专利名称：天线和包括该天线的射频模块的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种多频带的天线，并且特别涉及适于与在无线LAN(局域网)、移动电话、蓝牙等中的无线电通信装置一同使用的天线。
背景技术：
目前，在无线LAN中，可以使用2.4GHz频带和5GHz频带的通信系统，同样，在移动电话中，可以使用0.8GHz频带和1.5GHz频带的通信系统。
以前，通信装置只能在一个频带系统中与另一个进行通信。然而最近，已经开发出了可以在两个频带系统中进行通信的通信装置。
这种能够在多个频带中进行通信的通信装置需要使用能够发送和接收多个频带无线电波的多频带天线。
现在有各种的多频带天线，例如，参照文献，FUJIMOTO Kyouhei、YAMADA Yoshihide、和TUNEKAWA Kouichi所著的，Sougou DenshiShuppansha出版的名为“Zukai idoutuushinyou antenna system中公开的图6中示出的天线。
在图6中示出现有技术中的多频带天线的示例。天线100具有两个在介质衬底102上平行放置的导体制成的天线元件104和106。电能从信号源通过在中间位置被划分成为两个分支的馈线108施加到天线元件104和106。
发明内容
图6中示出的天线具有两个天线元件104和106，它们如上所述平行放置。但是，如果两个天线元件被因此平行放置了，则天线元件的特性会由于在天线元件之间的电磁干扰而降低；这是个问题。具体地，在两个天线元件104和106之间，电磁波的流动彼此干扰并且中心频率和阻抗都会偏离希望的范围，从而天线元件的增益被降低了。
另一方面，为了减低这种电磁干扰，在天线元件104和106之间的距离可以被设定的较大。但是，如果距离被因此设定的过大了，则天线的尺寸在宽度方向上(X方向)被因此变大了；这也是个问题。
因此，本发明试图解决上述的现有技术中的问题，并且本发明的一个目的是提供一种天线，它可以降低在天线元件之间的电磁干扰而不必增大天线的尺寸。
为此，根据本发明，提供了一种多频带天线，包括介质衬底；以及多个天线元件，由在介质衬底的相同的表面上的每个导体形成，并且与频带一一对应，以便操作于频带，其特征在于每个天线元件具有作为一个端的开口末端，并且在相对的一端连接到馈线，并且包括窄的部分，该窄部分被放置在开口末端侧并且形成为具有相对窄的宽度的线，以及宽的部分，该宽的部分被放置在馈线侧并且具有宽度比窄的部分宽的宽度。
窄的部分被按顺序以大致与宽的部分的宽度方向相同的方向折返(优选地为+或者-10度)，形成弯曲部分，并且天线元件具有结合为一体的彼此形成预定角度的宽的部分，以便共享一部分宽的部分。
因此，在本发明的天线中，天线元件共享一部分宽的部分，以便在其宽度方向中的天线的尺寸可以被因此减小。由于放置的天线元件彼此形成预定的角度θ，所以在天线元件之间的电磁干扰可以被降低，并且天线元件的特性不会被削弱。宽的部分是由具有比形成窄的部分的线的宽度宽的线形成的，并且位于窄的部分和馈线之间。该窄的部分是通过具有比形成宽的部分的线的宽度窄的线形成的，并且具有作为一个端的开口末端，并且在另一端被连接到宽的部分。
在本发明的天线中，预定的角度指0度或者更大的角，以及180度或者更小的角；优选地，预定的角是0度或者更大的角以及130度或者更小的角，更加优选地，预定的角是0度或者更大的角以及90度或者更小的角，此外，再更加优选地，预定的角是0度或者更大的角以及50度或者更小的角，并且还更加优选地，预定的角是5度或者更大的角以及50度或者更小的角。
因此，在天线元件之间的角度被设定为在5到50度之间，以便可以获得作为在例如高频侧的信号频带的宽的带宽。
