专利名称：天线装置以及使用该天线装置的无线终端的制作方法
技术领域：
本发明涉及天线装置以及内置该天线装置的无线终端，更具体地，涉及一种包括具有电改变方向特性的功能的内置天线的无线终端。
背景技术：
最近，在诸如蜂窝电话之类的无线终端的领域中，对除语音会话功能之外的数据通信功能的需求在增长，而同时具有语音会话功能以及数据通信功能二者的无线终端变得流行。在同时具有语音会话功能以及数据通信功能二者的无线终端的情况下，所述无线终端与使用该无线终端的用户之间的位置关系在执行语音会话的情形与执行数据通信的情形之间是改变的。
例如，在语音会话的情形下，所述用户使用无线终端，使得将该终端按压到该用户的一只耳朵，可以从图10看到，其中示出在语音会话期间所采用的、所述无线终端与所述用户之间的示例位置关系。因而，使用所述无线终端的同时将其置于所述用户头部的侧面。相反，在数据通信的情形下，所述用户确认显现在所述无线终端的显示屏上的信息，可以从图11看到，其中示出在数据通信期间所采用的、所述无线终端与所述用户之间的示例位置关系。为此，使用所述无线终端的同时将其置于所述用户头部前方一定距离处。
如上面提到的，当所述无线终端与使用该无线终端的所述用户之间的所述位置关系在语音会话的情形与数据通信的情形之间改变时，需要将该无线终端内置的天线装置的所述方向特性改变为适合该位置关系的方向特性。图12具体地示出了在语音会话期间取得的、以及在数据通信期间取得的所述天线的示例辐射方向性。
例如，需要配置单向天线以便能够切换方向性，使得当在语音通信情形下将所述无线终端置于所述头部侧面时，所述天线的最大辐射方向朝向该无线终端的背面；而且使得，当在数据通信情形下将所述无线终端置于所述用户头部前方一定距离位置处时，所述天线的最大辐射方向朝向该无线终端的顶部方向。简言之，要求所述无线终端内置的天线装置是单向的，而且具有这样的配置，其使得可以在各个使用模式中切换所获得的所述天线的最大辐射方向；也即，在语音会话和数据通信期间，从所述无线终端的顶部到所述无线终端的背面。
借助这样的天线装置的配置，避免辐射场从所述天线装置朝向所述人体，使得可以增强SAR(特定吸收率)。进一步，由于避免了不必要方向上的电磁辐射进而实现单向性，可以使得能够尝试增强天线增益。
例如，迄今已经提出了一种借助通过使用控制元件来控制寄生元件的长度而往复地切换八木天线的方向性的天线配置，作为能够切换所述天线的方向性的天线配置(例如，见专利文献1)。
图46是专利文献1中描述的现有技术的方向性切换天线的示意图。图46中，引用数字101代表一对寄生元件；102代表馈线(feeder)元件；103代表辅助元件；而104代表控制元件。
以下将对专利文献1中描述的现有技术的方向性切换天线的操作进行说明。在现有技术的方向性切换天线中，将寄生元件101置于馈线元件102侧面方向上的给定间隔上。寄生元件101中每一个被配置为使得控制元件104能够将辅助元件103连接到寄生元件101的末端部分，辅助元件103以电绝缘方式附加地提供。控制元件104用二极管开关之类形成，并以这样的方式添加将控制元件104与其中一个寄生元件101、以及在其相应末端处提供的辅助元件103导通。
于是，当通过导线向寄生元件101施加正电压时，其中一个寄生元件101与在其相应末端处提供的辅助元件103导通，从而担当反射器。剩下的寄生元件101不与辅助元件103导通，从而担当导向器。因此，专利文献1的天线表现出在保持不与辅助元件103导通的寄生元件101的方向上的方向性。当通过所述导线向寄生元件101施加负电压时，担当所述反射器的寄生元件101与担当所述导向器的寄生元件101之间的位置关系被反转，并且因而方向性也同样被反转。
通过采用上面的配置，可以配置能够借助简单控制(也即，切换施加到寄生元件101的电压的极性)将方向性反转180°的八木天线。
