子(即連接到供電線F4的一側的端子)，從該端子觀察天線元件102時的阻抗與從該端子觀察MIMO 通信電路113時的阻抗(即供電線F4的50Ω的特性阻抗)一致。設置匹配電路111、112 對共振頻率與隔離頻率這兩者產生影響，但主要是為改變共振頻率做出貢獻。
在縫隙105中設置陷波電路106的效果如下所述。陷波電路106僅在指定的共振頻率中實質上斷開，因而使用時在兩個隔離頻率中，對低域側的隔離頻率實質上斷開，對高域側的隔離頻率實質上短路。因此，陷波電路106對低域側的隔離頻率使縫隙105整體共振，對高域側的隔離頻率僅使從縫隙105的開口部到陷波電路106的區間共振。這樣，縫隙 105根據頻率而使電氣長度發生變化，因而本實施方式的天線裝置101構成為改變天線元件102的動作頻率以改變縫隙105的電氣長度，據此實現不同的兩個共振頻率，並且在不同的兩個頻率中確保供電埠間的隔離。在本實施方式中，改變天線元件102的動作頻率以改變縫隙105的電氣長度，據此能夠實現不同的兩個隔離頻率。
圖2是表示圖1的陷波電路106的一例的電路圖，圖3是表示圖2的陷波電路 106的相對於頻率的通過係數的參數S21的曲線圖。圖2所示的電路是串聯組合了電感器 Ll及電容器Cl的串聯電路與電感器L2及電容器C2的並聯電路的電路。電感器L2及電容器C2的並聯電路的部分的阻抗在共振頻率fl=l/(27t/"(L2 · C2))時實質上變為無限大，因而圖2的陷波電路106電氣上在頻率fl時實質上變為斷開。此處，例如通過使Cl = 2. 3pF、Ll = 8. 2nH、C2 = 4. 0pF、L2 = 2. 2nH來安裝圖2的電路時，如圖3所示，在2GHz時通過量為OdB(短路)，1. 7GHz時通過量為-30dB(斷開)。因此，能夠將2GHz用作高域側的隔離頻率，將1. 7GHz用作低域側的隔離頻率。為了比較，說明僅包含電感器Ll及電容器 Cl的串聯電路的陷波電路。圖4是表示比較例的陷波電路的電路圖，圖5是表示圖4的陷波電路的相對於頻率的通過係數的參數S21的曲線圖。圖4的陷波電路的阻抗在共振頻率 2=1/(2π,(ΙΛ · Cl))時變為0，距離頻率f2越遠變得越高，因而圖4的陷波電路能夠在頻率f2時實質上短路，在其他頻率f3(興f2)時實質上斷開。此處，例如通過使Cl = 2. 7pF、Ll = 2. 3nH來安裝圖2的電路時，如圖5所示，在500MHz 3000MHz的範圍中通過量為-5dB以上。這樣，在較寬的頻率範圍中陷波電路實質上為短路狀態，因而在該頻率範圍中，只有使從縫隙105的開口部到陷波電路106的區間共振的頻率為隔離頻率，無法在多個頻率時使隔離性較高。
此外，陷波電路的結構不限於圖2的電路結構。圖6是表示本發明的第一實施方式的第一變形例涉及的陷波電路的電路圖。例如，如圖6所示，使用並聯組合了電感器Lll 及電容器Cll的串聯電路與電容器C12的電路，也能取得與圖2的電路相同的效果。另外， 陷波電路106也可以是帶通濾波器或高通濾波器。圖7是表示本發明的第一實施方式的第二變形例涉及的作為帶通濾波器的陷波電路的電路圖，圖8是表示圖7的陷波電路的相對於頻率的通過係數的參數S21的曲線圖。此處，例如通過使C21 = 0. lpF、C22 = 0. lpF、L21 =28nH來安裝圖7的電路時，如圖8所示，在2. IGHz時通過量為OdB (短路)。因此，能夠將2. IGHz用作高域側的隔離頻率，將比該頻率低的指定頻率用作低域側的隔離頻率。在使用高通濾波器的情況下也同樣進行動作。代替上述方式，陷波電路也可以用MEMS(Micrc) Electro Mechanical Systems，微型機電系統)的器件構成。