在本发明的天线中，介质衬底是用于安装元件的印刷电路板。
其上形成天线元件的介质衬底可以是天线专用板，但是也可以是例如用于安装在其上构造任何用于通信的其他电路的安装部件的印刷电路板。
根据本发明，提供了一种射频模块，用于发射和接收射频信号，该射频模块包括上述的任何一种天线。
因此，上述的任何一种天线都可以应用到用于发射和接收信号的射频模块。
图1示出了作为本发明的第一实施例的天线的平面图；
图2示出了在第一和第二天线元件14和16之间的角度θ和能够在图1中的天线10中被发射和接收的信号的带宽之间的关系的曲线图；图3示出了作为本发明的第二实施例的天线的平面图；图4示出了作为本发明的第三实施例的天线的平面图；图5示出了与图1中的天线10结合在一起的射频模块的配置的框图；图6示出了现有技术中的多频带天线的示例的平面图。
参考编号说明10，10′，10″天线12，12′，12″介质衬底14，16，20天线元件14a，16a，20a窄的部分14b，16b，20b宽的部分14c，16c，20c开口末端50射频模块52基带IC54RFIC56，60低噪声放大器58，62功率放大器64，68BPF66，70LPF72，74开关76同向双工器100天线102介质衬底104，106天线元件108馈线
具体实施方式
现在参照附图，这里示出了本发明的优选实施例。图1示出了作为本发明的第一实施例的天线的平面图。
实施例的天线10是与在例如无线LAN等中的无线电通信装置一同使用的，并且操作于2.4GHz频带和5GHz频带两个频带。该天线采用了单极系统，其中线的长度是四分之一波长。
如图1所示，该实施例的天线10包括优选地由氧化物陶瓷，例如铝氧化物和玻璃氧化物形成的介质衬底12，并且第一天线元件14和第二天线元件16由诸如Ag、Ag-Pt、Ag-Pd、Cu、Au、W、Mo和Mn，以及它们中的至少两种的合金在介质衬底12的表面上形成。
第一天线元件14可以操作于2.4GHz频带，并且第二天线元件16可以操作于5GHz频带。该第一、第二天线元件14、16具有作为一端的开口末端14c、16c和作为另一端的输送端(feeding end)18。开口端14c、16c侧与形成窄的部分14a、16a的相对较窄的宽度成线性关系。在输送端18侧，形成了用于阻抗匹配的宽于窄的部分14a、16a的宽的部分14b、16b。
第一实施例的特征在于，第一天线元件14是放置在几乎沿着介质衬底12的长度方向(Y方向)上的，第二天线元件16相对于第一天线14倾斜预定的角度θ，并且第一天线元件14和第二天线元件16具有结合为一体的宽部分14b和16b，以便共享宽的部分14b和16b。
因此，第一和第二天线元件14和16共享宽的部分14b和16b，以便宽的部分占据的区域可以被因此减小，并且因此天线10在其宽度方向(X方向)上的尺寸W可以被减小。
作为结合为一体的宽的部分14b和16b，输送端18也被制作成为与第一和第二天线元件14和16以及连接到公共馈线18的输入线(未示出)共用。即，能量是从信号源(未示出)经过输入线(未示出)通过输送端18被施加到第一和第二天线元件14和16的。因此，输送端18也被制作成为公共的，因此，不需要将连接到输送端18的馈线分支并且消除了馈线配置的复杂绕线。
第二天线16相对于第一天线14倾斜一个预定的角度θ，以便在第一和第二天线元件14和16之间的电磁干扰可以被降低，并且第一和第二天线元件14和16的特性不会削弱。
