专利名称：多波段天线的制作方法
技术领域：
本发明涉及使用适于在多个频率波段操作的单天线元件的多波段天线。
背景技术：
近来，移动通信发展迅速。其中，移动电话显著激增，在显著减小其大小和重量方面有许多改进。根据移动电话标准，两个特定频率波段分别用于不同区域在日本，800MHz波段和1.5GHz波段用于个人数字蜂窝(PDC)；在欧洲，900MHz波段和1.9GHz波段用于全球移动通信系统(GSM)；而在北美，800MHz波段用于高级移动电话系统(AMPS)，1.9GHz波段用于个人通信系统(PCS)。此外，诸如使用1.5GHz的全球定位系统(GPS)、使用2.4GHz波段的蓝牙、使用2GHz波段的国际移动电信(IMT)2000的通信系统已被投入到移动通信和数据传输的实际使用中。如果单独一个天线能够在上述多个频率波段中操作的话，对于减小天线大小和重量将是十分理想的。
国际公布WO2004/047223A1公开了一种天线，其使用适于在多个频率波段中操作的单一天线元件。该天线配置为使得天线元件具有电连接到电力馈送点和中间点的功率侧端、以及通过开关电连接到接地导体的接地侧端。通过闭合开关之一和断开剩余开关，有可能选择天线元件的电长度，其最长可能为从电力馈送点经闭合开关到达接地导体的电连接。而且，通过有选择地控制开关，可以选择天线元件的电长度，并由此使单一天线元件能够用作多波段天线。
此外，作为对开关的替换，可将滤波器插入到天线元件的中间点和接地侧端与接地导体之间。滤波器配置为只允许这样的频率波段通过其中，天线元件从电力馈送点到滤波器连接位置的电长度对应于该频率波段的1/2波长。这样，滤波器可以与只在通过频率波段中闭合开关时的作用相同，因此，有可能允许单一天线元件来用作多波段天线。
而且，作为对开关的替换，可将串联谐振电路插入到天线元件的中间点和接地侧端与接地导体之间。串联谐振电路被配置为在这样的频率波段中串联谐振其中，天线元件从电力馈送点到串联谐振电路连接位置的电长度对应于该频率波段的1/2波长。这样，串联谐振电路可以与只在通过频率波段中闭合开关时的作用相同，因此，有可能允许单一天线元件同时用作多波段天线。
而且，作为对开关的替换，可将并联谐振电路插入到天线元件的中间点之一和接地侧端之间。并联谐振电路被配置为在这样的频率波段中谐振其中，天线元件从电力馈送点到并联谐振电路连接位置的电长度对应于该频率波段的1/2波长。这样，并联谐振电路就好像开关在这样的频率波段中闭合成导通状态一样工作其中，天线元件关于连接位置的电长度对应于该频率波段的1/2波长，而且阻止这样的频率波段的通过其中，天线元件关于其他连接位置的电长度对应于该频率波段的1/2波长，从而就好像开关被断开一样工作。结果，有可能允许单一天线元件同时用作两个频率波段的天线。
但是，在上述配置中，开关、滤波器、串联谐振电路以及并联谐振电路应当插入到天线元件的中间点和接地侧端与接地导体之间，因此需要提供空间，而这样就难以减小电路的大小。而且，即使使用机械开关或半导体开关，传输信号也会由于插入损耗而衰减。进而难以在使用半导体开关或滤波器时获得足够的隔离。
发明内容
因此，本发明的有利方面在于提供一种多波段天线，其允许单一天线元件操作于多种频率波段，即使只有天线元件的接地侧端经由电路电连接到接地导体，即，不会将天线元件的中间点经由开关电连接到接地导体。
根据本发明一个方面，提供一种多波段天线，适于操作于第一频率波段和第二频率波段中，其中第二频率波段低于所述第一频率波段，所述多波段天线包括天线元件，具有第一频率波段的3/4波长的电长度，所述天线元件包括第一端，适于电连接到电力馈送点；和第二端；以及电感，以串联方式电连接在所述天线元件的第二端与地之间，其中所述电感所具有的电感系数使得所述天线元件和所述电感的电长度对应于所述第二频率波段的1/2波长。
