专利名称：多波段天线和无线电通信终端的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种具有分成例如两个或更多分支的天线元件的多波 段天线和使用该多波段天线的无线电通信终端。
背景技术：
作为多波段天线的例子，已知例如具有单个馈电点并可工作于两 个频带的两分支(两分支天线元件)结构的双频带天线。
图11表示现有的两分支单馈电点结构的双频带天线的示意性结 构的例子。
图11示出的双频带天线具有第一天线元件101、第二天线元件 102和一个馈电点104。第一天线元件101和第二天线元件102中每 一个的一端形成为开放端，每个天线元件的另一端连接到单一馈电点 104。第一天线元件101的天线长度不同于第二天线元件102的天线 长度。例如，在第二天线元件102的天线长度比第一天线元件101的 天线长度短的情况下，第一天线元件101用作低频带侧的天线，第二 天线元件102用作高频带侧的天线。
图11示出的双频带天线结构基本上构造为各个分支在上述两个 频带中的各自频率谐振。然而，该双频带天线构造为馈电点由天线元 件共用，从而一个天线元件用作另一个天线元件的开路短截线(open stub)。另外，在图11示出的天线结构的情况下，低频带侧的天线元 件和高频带侧的天线元件在它们各自的工作频带中被电容耦合在一 起，从而不是天线元件完全独立地工作的情况。
另外，作为构造为例如通过使用单个天线元件来处理多个频带的 现有多波段天线，也已知这样一种天线，其中LC并联谐振电路设置 于天线元件的中间部分。在LC并联谐振电路设置于天线元件的中间部分的情况下，其阻抗在并联谐振的谐振频率处是开路的，从而电流
几乎不流到LC并联谐振电路之外的天线元件的开放端侧。也就是 说，这种结构的天线是这样类型的天线:利用天线元件在高频带侧的 频率看上去电气较短以及被配置为加宽频带(尤其在高频侧)的现 象。此外，在这个结构的例子中使用的LC并联谐振电路以类似于跳 陷(陷波电路)电路的方式工作。在很多情况下，上迷LC并联谐振电 路设计为在高频带侧是开路的，并安装在与馈电点相距X/4(A是波 长)高频带侧频率所对应的量的位置。
另外，例如，在GSM(全球移动通信系统)系统的移动电话终端 中，采用高频带侧的频带可能需要其宽带特性的天线以处理三频带 900MHz/1800MHz/1900MHz。另外，近来，还采用了处理第三代移 动电话标准(3GPP)的UMTS (通用移动通信系统)频带1(Tx:1920-1980 MHz， Rx:2110-2170 MHz)的天线。具体地讲，已广泛应用构造 为具有相对于高频带侧频率的四分之一波长A/4的寄生元件被设置于 两分支天线元件附近以获得多种调谐的天线。
另外，例如，公开号为No. 2004-266311的日本公开专利公开了 一种天线，该天线包括线性主发射导体部分，其一端构成馈电端， 另一端构成开放端；和线性短路导体部分，从主发射导体部分的中间 部分以T型形式分支出去并连接到接地导体。在上述天线中，天线 电流的分布路线包括第一路线，从主发射导体部分的一端到另一 端；第二电流路线，从主发射导体部分的一端经T型分支到接地导 体；第三路线，从主发射导体部分的另一端返回到接地导体。由于这 种布置，在上述天线中，在除高次谐波以外的频率处获得至少两个谐 振频带。
发明内容
另外，作为上述GSM系统，有主要在美国使用的GSM 850 (850MHz频带)系统和主要在欧洲使用的GSM 900 (900MHz频带)系 统。另外，现有的GSM系统移动电话终端构造为处理涉及低频带侧
5从800MHz到900MHz的频带的GSM 850系统和GSM 900系统中 的任一系统。