在縫隙105中設置電抗元件107的效果如下所述。在如本實施方式這樣使用兩個隔離頻率的情況下，在高域側的隔離頻率時僅使從縫隙105的開口部到陷波電路106的區間共振，因而電抗元件107的有無對隔離頻率產生的影響較小。但是，在低域側的隔離頻率時使縫隙105整體共振，因而通過設置電抗元件107使從縫隙105的封閉端到陷波電路106 為止電氣長度發生變化，因此能夠調節隔離頻率。在使用電容器作為電抗元件107的情況下，在容量增加的同時，從縫隙105的封閉端到陷波電路106為止電氣長度變長，因此低域側的隔離頻率進一步向低域側移動。根據以上說明的結構，能夠使用小型的天線裝置101， 在相距較大頻率間隔的多個動作頻率時使之動作。另外，該電抗元件107還能夠對高域側的隔離頻率進行微調。隔離頻率還依賴於電抗元件107在縫隙105中設置的位置而發生變化，因而以調整兩個隔離頻率的方式決定電抗元件106的位置。
如以上所說明的那樣，本實施方式的天線裝置101包括縫隙105、陷波電路106以及電抗元件107，據此能夠在兩個隔離頻率中確保供電埠間的隔離性較高。以下，參照圖 9以及圖10，說明天線裝置101以兩個隔離頻率的每個頻率動作時的電流路徑。圖9是表示圖1的天線裝置101以高域側頻率動作時的電流路徑Il的圖，圖10是表示圖1的天線裝置101以低域側頻率動作時的電流路徑12的圖。在圖9中，天線裝置101以高域側的隔離頻率動作時，陷波電路106實質上變為短路狀態，縫隙105隻有從縫隙105的開口部到陷波電路106的區間發生共振，供電點108a、109a間的電流路徑Il通過陷波電路106。電流路徑Il的路徑長度為動作波長λ 1的1/2。另一方面，在圖10中，天線裝置101以低域側的隔離頻率動作時，陷波電路106實質上變為斷開狀態，縫隙105整體發生共振，供電點108a、 109a間的電流路徑Il不通過陷波電路106，迂迴經過縫隙105的封閉端。電流路徑12的路徑長度為動作波長λ 2的1/2，並且比電流路徑Il的路徑長度更長。
在本實施方式中，通過包括以上結構，經由一個供電點108a作為第一天線部激勵天線元件102，同時，經由另一個供電點109a作為第二天線部激勵天線元件102，據此能夠使單一的天線元件102作為兩個天線部動作。如以上所說明的那樣，根據本實施方式的天線裝置101，在使單一的天線元件102作為兩個天線部動作時，能夠以簡單的結構在多個隔離頻率時確保供電埠間的隔離，在多個隔離頻率的每個頻率中，能夠同時執行多個無線信號的收發。
第二實施方式 圖11是表示本發明的第二實施方式涉及的天線裝置201以及使用該天線裝置的無線通信裝置的概略結構的模塊圖。為了調整隔離頻率，本實施方式的天線裝置的特徵在於，不僅如第一實施方式那樣包括電抗元件107，還在沿著縫隙105的指定位置處包括另一個電抗元件202。
在圖11中，除了圖1的結構外，本實施方式的天線裝置還在沿著縫隙105距縫隙 1055的開口部指定距離的位置處包括電抗元件202。天線元件102的共振頻率與能夠確保隔離的頻率依賴於縫隙105的長度而變化，因而縫隙105的長度以調整這些頻率的方式決定。本實施方式中，為了調整這些頻率，進一步在沿著縫隙105的指定位置處設置具有指定的電抗值的電抗元件202(即電容器或電感器)。另外，這些頻率還依賴於電抗元件106在縫隙105中設置的位置而發生變化，因而電抗元件106的位置以調整這些頻率的方式決定。 頻率的調整量(推移量)在電抗元件202設置在縫隙105的開口部時達到最大。由此，在決定電抗元件202的電抗值後，通過移動其安裝位置，能夠對天線元件102的共振頻率與能夠確保隔離的頻率進行微調。