通过这种配置，由于天线元件的第二端通过电感接地，天线元件可以用作用于第二频率波段的折叠偶极天线。而且，由于天线元件的电长度设置为第一频率波段的3/4波长，电感用作扼流线圈。对于第一频率波段，天线元件的第二端没有接地，而是断开，因此天线元件用作3/4波极点天线。因此，单一天线元件可以用作用于两个频率波段的天线。结果，不必提供如背景技术中所述的用于将天线元件的中间点接地的电路，由此减小了用于接地的空间。
根据本发明一个方面，提供一种多波段天线，适于操作于第一频率波段、第二频率波段和第三频率波段中，其中第二波段低于所述第一波段，第三波段低于所述第二波段，所述多波段天线包括天线元件，具有第二频率波段的3/4波长的电长度，所述天线元件包括第一端，适于电连接到电力馈送点；和第二端；以及并联电路，以串联方式电连接在所述天线元件的第二端与地之间，所述并联电路包括以并联方式电连接的电感和电容，其中所述电容所具有的电容量使得所述天线元件和所述电容的电长度对应于第一频率波段的1/2波长；而且所述电感所具有的电感系数使得所述天线元件和所述电感的电长度对应于所述第三频率波段的1/2波长。
通过这种配置，天线元件的第二端经由并联电路接地，并联电路的并联谐振频率设置为第二频率波段，天线元件的电长度设置为第二频率波段的3/4波长。因此，对于第二频率波段，天线元件的第二端没有被并联电路接地，而是断开，因此天线元件用作3/4波极点天线。而且，天线元件用作用于第三频率波段的折叠偶极天线，且进一步用作用于第一频率波段的折叠偶极天线。因此，单一天线元件可以用作用于所有三种频率波段的天线。结果，不必提供如背景技术中所述的用于将天线元件的中间点接地的电路，由此减小了用于接地的空间。
根据本发明一个方面，提供一种多波段天线，适于操作于第一频率波段和第二频率波段中，其中第二频率波段低于所述第一频率波段，所述多波段天线包括天线元件，具有第一频率波段的1/2波长以及第二频率波段的1/4波长的电长度，所述天线元件包括第一端，适于电连接到电力馈送点；和第二端；以及第一电感和并联电路，以串联方式电连接在所述天线元件的第二端与地之间，所述并联电路包括以并联方式电连接的第二电感和电容，其中所述并联电路配置为在第一频率波段并联谐振；并且所述第一电感和所述电容配置为在第二频率波段串联谐振。
通过这种配置，天线元件的第二端经由第一电感和并联电路以串联方式接地。而且，并联电路的并联谐振频率设置为第二频率波段，天线元件的电长度设置为第二频率波段的1/4波长。因此，对于第二频率波段，天线元件的第二端没有通过并联电路接地，而是断开，因此天线元件用作1/4波极点天线。而且，由于电容和第一电感的串联电路的串联谐振频率设置为第一频率波段，天线元件的电长度设置为第一频率波段的1/2波长，对于第一频率波段，天线元件的第二端没有通过串联电路接地，而是断开，因此天线元件用作1/2波极点天线。因此，单一天线可以用作这两个频率波段的天线。结果，不必提供如背景技术中所述的用于将天线元件的中间点接地的电路，由此减小了用于接地的空间。
根据本发明一个方面，提供一种多波段天线，适于操作于第一频率波段和第二频率波段中，其中第二频率波段低于所述第一频率波段，所述多波段天线包括天线元件，具有第一频率波段的3/4波长以及第二频率波段的1/2波长的电长度，所述天线元件包括第一端，适于电连接到电力馈送点；和第二端；以及第一电容和并联电路，以串联方式电连接在所述天线元件的第二端与地之间，所述并联电路包括以并联方式电连接的电感和第二电容，其中所述并联电路配置为在第一频率波段并联谐振；并且所述电感和所述第二电容配置为在第二频率波段串联谐振。