图2示出了在第一和第二天线元件14和16之间的角度θ和能够在图1中的天线10中被发射和接收(VSWR＝2)的信号的带宽之间的关系的曲线图。在图2中，水平轴代表在第一和第二天线元件14和16之间的角度θ(度)，并且垂直轴代表信号带宽(MHz)。黑点代表对应于第一天线元件14的2.4GHz频带中的信号被发射和接收时的情况，并且黑色方块代表对应于第二天线元件16的5GHz频带中的信号被发射和接收时的情况。
如图2所示，能够被发射和接收的在2.4GHz频带中的信号的带宽不会随着角θ的变化而过多地变化，而能够被发射和接收的在5GHz频带中的信号的带宽会随着角θ的变化而大幅地变化。
总之，在高频侧的5GHz频带中，具体地，需要宽频带来作为带宽；特别是需要大约20％的相对带宽(带宽/中心频率)。
在该实施例中，在第一和第二天线元件14和16之间的角θ被设定为在5到50度范围内的值。因此，1000MHz或者更高的可以被提供为在高频侧的5GHz频带中的带宽。在5到50度的范围内设定什么值是通过在对第一和第二天线元件14和16之间的电磁干扰的降低程度和天线10的尺寸的缩短程度进行比较来确定的。
该实施例的第二个特征在于，第一和第二天线元件14和16的每个窄的部分14a和16a形成了弯曲形状。特别是，窄的部分14a、16a启始于对应的宽的部分14b和16b，并且沿着宽的部分的长度方向从宽的部分突出，并且向着宽的部分的宽度方向弯曲。然后，窄的部分14a、16a在宽度方向在相对的方向中顺序折返，而且整个窄的部分14a、16a沿着长度方向延伸。最终，窄的部分14a、16a到达作为末端点的对应的开口末端14c、16c。弯曲形状可以通过约束线(curbedline)、直线、或者锯齿线、或者其结合来形成。
因此，第一和第二天线元件14和16的窄的部分14a、16a的每个都制作成为弯曲形状，由此，天线元件14和16在其长度方向的长度可以被缩短。窄的部分14a、16a在宽的部分14b和16b的宽度方向上顺序折返，从而形成了弯曲形状，以便宽的部分14b、16b可以充分地成为阻抗匹配元件，如上所述。
此外，实施例的第三个特征在于，第一和第二天线元件14和16形成在介质衬底12的相同的表面上。
第一和第二天线元件14和16被因此形成在了介质衬底12的相同的表面上，从而相对于第一和第二天线元件形成在不同的平面上，例如介质衬底的表面和侧面或者背面上，或者形成在例如介质衬底中而简化了制造工艺。
为了将第一和第二天线元件14和16形成在介质衬底12的一个表面上，例如，在介质衬底12的表面上进行银膏丝网印刷成型天线元件14和16，然后在预定的温度进行烘干的方法可以被使用。
如上所述，根据本发明，第一和第二天线元件14和16共享宽的部分14b和16b的一部分，以便天线10的尺寸W在其宽度方向上可以减小。由于第二天线16相对于第一天线14倾斜一个角度θ，所以在第一和第二天线元件14和16之间的电磁干扰可以被降低并且天线元件14和16的特性不会被削弱。具体地，角度θ被设定为在5到50度之间的值，以便可以在高频侧的5GHz频带中提供1000MHz或者更高的带宽。
接下来，图3示出了作为本发明的第二实施例的天线的平面图。实施例中的天线10′与第一实施例中的天线10的区别在于，在第一实施例中，第一天线元件14的放置几乎是沿着介质衬底12的长度方向的，并且第二天线元件16是相对于第一天线元件14倾斜的；同时，在第二实施例中，第一天线14′被放置在相对于介质衬底12′的长度方向(Y方向)倾斜的方向上。并且，第二天线16′是相对于第一天线14′倾斜的。即，第一和第二天线元件14′和16′是被放置在相对于介质衬底12′的长度方向(Y方向)倾斜的位置上的。
在第二实施例中，由于天线元件14′和16′是如上所述放置在介质衬底12′上的，可以实现类似于第一实施例中的天线的功能，并且可以提供类似第一实施例中的天线的优点。