如前所述，在高域側的隔離頻率時僅使從縫隙105的開口部到陷波電路106的區間共振，因而電抗元件107對隔離頻率產生的影響較小。另一方面，本實施方式的電抗元件 202在高域側的隔離頻率中，改變從縫隙105的開口部到陷波電路106的電氣長度，能夠調整使得供電點108a、109a間的電流路徑Il通過陷波電路106。
如以上所說明的那樣，根據本實施方式的天線裝置201，在使單一的天線元件102 作為兩個天線部動作時，能夠以簡單的結構在多個隔離頻率時確保供電埠間的隔離，在多個隔離頻率的每個頻率中，能夠同時執行多個無線信號的收發。
第三實施方式 圖12是表示本發明的第三實施方式涉及的天線裝置301以及使用該天線裝置的無線通信裝置的概略結構的模塊圖。本實施方式的天線裝置301的特徵在於，代替第一實施方式的電抗元件107，包括在控制器114的控制下電抗值發生變化的可變電抗元件302。 據此，本實施方式的天線裝置301能夠確保多個隔離頻率時供電埠間的隔離，並且使隔離頻率發生變化。
作為可變電抗元件302能夠使用電容性的電抗元件(例如變容二極體等可變電容元件)，可變電抗元件302的電抗值按照從控制器114施加的控制電壓發生變化。本實施方式的天線裝置301構成為通過使可變電抗元件302的電抗值發生變化，實現天線元件102 的不同的共振頻率，並且確保不同頻率中供電埠間的隔離。控制器114使可變電抗元件 302的電抗值發生變化，並且調整匹配電路111、112以及MIMO通信電路113的動作頻率，據此使天線元件102的動作頻率移動至由可變電抗元件302的電抗值決定的隔離頻率。在本實施方式中，利用以上結構，使天線裝置的多頻率化成為可能。
在本實施方式中，使可變電抗元件302的電抗值適應性地發生變化，能夠根據所使用的應用使天線元件102的動作頻率發生變化。
如以上所說明的那樣，根據本實施方式的天線裝置301，在使單一的天線元件102 作為兩個天線部動作時，能夠以簡單的結構在多個隔離頻率時確保供電埠間的隔離，在多個隔離頻率的每個頻率中，能夠同時執行多個無線信號的收發。
第四實施方式 圖13是表示本發明的第四實施方式涉及的天線裝置401以及使用該天線裝置的無線通信裝置的概略結構的模塊圖。本實施方式的天線裝置401的特徵在於，代替第一實施方式的具有縫隙105的天線元件102，包括具有縫隙403的天線元件402。在天線元件 402中，以在連接導體104a、104b所連接的邊與其對邊之間延伸的方式，具有指定寬度以及長度而設置縫隙403。縫隙403的兩端構成為封閉端。在天線元件402上，在夾持著縫隙 403的兩側設置供電點108a、109a。縫隙403具有與供電點108a、109a接近的第一端部和距供電點108a、109a較遠的第二端部。陷波電路106沿著縫隙403設置在分別距第一及第二端部指定距離的位置處，電抗元件107沿著縫隙403設置在陷波電路106與縫隙403的第二端部之間。通過這種結構，在使單一的天線元件402作為兩個天線部動作時，也能夠以簡單的結構在多個隔離頻率時確保供電埠間的隔離，在多個隔離頻率的每個頻率中，能夠同時執行多個無線信號的收發。
第五實施方式 圖14是表示本發明的第五實施方式涉及的天線裝置501以及使用該天線裝置的無線通信裝置的概略結構的模塊圖。本實施方式的天線裝置的特徵在於，代替第一至第四實施方式的倒F型天線裝置的結構，構成為偶極天線(dipole antenna)裝置。