然而，近来，已实现利用单一 RF电路来处理上述两个频带。结 果，处理上述GSM 800系统和GSM900系统两者的移动电话终端已 广泛用于高端类型。然而，例如通过使用多个天线元件加宽低至 800MHz到卯OMHz的低频带侧的频带可能是不利的，这是因为可能 需要较大的物理体积来安装天线元件。另外，对于处理上述GSM 850系统和GSM 900系统的类型的移动电话终端，实际上，移动电 话终端用于不同的地区，诸如美国和欧洲，不会发生同时使用GSM 850系统和GSM 900系统的情况。因此，在处理以上两种系统的类 型的移动电话终端中，不使用利用多个天线元件扩宽低频带侧的频带 的技术，而采用例如使用RF开关切换频带的系统(可调谐天线)。
另一方面，对于未来的移动电话终端，可能需要处理大量频带以 在各地区应对各种系统类型的天线。另外，可能仍然需要进一步减小 移动电话终端的尺寸和厚度。如上所述，旨在同时处理多个频带并且 获得终端尺寸和厚度的减小，对于低频带侧的特性的要求可能变得严 格(尤其是对天线)。也就是说，为了一起实现终端的尺寸和厚度减 小以及所用天线的频带扩宽，通常，由于天线设计上的限制，把频带 向低频带侧扩宽的难度高于把频带向高频带侧扩宽的难度。因此，期 望开发允许减小终端的尺寸和厚度以及在低频带侧实现良好的宽频带 特性的天线。
考虑到上述情况提出了本发明。因此，希望提供一种实现良好的 宽频带特性的多波段天线，尤其在低频带侧，以及一种使用上述宽频 带天线的无线电通信终端。
根据本发明的实施例，在多波段天线中包括至少两个天线元 件，用于低频带和高频带(以下，称为低(频)带天线元件和高(频)带天 线元件)；馈电点单元，由所述两个天线元件共用；阻抗匹配单元， 插入并连接到高频带天线元件在馈电点单元侧的一端和其开放端之间 的位置，由此解决了上述问题。也就是说，根据本发明的实施例，阻抗匹配单元插入并连接到连 接至一个馈电点单元的低频带天线元件和高频带天线元件中的高频带 天线元件，由此使天线元件调谐至低频带侧的频率，同时使天线元件 用作高频带天线元件。
根据本发明的实施例，在具有低频带天线元件和高频带天线元件 的多波段天线中，阻抗匹配单元插入并连接到高频带天线元件以使天 线元件用作高频带天线元件并且同时使天线元件调谐至低频带侧的频 率，由此在低频带侧实现良好的宽频带特性。
图1是表示根据本发明实施例的多波段天线的示意性结构例子的
电路图2是表示根据本发明实施例的阻抗匹配电路的LC并联谐振电 路所得到的电抗-频率特性的特性图3是表示根据本发明实施例的多波段天线的实验性例子的示
图4是表示当使用实验性多波段天线通过电磁场仿真执行验证时 得到的频率-天线特性的特性图5是表示根据本发明实施例的结构例子的示图，其中LC并联 谐振电路插入并连接到第二天线元件的中间部分附近；
图6是表示根据本发明实施例具有一个低频带天线元件和两个高 频带天线元件的三分支(三分支元件)天线的结构例子的示图，其中 LC并联谐振电路插入并连接到高频带天线元件之一；
图7是表示根据本发明实施例的具有彼此共用一个馈电点的低频 带天线元件和高频带天线元件以及接地的高频带天线元件的天线结构 例子的示图，其中LC并联谐振电路插入并连接到馈电点侧的高频带 天线元件；
图8是表示根据本发明实施例当带状线构成的LC并联谐振电路 插入并连接到高频带天线元件时获得的结构例子的示图；图9是表示根据本发明实施例的天线结构例子的示图，其中设置 低频带天线元件和高频带天线元件以使天线元件的开放端彼此面对；
图10是表示根据本发明实施例的结构例子的示图，其中电感器 串联连接在阻抗匹配电路(LC并联谐振电路)后；
图11是表示已有的两分支单馈电点结构的双频带天线的示意性 结构例子的电路图。
具体实施例方式