通过这种配置，天线元件的第二端经由第一电容和并联电路以串联方式接地，并联电路的并联谐振频率设置为第一频率波段，天线元件的电长度设置为第一频率波段的3/4波长。因此，对于第一频率波段，天线元件的第二端没有通过并联电路接地，而是断开，因此天线元件用作3/4波折叠极点天线。而且，由于电感和第一电容的串联电路的串联谐振频率设置为第二频率波段，天线元件的电长度设置为第二频率波段的1/2波长，对于低频波段，天线元件的第二端没有通过串联电路接地，而是断开，因此天线元件用作1/2波折叠极点天线。因此，单一天线可以用作这两个频率波段的天线。结果，不必提供如背景技术中所述的用于将天线元件的中间点接地的电路，由此减小了用于接地的空间。
在上述多波段天线中，天线元件的第一端具有匹配电路。
通过这样的配置，由于将匹配电路插入到电力馈送点和天线元件的第一端之间，有可能提供电力馈送点和天线元件的阻抗匹配，从而减少非谐振点。
图1是说明根据本发明第一实施例的多波段天线的电路图。
图2是当图1多波段天线中的天线元件的接地侧端断开时的VSWR特性图。
图3是图1多波段天线的VSWR特性图。
图4是图1多波段天线的史密斯圆图。
图5是说明根据本发明第二实施例的多波段天线的电路图。
图6是当图5多波段天线中的天线元件的接地侧端断开时的VSWR特性图。
图7是图5多波段天线的VSWR特性图。
图8是图5多波段天线的史密斯圆图。
图9是说明根据本发明第三实施例的多波段天线的电路图。
图10是图9多波段天线的VSWR特性图。
图11是图9多波段天线的史密斯圆图。
图12是说明根据本发明第四实施例的多波段天线的电路图。
图13是当图12多波段天线中的天线元件的接地侧端断开时的VSWR特性图。
图14是图12多波段天线的VSWR特性图。
图15是图12多波段天线的史密斯圆图。
图16是说明根据本发明第五实施例的多波段天线的电路图。
图17是当图16多波段天线中的天线元件的接地侧端断开时的VSWR特性图。
图18是图16多波段天线的VSWR特性图。
图19是图16多波段天线的史密斯圆图。
图20是说明根据本发明第六实施例的多波段天线的电路图。
图21是图20多波段天线的VSWR特性图。
图22是图20多波段天线的史密斯圆图。
具体实施例方式
下面将结合附图详细描述示例实施例。
在根据本发明第一实施例的多波段天线中，如图1所示，天线元件10的电力侧端电连接到电力馈送点12，接地侧端经由电感14串行电连接到接地导体16。天线元件10的电长度被设置为高频波段FH的3/4波长。而且，电感14的值被设置为使得天线元件10和电感14的串联电路的电长度对应于低频波段FL的1/2波长。例如，高频波段FH是用于GPS的1.5GHz波段，低频波段FL是用于CDMA的800MHz波段。因此，电感14的值为33nH。
在这个实施例中，天线元件10被弯曲成一种曲折的形状，从而减小了天线元件10的大小。但是，天线元件10也可以弯曲成Z字形的形状。而且，天线元件可以以诸如C形或U形或双折叠形的简单方式形成。
如上所述，天线元件10的电长度被设置为高频波段FH的3/4波长。因此，当天线元件10的接地侧端断开时，天线元件用作用于高频波段FH的极点天线，而不用作用于低频波段FL的天线(见图2)。另一方面，当天线元件10的接地侧端通过电感14电连接到接地导体16时，天线元件可以满意地用作用于高频波段FH和低频波段FL二者的天线(见图3和4)。在高频波段FH，电感14用作扼流线圈，阻止高频波段FH的通过，接地侧端断开以使天线元件用作用于低频波段FL的极点天线，电感14用作负载线圈，低频波段FL通过天线元件，天线元件用作折叠偶极天线。
而且，有可能任意选择高频波段FH和低频波段FL中的任何一个，而不会有任何具有限制。但是，当高频波段FH超过低频波段FL的两倍时，在实验上，所需的电感14的值变得太大，天线特性变得恶化。而且，优选通过以串联方式在天线元件10的电力侧端和电力馈送点12之间插入匹配电路来提供阻抗匹配。