在圖14中，天線裝置501包括由長方形形狀的導體板形成的天線元件502，以及由長方形形狀的導體板形成的接地導體503，天線元件502與接地導體503使各自的一邊對置，隔開指定距離並排設置。在天線元件502以及接地導體503的相對對置的一對邊上， 設置兩個供電埠。一個供電埠包含天線元件502上與接地導體503對置的邊上設置的供電點108a，與接地導體503上與天線元件502對置的邊上設置的連接點108b。同樣，另一個供電埠包含天線元件502上與接地導體503對置的邊上設置的供電點109a，與接地導體503上與天線元件502對置的邊上設置的連接點109b。天線元件502還在兩個供電埠間，即供電點108a、109a間包括用於調整天線部間的電磁耦合，確保供電埠間的指定的隔離的縫隙504。縫隙504具有指定寬度以及長度，其一端在供電點108a、109a間的邊上具有開口部，據此構成為開放端。供電點108a以及連接點108b經由信號線Fla、Flb (以下總稱表示為供電線Fl)連接到匹配電路11，匹配電路11經由供電線F2連接到MIMO通信電路113。同樣，供電點109a以及連接點109b經由信號線F3a、F3b(以下總稱表示為供電線F3)連接到匹配電路12，匹配電路12經由供電線F4連接到MIMO通信電路113。供電線F1、F3可以例如與第一實施方式同樣由具有50 Ω的特性阻抗的同軸電纜分別構成，也可以代替該方式，供電線F1、F3分別構成為平衡供電線路。在本實施方式中，通過包括以上結構，經由一個供電埠(即供電點108a)作為第一天線部激勵天線元件502，同時，經由另一個供電埠(即供電點109a)作為第二天線部激勵天線元件502，據此能夠使單一的天線元件502作為兩個天線部動作。
此外，在如圖14所例示的那樣接地導體503與天線元件502具有相同大小的情況下，該天線裝置501能夠看作是包括天線元件502以及接地導體503的偶極天線。接地導體 503經由一個供電埠(即連接點108b)作為第三天線部被激勵，同時經由另一個供電埠 (即連接點109b)作為第四天線部被激勵，據此，接地導體503也作為兩個天線部動作。此時，在接地導體503中形成縫隙105的映像(鏡像)，因而關於第三以及第四天線部，也能確保供電埠間的隔離。通過包括以上結構，經由一個供電埠作為第一偶極天線部激勵第一及第三天線部，同時，經由另一個供電埠作為第二偶極天線部激勵第二及第四天線部， 據此能夠使單一的偶極天線(即天線元件502以及接地導體503)作為兩個偶極天線部動作。根據本實施方式的天線裝置，在使單一的偶極天線作為兩個偶極天線部動作時，能夠以簡單的結構確保供電埠間的隔離，能夠同時執行多個無線信號的收發。
在本實施方式的天線裝置501中，也可以代替將縫隙設置在天線元件502 —側，而將縫隙設置在接地導體503 —側。也可以代替上述方式，將縫隙設置在天線元件502與接地導體503這兩者中。
如以上所說明的那樣，根據本實施方式的天線裝置501，在使單一的天線元件502 作為兩個天線部動作時，能夠以簡單的結構在多個隔離頻率時確保供電埠間的隔離，在多個隔離頻率的每個頻率中，能夠同時執行多個無線信號的收發。
實施例1 以下，說明將第二實施方式的天線裝置201作為銅板縫隙天線裝置模型化後的模擬實驗結果。圖15是表示本發明的第二實施方式的第一實施例涉及的天線裝置201的結構的立體圖，圖16是表示圖15的天線裝置201的相對於頻率的反射係數的參數Sll以及通過係數的參數S21的曲線圖。
在圖15中，天線元件102與接地導體103使用單面覆銅基板製作。天線元件102 為30 X 45mm的大小，接地導體103為45 X 90mm的大小，天線元件102在與接地導體103相距15mm的上方相對於接地導體103平行配置。在天線元件102的寬度方向的中央處，上端留1mm，除去寬度為Imm的導體，構成縫隙105。在分別距天線元件102的寬度方向的兩端 IOmm的位置處，利用連接導體104a、104b連接天線元件102與接地導體103。以跨越縫隙 105的方式，在縫隙105的下端安裝電抗元件202，在距縫隙105的上端17. 5mm的位置處安裝陷波電路106，在距縫隙105的上端12. 5mm的位置處安裝電抗元件107。陷波電路106 與圖2同樣構成，通過使Cl = 2. 3pF、Ll = 8. 2nH、C2 = 4. 0pF、L2 = 2. 2nH來安裝。電抗元件202為0. IpF的電容器，電抗元件107為8pF的電容器。