接下来，将参照附图来描述本发明的优选实施例。 在本发明的优选实施例的描述中，作为本发明的实施例的例子， 给出安装在移动电话终端上的多波段天线，所述移动电话终端是无线 电通信终端的典型例子。另外，不言自明地，以下描述的内容仅为例 子，本发明不限于这些描述的内容。另外，除了根据本发明实施例的
外，根据本发明实施例的移动电话终端与通常的移动电话终端相同。 因此，在本发明的优选实施例的描述中，将省略移动电话终端的通常 结构的显示和描述。
[多波段天线的示意性结构
图l表示根据本发明实施例的多波段天线的示意性结构。
图1示出的根据本发明实施例的多波段天线是具有两个分支的双 频带天线(两分支天线元件)，并构造为包括第一天线元件1、第二天 线元件2和一个馈电点4。
第一天线元件l和第二天线元件2都在它们的一端开路，并在它 们的另一端连接到单一馈电点4。第一天线元件101的天线长度不同 于第二天线元件102的天线长度。例如，如果第二天线元件2的天线 长度比第一天线元件1的天线长度短，则第一天线元件1将用作低频 带天线，第二天线元件2将用作高频带天线。
图1示出的根据本发明实施例的多波段天线结构具有这样的结构基本上，各个分支(天线元件)在以上两个频带的各自频率谐振。 然而，馈电点由天线元件共用，以便一个天线元件用作另一个天线元 件的开路短截线。另外，在天线具有图1示出的结构的情况下，低频 带天线元件和高频带天线元件在它们的工作频带中分别被电容耦合在 一起，从而这不是天线元件完全彼此独立地工作的情况。
在根据本发明实施例的多波段天线中，阻抗匹配电路(Z1) 3插入 并连接到第二高频带天线元件2。也就是说，阻抗匹配电路(Z1) 3插 入并连接到第二天线元件2的连接至馈电点4的一端和第二天线元件 2的开放端之间的位置。
上述阻抗匹配电路3由并联LC谐振电路构成。它的谐振频率几 乎精确地设置为在低频带和高频带之间，以便它在低频带侧用作电感 器并在高频带侧用作电容器。
也就是说，在不存在阻抗匹配电路3的情况下，第二高频带天线 元件2由于它相对于低频带侧的频率的过短的电气长度而几乎无法用 作低频带侧的天线。另一方面，本发明的实施例构造为阻抗匹配电路 3插入并连接到高频带天线元件以使阻抗匹配电路3用作电感器，以 便第二天线元件2的电气长度看起来较长。另外，在本发明的实施例 中，优化阻抗匹配电路3的阻抗值，因此，第二高频带天线元件2调 谐至甚至低频带侧的频率。
因此，根据本发明实施例的多波段天线，即使例如第一低频带天 线元件l难以保持与地面之间足够的距离，仍允许第二高频带天线元 件2发射并因此确保了天线效率。换句话说，根据本发明实施例的多 波段天线构造为好像安装了两个低频带天线元件一样。
另外，虽然在图1示出的结构中省略了对匹配电路的显示，但实 际上也安装了匹配电路。
另外，虽然在本发明的实施例中LC并联谐振电路的电感和电容 分别设置为固定值，但通过使用例如可变电感器和可变电容器可以改 变电感和电容。
[天线的实验结果和天线特性的验证图3表示图1示出的根据本发明实施例的多波段天线的实验性例子。
在图3中，第一天线元件1和第二天线元件2安装在例如移动电 话终端的电路板6的一端侧，第一天线元件1设置于电路板6的接地 部分5附近。
第一天线元件1的天线长度比第二天线元件2的天线长度长，所 述天线元件的一端是开放端，它们的另一端连接到馈电点4。另外， 阻抗匹配电路3插入并连接在第二天线元件2和馈电点4之间。
图4表示当使用图3示出的实验性多波段天线通过电磁场仿真来 执行验证时获得的频率-天线特性的示图。注意图4中实线表示的特 性曲线表示不存在阻抗匹配电路的情况，图4中虛线表示的特性曲线 表示存在阻抗匹配电路的情况。
从图4的特性图可以看出，根据具有图3结构的天线，可以确认 在低频带侧的频率的效率增加。另外，图4显示的例子是表示当使用 图3示出的实验性天线时获得的特性的示图，从而存在在高频带侧效 率可能部分降低的频带。然而，其原因在于谐振电路看起来像电容 器，因此阻抗匹配轻孩￡地偏离。因此，如果再次执行匹配，则效率的