接下来，图4示出了作为本发明的第三实施例的天线的平面图。该实施例中的天线10″与第一实施例中的天线10的区别在于，天线10包括两个天线元件；但是，该实施例中的天线10″包括了三个天线元件。既，该实施例中的天线10″是操作于三个频带系统的，因为第三天线元件20被加入到了第一和第二天线元件14和16中。
与第一、第二天线元件14、16相同，加入的第三天线元件20具有作为一端的开口末端20c，以及作为相对的另一端的输送端18。在开口末端20c侧，窄的部分20a被形成，并且在输送端18一侧，形成了宽的部分20b。
与第二天线元件16相同，第三天线元件20相对于第一天线元件14倾斜了预定的角θ″，并且此外，第一、第二和第三天线元件14、16和20具有结合为一体的宽的部分14b、16b和20b，以便共享宽的部分14b、16b和20b。
与第一、第二天线元件14、16的窄的部分14a、16a相同，第三天线元件20的窄的部分20a形成了弯曲形状。此外，如形成的第一、第二天线元件14、16，第三天线元件20也形成在介质衬底12″的相同的表面上。
由于构造了第三天线元件20，该实施例中的天线10″基本上可以实现类似于第一实施例中的天线的功能，并且可以提供与第一实施例中类似的优点，而且还进一步地操作于三个频带系统。
在上述的第一到第三实施例中的天线10、10′和10″被安装在例如无线LAN等中的无线电通信装置中，作为一个射频模块元件。
下面，将简明地说明与实施例的天线10、10′结合的射频模块。
图5示出了与图1中的天线10结合在一起的射频模块的配置的框图。
如图5所示，射频模块50包括基带IC52、射频(RF)IC54、低噪声放大器56和60，功率放大器58和62、带通滤波器(BPF)64和68、低通滤波器(LPF)66和70、开关72和74、同向双工器76、和图1中的天线100。低噪声放大器56，功率放大器58、BPF 64、LPF66和开关72是用于2.4GHz频带的电路，并且低噪声放大器60，功率放大器62、BPF 68、LPF70、和开关75是用于5GHz频带的电路。
基带IC52控制RFIC54并且从其发送低频信号或者将低频信号发送到RFIC54。RFIC54将从基带IC52收到的低频传输信号转换成为射频信号并且将射频接收信号转换成为低频信号并将低频信号传给基带IC52。
同向双工器76执行在2.4GHz和5GHz频带之间的切换。具体地，为了在2.4GHz频带中进行通信，同向双工器76将天线100和2.4GHz频带电路进行了连接；为了在5GHz频带中进行通信，同向双工器76将天线100和5GHz频带电路进行了连接。
每一个开关72和74响应于发送和接收来进行信号路径切换。具体地，为了接收信号，选择了在BPF侧的信号路径；为了发送信号，选择了在LPF侧的信号路径。
因此，例如，如果通信是在2.4GHz频带中进行的，并且天线10接收信号，则收到信号通过同向双工器76和开关72输入到BPF64，并且通过BPF64服从于频带限制，而且随后信号通过低噪声放大器56放大并输出到RFIC54。RFIC54将收到信号从2.4GHz频带转换到低频频带，并且将转换结果传送到基带IC52。
相反，为了通过天线10传送信号，低频传输信号从基带IC52传给RFIC54，它随后将传送信号从低频频带转换到2.4GHz频带。传送信号通过功率放大器58放大，然后，低频频带通过LPF66被截取并且随后该信号被从天线100通过开关72和同向双工器76传送。
另一方面，为了在5GHz频带中进行通信，使用了5GHz频带电路、根据与2.4GHz频带通信中的类似的步骤进行在发送和接收中的处理过程，并且使用与在2.4GHz频带中相同的天线10来进行信号的发送和接收。