根據圖16可知，在850MHz與2000MHz中，通過係數的參數S21低於-17. 5dB，在這些頻率時能夠實現低耦合。
此外，在本實施例1中，示出了將850MHz以及2000MHz作為隔離頻率的情況，但隔離頻率不限於這些頻率。另外，通過改變電抗元件107，主要能夠將低域側的隔離頻率進一步向低域側或向高域側移動。另外，通過改變電抗元件107或陷波電路106的位置，能夠移動低域側與高域側的隔離頻率。
實施例2 為了比較，說明與實施例1不同的天線裝置201的模擬實驗結果。圖17是表示本發明的第二實施方式的第二實施例涉及的天線裝置201的結構的立體圖，圖18是表示圖17 的天線裝置201的相對於頻率的反射係數的參數Sll以及通過係數的參數S21的曲線圖。
在圖17中，縫隙105從下端(開口部)起延伸20mm而構成。以跨越縫隙105的方式，在縫隙105的下端安裝電抗元件202，在距縫隙105的上端13. 5mm的位置處安裝陷波電路106，除去圖15的電抗元件107。其他結構與圖15的天線裝置201相同。
根據圖18可知，在1800MHz與2000MHz中，通過係數的參數S21低於_20dB，在這些頻率時能夠實現低耦合。
變形例 可以組合以上說明的第一至第五實施方式。例如，可以組合第三以及第四實施方式，代替第四實施方式涉及的天線裝置401的電抗元件107，設置可變電抗元件。此外，在本實施方式中，僅示出了使用兩個隔離頻率的情況，但通過包括實質上成為短路狀態的頻率互不相同的多個陷波電路，能夠按照陷波電路的個數進行多共振化。另外，天線元件102以及接地導體103的形狀不限於長方形，例如可以是其他的多邊形、圓形、橢圓形等。另外，也可以代替ΜΙΜΟ通信電路113，設置執行獨立的兩個無線信號的調製解調的無線通信電路， 在此情況下，本實施方式的天線裝置能夠同時執行與多個應用有關的無線通信，並且同時執行多個頻帶時的無線通信。
產業上的利用可能性 根據本發明的天線裝置以及使用該天線裝置的無線裝置，例如能夠作為行動電話機進行安裝，或者還能夠作為無線LAN用的裝置進行安裝。該天線裝置例如能夠搭載於用於進行MIMO通信的無線通信裝置，但不限於ΜΙΜ0，也能夠搭載於能同時執行用於多個應用的通信(多應用)的無線通信裝置。
標號說明 101、201、301、401、501 天線裝置 102,402,502 天線元件 103,503 接地導體 104a、104b 連接導體 105、504 縫隙 106 陷波電路 107,202 電抗元件 108a、109a 供電點 108b、109b 連接點 111、112 阻抗匹配電路 113 MIMO 通信電路 114 控制器 302 可變電抗元件 403 縫隙 C1、C2、C11、C12、C21、C22 電容器 L1、L2、L11、L21 電感器 F1、F2、F3、F4 供電線 Fla、Flb、F3a、F3b 信號線 II、12 電流路徑
權利要求
1.一種天線裝置，包括在天線元件上的指定的各位置處分別設置的第一供電埠及第二供電埠，其特徵在於所述天線元件經由所述第一供電埠及所述第二供電埠分別同時被激勵，從而作為與所述第一供電埠及所述第二供電埠分別對應的第一天線部及第二天線部同時動作；所述天線元件在第一頻率與高於所述第一頻率的第二頻率中的任一個中被激勵；所述天線裝置包括電磁耦合調整單元，其設置在所述第一供電埠及所述第二供電埠間，在所述第一頻率及所述第二頻率的每個頻率中在所述第一供電埠及所述第二供電埠間產生指定的隔離；陷波電路，其作為設置在所述電磁耦合調整單元中的陷波電路，在所述天線元件以所述第一頻率被激勵時，使所述電磁耦合調整單元在所述第一頻率中產生所述隔離，在所述天線元件以所述第二頻率被激勵時，使所述電磁耦合調整單元在所述第二頻率中產生所述隔離；以及第一共振頻率調整單元，其作為設置在所述電磁耦合調整單元中的第一共振頻率調整單元，在所述天線元件以所述第一頻率被激勵時，使所述電磁耦合調整單元在所述第一供電埠及所述第二供電埠間產生隔離的頻率移動至所述第一頻率。