降低将会变得很小，小到不会发生问题的程度。在这种情况下，作为 再次匹配阻抗的例子，可以考虑这样的方法使第二高频带天线元件 2的天线长度变长以增加电感，由此通过增加的电感来抵消电容比 例。
[其它结构的例子I
图5到图10表示根据本发明实施例的多波段天线的其它结构例子。
在图l示出的例子中，LC并联谐振电路(阻抗匹配电路3)插入并 连接到第二天线元件2的根部(馈电点4附近的部分)。替换地，LC 并联谐振电路可以插入并连接到如图5所示的第二天线元件2的中间 部分附近。注意在图5中省略了对第一天线元件的显示。
在图5示出的结构例子和如图1所示LC并联谐振电路插入并连接到第二天线元件的根部的情况之间，在高频带侧观察到的电容存在
差别。也就是说，在谐振电路安装在与馈电点相距入/4高频带侧频率 所对应的量的位置的常规类型天线中，电流大部分流经馈电点附近。 因此，如果LC并联谐振电路的电容器进入相关的馈电点附近，频率
将极大地改变。另一方面，电流几乎不流向天线的开^:端侧，从而当
LC并联谐振电路的安装位置靠近开放端时，在高频带侧观察到的电 容的量降低得更多，因此频率的变化降低得更多。
因此，在高频带侧观察到的电容降低从而降低频率变化的情况 下，理想地可以采用如图5所示阻抗匹配电路3插入到远离馈电点4 的位置的结构。
另外，如果阻抗匹配电路插入并连接到馈电点4附近的位置，将 会实现这样的结构在高频带侧观察不到电容，而在低频带侧阻抗增 加。因此，在本发明的实施例中，使用图l示出的结构例子。
另外，根据本发明实施例的多波段天线不限于两分支(两分支元 件)天线，可以是具有多个分支(诸如，三分支或四分支)的类型。与两 分支天线相比，具有多个分支的多波段天线可以处理更宽的频带。
作为如上所述具有多个分支的天线例子，在如图6所示具有三个 分支(三分支元件)的天线中， 一个天线元件1用于低频带，其它两个 天线元件2a、 2b用于高频带，天线元件1和天线元件2a、 2b连接 到一个馈电点4。然后，在这个例子中，阻抗匹配电路(LC并联谐振 电路)3在馈电点附近插入并连接到天线元件2a、 2b中的任一个。
替换地，例如，具有用于低频带的一个天线元件和用于高频带的 两个天线元件的多波段天线也可如图7所示来构造。
图7示出的多波段天线包括一个低频带天线元件1、两个高频带 天线元件2a、 2b和一个馈电点4。低频带天线元件1和两个高频带 天线元件2a、 2b中的任一个(图7显示的例子中，为元件2a)连接到 单一馈电点4。两个高频带天线元件2a、 2b中的另一个天线元件2b 接地，其另一端(开放端)设置于天线元件2a的开放端附近并与天线 元件2a的开放端之间留有间隔，两个开放端彼此电容耦合。在图7示出的例子中，阻抗匹配电路(LC并联谐振电路)3在馈电点附近插入 并连接到高频带天线元件2a。
另外，在根据本发明实施例的多波段天线中，插入并连接到高频 带天线元件2的阻抗匹配电路3可由所谓的带状线构成。在使用带状 线的情况下，阻抗匹配电路3具有平面导体模式的电路结构。因此， 与使用具有较大体积的通常电路元件的情况相比，可以更大程度地减 小结构尺寸和涉及的成本。
图8表示由带状线构成的LC并联谐振电路(阻抗匹配电路3)插 入并连接到高频带天线元件2的结构例子。
在图8示出的例子中，阻抗匹配电路(LC并联谐振电路)3具有这 样的结构由导体(导线)构成的电感器(L)ll和由彼此相对的导体构 成的电容器(C)12并联放置，其中构成电容器(C)12的彼此相对的导 体之间隔开一定空间或者在该空间中安装并夹着电介质。构成电感器 11的导体(导线)具有足以获得希望的电感的预定长度。构成电容器 12的导体之间的空间具有足以获得希望的电容的距离。