接下来，将结合图5至8来描述本发明的第二实施例。与第一实施例相类似的元件将被标以相同的附图标记，并且忽略其各自的解释说明。
在这个实施例中，天线元件18的接地侧端经由并联电路24以串联的方式电连接到接地导体16。在并联电路24中，电感20和电容22彼此并行连接。天线元件18的电长度被设置为中频波段FM的3/4波长，并联电路24被配置为在中频波段FM并联谐振。而且，天线元件18与电感20的串联电路的电长度被设置为低频波段FL的1/2波长。此外，天线元件18与电容22的串联电路的电长度被设置为高频波段FH的1/2波长。例如，高频波段是用于IMT-2000的2GHz波段，中频波段FM是用于GSM的1.8GHz波段，低频波段是用于GSM的900MHz波段。电感20的值是22nH，电容22的值为0.5pF。
如上所述，天线元件18的电长度被设置为中频波段FM的3/4波长。因此，当天线元件18的接地侧端断开时，天线元件用作用于中频波段FM的极点天线，而不用作用于高频波段FH和低频波段FL的天线(见图6)。另一方面，当天线元件18的接地侧端经由并联电路24以串联方式电连接到接地导体16时，天线元件可以满意地用作高频波段FH、中频波段FM和低频波段FL中任何一个中的天线(见图7和8)。在中频波段FM，并联电路24用作并联谐振电路，阻止中频波段FM的通过，接地侧端断开以使天线元件用作用于低频波段FL的极点天线，电感20用作延长线圈且低频波段FL通过天线元件，天线元件用作高频波段FH的折叠偶极天线，电容22用作短线圈且高频波段FH通过天线元件，天线元件用作折叠偶极天线。
由于设置中频波段，在高频波段FH和低频波段FL的选择上存在一些限制。但是，通过适当设置电感20和电容22的值，有可能使得天线操作用于三种不同的频率波段。
接下来，将结合图9至11来描述本发明的第三实施例。与上述实施例相类似的元件将被标以相同的附图标记，且忽略其各自的解释说明。
在这个实施例中，天线元件18的电力侧端经由匹配电路26以串联方式电连接到电力馈送点12。例如，匹配电路26配置为使得电感28以串联方式电连接在天线元件18的电力侧端与电力馈送点12之间，电容30以串联方式电连接在天线元件18的电力侧端与接地导体16之间。天线元件18与匹配电路26的电感28的串联电路的电长度被设置为中频波段FM的3/4波长。在匹配电路26中，电感28的值是2.2nH，电容30的值为0.25pF。
通过上述配置，如图10和11所示，通过提供匹配电路26，有可能减小如图7所示的中频波段FM和高频波段FH之间所引起的非谐振点的影响。而且，有可能获得天线元件18与电力馈送点12的阻抗匹配。
接下来，结合图12至15描述本发明的第四实施例。与上述实施例相类似的元件将被标以相同的附图标记，且将忽略其各自的解释说明。
在这个实施例中，天线元件32的接地侧端经由并联电路38和第二电感40以串联方式电连接到接地导体16，在并联电路38中，第一电感34与电容36以并联方式连接。天线元件32的电长度被设置为高频波段FH的1/2波长，低频波段FL的1/4波长。并联电路38被配置为用作低频波段FL中的并联谐振电路。并联电路38的电容36与第二电感40的串联电路被配置为用作在高频波段FH的串联谐振电路。例如，高频波段是用于GSM的1.8GHz波段，低频波段是用于GSM的900MHz波段。而且，第一电感34的值为39nH，电容36的值为0.5pF，第二电感40的值为15nH。