可以理解，本发明并不局限于其特定的实施例，而是，在不脱离本发明的精神和范围内可以有各种的实施例。例如，每个天线元件的至少一部分可以被覆盖有绝缘层。该绝缘层优选地可以包括与介质衬底相同的陶瓷，或者诸如环氧树脂和酚醛树脂的树脂。绝缘层的厚度是不受限制的，但是，优选地从10到100μm。
在上面的实施例中，天线专用板被用作介质衬底12、12′、12″，但是用于安装元件的印刷电路板可以用来代替专用的板。例如，将本发明的天线应用到如图5所示的射频模块，构成本发明的天线元件可以形成在印刷电路板的部分区域上，在该印刷电路板上构制了部分或者所有的射频模块。
在实施例中，说明了当天线用于在无线LAN等中的无线电通信装置的情况，但是天线可以用于在移动电话、蓝牙等中的无线电通信装置。
在实施例中，说明了用于操作于两个或者三个频带系统的天线，但是，如果将天线元件的数量增加到四个、五个或者更多，则可以操作于与天线元件的数量一样多的频带系统。此时，在一对天线元件之间的角与天线元件中的另一对之间的角度可以相同或者不同。
本申请是基于2002年5月28日的日本专利申请JP2002-153733，并且将其全部内容在此进行交叉引用，正如此前所详细阐述的。
权利要求1.多频带天线，其特征在于，该天线包括介质衬底；以及多个天线元件，由在介质衬底的相同的表面上的每个导体形成，并且与频带一一对应，以便操作频带，其中每个天线元件具有作为一个端的开口末端，并且在相对的一端连接到馈线，并且包括窄的部分，该窄的部分被放置在开口末端侧，并且由窄宽度的线形成，以及宽的部分，该宽的部分放置在馈线侧，并且具有比窄的部分宽的宽度，窄的部分被按顺序以大致与宽的部分的宽度方向相同的方向折返，形成弯曲部分，并且天线元件具有结合为一体的彼此形成预定的角度的宽的部分，以便共享一部分宽的部分。
2.根据权利要求1所述的多频带天线，其特征在于，它可以用2.4GHz和5GHz两个频带操作。
3.根据权利要求1所述的多频带天线，其特征在于，预定的角度是5度或者更大以及50度或者更小。
4.根据权利要求1所述的多频带天线，其特征在于，介质衬底是用于安装元件的印刷电路板。
5.根据权利要求4所述的多频带天线，其特征在于，印刷电路板安装用于无线电通信装置的元件。
6.根据权利要求1所述的多频带天线，其特征在于，至少一个天线元件的放置几乎沿着介质衬底的长度方向。
7.根据权利要求1所述的多频带天线，其特征在于，所有的天线元件被放置在相对于介质衬底的长度方向倾斜的位置上。
8.根据权利要求1所述的天线，其特征在于，每个天线元件具有不同的长度。
9.一种用于发射和接收信号的射频模块，其特征在于，还包括根据权利要求1的多频带天线。
10.根据权利要求9所述的射频模块，其特征在于，还包括用于响应于发射和接收来切换信号路径的开关。
专利摘要一种多频带的天线，包括介质衬底；以及多个天线元件，由在介质衬底的相同的表面上的每个导体形成，并且与频带一一对应，以便操作频带，其中每个天线元件具有作为一个端的开口末端，并且在相对的一端连接到馈线，并且包括窄的部分，该窄的部分被放置在开口末端侧，并且由窄宽度的线形成，以及宽的部分，该宽的部分放置在馈线侧，并且具有比窄的部分宽的宽度，窄的部分被按顺序以大致与宽的部分的宽度方向相同的方向折返，形成弯曲部分，并且天线元件具有结合为一体的彼此形成预定的角度的宽的部分，以便共享一部分宽的部分。
文档编号H01Q1/24GK2671143SQ0326332
公开日2005年1月12日 申请日期2003年5月28日 优先权日2002年5月28日
发明者杉本典康, 大鹰直树, 中田大介, 若松进, 金森孝司, 高田俊克 申请人:日本特殊陶业株式会社