在根据本发明实施例的多波段天线中，低频带天线元件和高频带 天线元件的开放端可以设置为彼此面对面。
图9表示天线的结构例子，其中低频带天线元件l和高频带天线 元件2的开放端设置为彼此面对面。另外，图9示出的天线结构与每 个前述的结构的相同之处在于，安装一个馈电点4以及阻抗匹配电路 3插入并连接到高频带天线元件2。
在像图9示出的例子的情况那样天线元件的开放端设置为彼此面 对面的情况下，它们的开放端，即最高电压的部分(几乎没有电流流 过)面朝内。因此，可减小影响天线特性的物体(诸如，人的手指)接 近天线的开放端的可能性。
另外，虽然在上述本发明的实施例中高频带天线元件的长度较长 以增加电感，由此抵消在高频带侧观察到的电容比例，但作为另一结 构例子，电感器(L)可以在LC并联谐振电路后面串联插入到高频带 天线元件以通过从该电感器增加的电感来抵消电容比例。在这个例子
12中，可以不必调整高频带天线元件的长度。
图10表示这样的结构例子电感器(L)15串联连接在阻抗匹配 电路(LC并联谐振电路)3后面，即连接到电路3和天线元件2的开放 端之间的位置。
[结论
根据本发明的实施例，在具有通过把天线分成两个或更多分支形 成的天线元件的多波段天线中，阻抗匹配机构插入并连接到高频带天 线元件。然后，在使高频带天线元件工作于它的原始高频带的同时， 高频带天线元件使用阻抗匹配机构调谐至甚至低频带侧的频率。
由于上述布置，根据本发明实施例的多波段天线可增加低频带侧 的天线效率。也就是说，安装天线的物理空间主要根据使用的低频带 天线元件的尺寸来确定。然而，根据本发明的实施例，即使由于物理 限制(例如，壳体中可利用的空间有限)难以增加低频带天线元件的尺 寸的情况下，也可增加低频带侧的天线特性。换句话说，根据本发明 的实施例，可减小低频带天线元件的尺寸，由此另一结构(例如，照 相机装置)可容易地安装在由于天线的空间节约而形成的区域中。
另外，根据本发明的实施例，可能需要阻抗匹配电路的安装区。 然而，阻抗匹配电路的安装区远远小于仅利用低频带天线元件来实现 希望的低频带特性的情况下所需的天线尺寸。
另外，根据本发明的实施例，由于提供了多个天线元件(多个发 射元件)，所以获得对外部环境(诸如人体)波动的高抵抗能力。
以上对本发明的各实施例的描述仅是本发明的例子。因此，不言 自明地，本发明不限于以上实施例，在与本发明相关的技术概念的范 围内可以根据设计需要以各种方法对本发明进行修改和变化。根据本 发明实施例的多波段天线不仅可应用于移动电话终端，还可以应用于 其它各种无线电通信装置。
另外，在相关技术中，产生在三个独立频率谐振的电流模式，并 且这三个频率中的两个频率4皮此邻近以实现频带扩宽。另一方面，在 根据本发明实施例的结构中，虽然设置了三个发射模式(一个低频带天线元件和两个高频带天线元件，用于高频带和低频带工作)，但高 频带天线元件仅在工作频率方面彼此不同，并具有相同的电流模式。 在这一点上，根据本发明实施例的天线可以不同于现有技术的结构。
另外，根据本发明的实施例，通过使插入并连接到高频带天线元
件的LC并联谐振电路的L(电感器)和C(电容器)的組合可变，可以 自由地调整高频带天线元件在低频带的阻抗，同时维持高频带天线元 件在高频带的工作。也就是说，根据本发明的实施例，由于LC并联 谐振电路串联安装到高频带天线元件的根部，所以仅通过选择相关 LC并联谐振电路的电感的值，就可以自由调整利用相关高频带天线 元件获得的低频带侧的谐振频率。另外，根据LC并联谐振电路的常 数可以自由调整在高频带侧观察到的电容。另外，通过改变LC并联 谐振电路的Q部分的组合，可以自由调整电感和电容之间的平衡。
不言自明地，在允许用可变元件(例如，变容二极管)替换L(电感 器)和C(电容器)的情况下，仅通过改变这些可变元件就可以调整电感 和电容。如上所述，根据本发明的实施例，可独立于使用的天线型状 来调整谐振频率。