如上所述，天线元件32的电长度被设置为低频波段FL的1/4波长。因此，当天线元件32的接地侧端断开时，天线元件用作低频波段FL的极点天线，而不用作高频波段FH的天线(见图13)。另一方面，当天线元件32的接地侧端经由并联电路38和第二电感40以串联方式电连接到接地导体16时，天线元件可以满意地用作用于高频波段FH和低频波段FL二者的天线(见图14和15)。在低频波段FL，并联电路38用作并联谐振电路，阻止低频波段FL通过且接地侧端断开以使天线元件用作用于高频波段FH的极点天线，电容36和第二电感40的串联电路用作串联谐振电路，高频波段FH通过天线元件以使之电连接到接地导体16，由此天线元件用作折叠偶极天线。
因此，天线元件可以用作用于高频波段FH和低频波段FL二者的天线。即使存在着高频波段FH应该为低频波段FL的二倍的限制，其也可以满意地用于移动电路的频率波段中。
接下来，将结合图16至19描述本发明的第五实施例。与上述实施例相类似的元件将被标以相同的附图标记，且将忽略其各自的解释说明。
在一个实施例中，天线元件42的接地侧端经由并联电路48和第二电容50以串联方式电连接到接地导体16，在并联电路48中，第一电容44和电感46以并联方式连接。天线元件42的电长度被设置为高频波段FH的3/4波长，低频波段FL的1/2波长。并联电路48被配置为用作在高频波段FH中的并联谐振电路。并联电路48的电感46与第二电容50的串联电路被配置为用作在低频波段FL的串联谐振电路。例如，高频波段为用于PDC的1.5GHz波段，低频波段为用于PDC的800MHz波段。第一电容44的值为0.5pF，电感46的值为18nH，第二电容50的值为1pF。
如上所述，天线元件42的电长度被设置为高频波段FH的3/4波长。因此，当天线元件42的接地侧端断开时，天线元件用作用于高频波段FH的极点天线，而不用作用于低频波段FL的天线(见图17)。另一方面，当天线元件42的接地侧端经由并联电路48和第二电容50以串联方式电连接到接地导体16时，天线元件可以满意地用作用于高频波段FH和低频波段FL二者的天线(见图18和19)。在高频波段FH，并联电路48用作并联谐振电路，阻止高频波段FH的通过且接地侧端断开以使天线元件用作用于低频波段FL的极点天线，电感46和第二电容50的串联电路用作串联谐振电路，低频波段FL通过天线元件以使之电连接到接地导体16，由此天线元件用作折叠偶极天线。
因此，天线元件42可以操作在高频波段FH和低频波段FL二者中。即使存在高频波段FH和低频波段FL具有指定关系的限制，其也可以满意地用于移动电话的频率波段中。
接下来，将结合图20至22描述本发明的第六实施例。与上述实施例相类似的元件将被标以相同的附图标记，且将忽略其各自的解释说明。
在这个实施例中，天线元件42的电力侧端经由匹配电路52以串联方式电连接到电力馈送点12。匹配电路52例如被配置为使得电容60和电感58以串联方式电连接在天线元件42的电力侧端和电力馈送点12之间，电感64电连接在天线元件42的电力侧端和接地导体16之间，电容60和电感58的连接点经由电容62以串联方式电连接到接地导体16。由此，天线元件42包括匹配电路52，天线元件42的电长度被设置为高频波段FH的3/4波长，低频波段FL的1/2波长。在匹配电路52中，例如，电容60的值为1pF，电感58的值为4.7nH，电感64的值为12nH，电容62的值为1pF。
通过上述配置，有可能通过提供匹配电路52来加固如图21和22所示的指定频率波段中的足够属性。而且，有可能获得天线元件42与电力馈送点12的阻抗匹配。
在上述这些实施例中，作为高频波段FH、中频波段FM和低频波段FL，可以选择适合于移动通信或数据传输的任何合适频率波段。而且，在第一、第二、第四和第五实施例中，第三和第六实施例的匹配电路可插入到天线元件10、18、32、42与电力馈送点12之间以减小非谐振点的影响并且获得天线元件10、18、32、42与电力馈送点12的阻抗匹配。天线元件10、18、32、42的电长度可以设置为对应于具有特定宽度的频率波段。但是，可以理解，该宽度不必设置为精确的数值。