2.根據權利要求1所述的天線裝置，其特徵在於在所述天線元件以所述第一頻率被激勵時，所述陷波電路實質上斷開，在所述天線元件上，不通過所述陷波電路的第一電流路徑在所述第一供電埠及所述第二供電埠間形成；在所述天線元件以所述第二頻率被激勵時，所述陷波電路實質上短路，在所述天線元件上，通過所述陷波電路的第二電流路徑在所述第一供電埠及所述第二供電埠間形成。
3.根據權利要求1或2所述的天線裝置，其特徵在於所述第一共振頻率調整單元為電抗元件。
4.根據權利要求1或2所述的天線裝置，其特徵在於所述第一共振頻率調整單元為可變電抗元件；所述天線裝置還包括控制所述可變電抗元件的電抗值的控制單元。
5.根據權利要求1至4中任一項所述的天線裝置，其特徵在於還包括第二共振頻率調整單元，其作為設置在所述電磁耦合調整單元中的第二共振頻率調整單元，在所述天線元件以所述第二頻率被激勵時，使所述電磁耦合調整單元在所述第一供電埠及所述第二供電埠間產生隔離的頻率移動至所述第二頻率。
6.根據權利要求1至5中任一項所述的天線裝置，其特徵在於所述電磁耦合調整單元是設置在所述天線元件中的縫隙；所述陷波電路沿著所述縫隙設置在距所述縫隙的開口部指定距離的位置處；所述第一共振頻率調整單元沿著所述縫隙設置在比所述陷波電路距所述縫隙的開口部更遠的位置處。
7.根據權利要求1至4中任一項所述的天線裝置，其特徵在於所述電磁耦合調整單元是設置在所述天線元件中的槽縫，所述槽縫具有與所述第一供電埠及所述第二供電埠接近的第一端部和距所述第一供電埠及所述第二供電埠較遠的第二端部；所述陷波電路沿著所述槽縫設置在分別距所述第一端部及所述第二端部指定距離的位置處；所述第一共振頻率調整單元沿著所述槽縫設置在所述陷波電路與所述第二端部之間。
8.根據權利要求1至7中任一項所述的天線裝置，其特徵在於所述陷波電路構成為將第一電感器及第一電容器的串聯共振電路與第二電感器及第二電容器的並聯共振電路串聯連接。
9.根據權利要求1至7中任一項所述的天線裝置，其特徵在於所述陷波電路構成為將電感器及第一電容器的串聯共振電路與第二電容器並聯連接。
10.根據權利要求1至7中任一項所述的天線裝置，其特徵在於 所述陷波電路為帶通濾波器。
11.根據權利要求1至7中任一項所述的天線裝置，其特徵在於 所述陷波電路為高通濾波器。
12.一種無線通信裝置，收發多個無線信號，其特徵在於包括權利要求1至11中任一項所述的天線裝置。
全文摘要
天線元件(102)包括第一及第二供電埠，經由各供電埠同時被激勵，從而作為與各供電埠對應的第一及第二天線部同時動作。天線元件(102)以第一頻率與高於第一頻率的第二頻率中的任一個頻率被激勵。天線裝置包括縫隙(105)，在供電埠間產生隔離；陷波電路(106)，在天線元件(102)以第一或第二頻率被激勵時，使縫隙(105)在第一或第二頻率中產生隔離；以及電抗元件(107)，在天線元件(102)以第一頻率被激勵時，使縫隙(105)在供電埠間產生隔離的頻率移動至第一頻率。
文檔編號H01Q21/30GK102187519SQ201080002960
公開日2011年9月14日 申請日期2010年5月25日 優先權日2009年8月25日
發明者天利悟, 山本溫, 坂田勉 申請人:松下電器產業株式會社