在上述相关技术中，如果缩短电流路线之间的长度差别以便使电 流路线(a)和(c)的谐振频率彼此相近，工作于高频带的天线元件的电 流路线(b)可能必须改变，并且可能不可避免地要限制以物理方式缩 短长度的电流路线的组合以及使谐振频率彼此相近的程度。在相关技 术中，天线没有构造为直接从馈电点馈送天线元件，并且限制为用 C(电容)激发天线元件的类型。在这一点上，相关技术不同于本发明 的实施例。除了上述内容，已经公知一种通过利用匹配电路扩宽良好 地显示了天线特性的频带的方法。另一方面，在本发明的实施例中， 不是简单地在宽频带上执行匹配，天线包括多个天线元件，并且高频 带天线元件在高频带和低频带上都可以工作。通常，已经公知提供多 个高频带天线元件以扩宽高频带。另一方面，在本发明的实施例中， 通过使用高频带天线元件来增加天线在低频带的效率。上述这种技术 不是现有技术中已知的。
14本申请包含与2008年6月25日提交给日本专利局的日本优先权 专利申请JP 2008-166421 7>开的主题相关的主题，该专利申请的全 部内容包含于此以资参考。
本领域技术人员应该理解，在不脱离权利要求或其等同物的范围 的情况下，可以根据设计的需要和其它因素做出各种变型、组合、子 组合和替换。
权利要求
1.一种多波段天线，包括至少两个天线元件，用于低频带和高频带；馈电点单元，由用于低频带和高频带的两个天线元件共用；以及阻抗匹配单元，插入并连接到用于高频带的天线元件在馈电点单元侧的一端和其开放端之间的位置。
2. 如权利要求1所述的多波段天线，其中，阻抗匹配单元由LC并联谐振电路构成，LC并联谐振电路在低 频带用作电感器并在高频带用作电容器。
3. 如权利要求2所述的多波段天线，其中，LC并联谐振电路的电感器由长度足以获得所期望电感的导体所 构成，LC并联谐振电路的电容器包括之间隔开空间的距离足以获得 所期望电容的相面对的导体，或者之间的空间中夹着电介质的导体。
4. 如权利要求1所述的多波段天线，其中， 用于高频带的天线元件包括两个或更多个天线元件， 用于高频带的所述两个或更多个天线元件分别彼此共用馈电点单元，阻抗匹配单元插入并连接到所迷两个或更多个天线元件中的至少一个'
5. 如权利要求1所述的多波段天线，其中，用于高频带的天线元件包括两个或更多个天线元件， 用于高频带的所述两个或更多个天线元件分别包括连接到馈电点 单元的馈电点侧天线元件和接地侧天线元件，接地侧天线元件在一端 接地，并在另一开放端与馈电点側天线元件的开放端之间隔开空间地 相面对，阻抗匹配单元插入并连接到馈电点侧天线元件。
6. 如权利要求1所述的多波段天线，其中，用于低频带的天线元件的开放端和用于高频带的天线元件的开放 端设置为彼此相面对。
7. 如权利要求1所述的多波段天线，其中，电感器串联插入并连接到阻抗匹配单元和用于高频带的天线元件 的开放端之间的位置。
8.—种包括多波段天线的无线电通信终端，所述多波段天线包括至少两个天线元件，用于低频带和高频带；馈电点单元，由用于低频带和高频带的两个天线元件共用；以及 阻抗匹配单元，插入并连接到用于高频带的天线元件在馈电点单 元侧的一端和其开放端之间的位置。
全文摘要
本发明涉及多波段天线和无线电通信终端。多波段天线包括至少两个天线元件，用于低频带和高频带；馈电点单元，由用于低频带和高频带的天线元件共用；阻抗匹配单元，插入并连接到用于高频带的天线元件在馈电点单元侧的一端和其开放端之间的位置。
文档编号H01Q21/30GK101615725SQ200910150908
公开日2009年12月30日 申请日期2009年6月25日 优先权日2008年6月25日
发明者东海林英明 申请人:索尼爱立信移动通信日本株式会社