尽管上面只是详细描述了本发明的一些示例实施例，但本领域技术人员将易于认识到，在示例实施例中可能有许多修改，而本质上并不背离本发明的新颖的教导与优势。因此，所有这样的修改都被理解为包括在本发明的范围内。
在此，将2005年12月27日提交、公开号为No.2005-375101的日本专利申请，包括其说明书、附图和权利要求，通过全文引用结合进来。
权利要求
1.一种多波段天线，适于操作于第一频率波段和第二频率波段中，其中第二频率波段低于所述第一频率波段，所述多波段天线包括天线元件，具有第一频率波段的3/4波长的电长度，所述天线元件包括第一端，适于电连接到电力馈送点；和第二端；以及电感，以串联方式电连接在所述天线元件的第二端与地之间，其中所述电感所具有的电感系数使得所述天线元件和所述电感的电长度对应于所述第二频率波段的1/2波长。
2.如权利要求1所述的多波段天线，其中所述天线元件的第一端具有匹配电路。
3.一种多波段天线，适于操作于第一频率波段、第二频率波段和第三频率波段中，其中第二频率波段低于所述第一频率波段，第三频率波段低于所述第二频率波段，所述多波段天线包括天线元件，具有第二频率波段的3/4波长的电长度，所述天线元件包括第一端，适于电连接到电力馈送点；和第二端；以及并联电路，以串联方式电连接在所述天线元件的第二端与地之间，所述并联电路包括以并联方式电连接的电感和电容，其中所述电容所具有的电容量使得所述天线元件和所述电容的电长度对应于第一频率波段的1/2波长；而且所述电感所具有的电感系数使得所述天线元件和所述电感的电长度对应于所述第三频率波段的1/2波长。
4.如权利要求3所述的多波段天线，其中所述天线元件的第一端具有匹配电路。
5.一种多波段天线，适于操作于第一频率波段和第二频率波段中，其中第二频率波段低于所述第一频率波段，所述多波段天线包括天线元件，具有第一频率波段的1/2波长以及第二频率波段的1/4波长的电长度，所述天线元件包括第一端，适于电连接到电力馈送点；和第二端；以及第一电感和并联电路，以串联方式电连接在所述天线元件的第二端与地之间，所述并联电路包括以并联方式电连接的第二电感和电容，其中所述并联电路配置为在第一频率波段并联谐振；并且所述第一电感和所述电容配置为在第二频率波段串联谐振。
6.如权利要求5所述的多波段天线，其中所述天线元件的第一端具有匹配电路。
7.一种多波段天线，适于操作于第一频率波段和第二频率波段中，其中第二频率波段低于所述第一频率波段，所述多波段天线包括天线元件，具有第一频率波段的3/4波长以及第二频率波段的1/2波长的电长度，所述天线元件包括第一端，适于电连接到电力馈送点；和第二端；以及第一电容和并联电路，以串联方式电连接在所述天线元件的第二端与地之间，所述并联电路包括以并联方式电连接的电感和第二电容，其中所述并联电路配置为在第一频率波段并联谐振；并且所述电感和所述第二电容配置为在第二频率波段串联谐振。
8.如权利要求7所述的多波段天线，其中所述天线元件的第一端具有匹配电路。
全文摘要
一种多波段天线，适于操作于第一频率波段和第二频率波段中，其中第二频率波段低于所述第一频率波段。在所述多波段天线中，天线元件具有第一频率波段的3/4波长的电长度。所述天线元件具有第一端，适于电连接到电力馈送点；和第二端。电感以串联方式电连接在所述天线元件的第二端与地之间。所述电感所具有的电感系数使得所述天线元件和所述电感的电长度对应于所述第二频率波段的1/2波长。
文档编号H01Q5/01GK1992434SQ20061017210
公开日2007年7月4日 申请日期2006年12月27日 优先权日2005年12月27日
发明者押山正, 水野浩年, 铃木裕介 申请人:株式会社友华