另外还提出了一种将天线元件竖立置于底板上并在所述天线元件周围提供寄生元件的天线配置，其借助将所述寄生元件的功能在导向器与反射器之间切换来切换方向性(例如，见专利文献2)。
图47是专利文献2中描述的现有技术的方向性切换天线的示意图。图47中，引用数字111代表底板；112代表辐射元件；113至116代表寄生元件；而117至120代表电介质基板。
以下将对专利文献2中描述的现有技术的方向性切换天线的操作进行说明。将担当辐射器的辐射元件112置于由电介质基板117至120实现的底板111上。将担当反射器或导向器的寄生元件113至116安装在电介质基板117至120上。电介质基板117至120被竖立置于底板111上。
底板111装有用于将寄生元件113至116的功能在反射器与导向器之间切换的(多个)开关电路。将所述开关电路其中一个短路而将其它开关电路断路，从而给予所述天线以方向性。例如，以这样的方式选择所述开关电路，以使得寄生元件113担当导体，并且使得其它寄生元件114至116担当反射器，从而可以将所述天线的方向性取向为朝向寄生元件113。同样地，将寄生元件114至116的所述开关电路其中任何一个短路，从而使得能够将方向性切换到以90°间隔排列的四个方向其中任何一个。
通过采用上面的配置，可以构成能够借助简单控制(也即，引起短路而断路所述开关电路)以90°间隔切换方向性的天线。进一步，寄生元件113至116被形成在电介质基板117至120上。因此，增加电介质基板117至120的介电常数，以便借助波长缩短的效应来缩短寄生元件113至116的长度。于是，可以使得能够尝试缩小所述天线的外形。
例如，已经提出的另一种能够切换其方向性的天线装置的配置是，将接地金属导体划分为两个子部分，并借助开关来改变所述整个接地金属导体的电长度，从而切换方向性(例如，见专利文献3)。
图48是专利文献3中描述的现有技术的方向性切换天线的示意图。图48中，所述方向性切换天线包括天线元件301；用于将天线元件301与接收电路303进行匹配的匹配电路302；用于对来自接收电路303的信号的强度进行效果比较的接收场强度比较器304；用于启用和停用高频开关308的控制电路305；划分为两个子部分的接地金属导体306和307，其串联连接到天线元件301并相当于所述天线装置的接地导体；以及两个高频开关308。
以下将对专利文献3中描述的现有技术的方向性切换天线的操作进行说明。由天线元件301接收的电磁波经由匹配电路302被递送到接收电路303。进一步，控制电路305控制高频开关308，使得所述高频开关以任意的时间间隔重复启用和停用。如图49(a)中所示，当被启用时，高频开关308表现出基本垂直于天线元件301的辐射方向性。如图49(b)中所示，当被停用时，高频开关308表现出与启用高频开关308的情况相比大约-30°的辐射方向性特性的方向性特性。
通过采用上面的配置，利用高频开关308电改变串联连接到天线元件301的接地金属导体306、307的长度，使得可以获得两种类型的天线方向性特性。
已经提出的另一种天线配置是，在所述天线元件的尾部右边和左边位置布置天线反射器，并控制所述天线反射器的接地阻抗，从而切换方向性(例如，见专利文献4)。
图50是专利文献4中描述的现有技术的方向性切换天线的示意图。图50中，所述方向性切换天线包括天线311；天线元件312；布置在相对于天线元件312的右边和左边位置的天线反射器313、314，其均由基本上为三角形的导体板形成；以及用于覆盖保护天线311的模壳315。
以下将对专利文献4中描述的现有技术的方向性切换天线的操作进行说明。天线反射器313、314被提供在相对于天线元件312的下部右边和左边位置，并被连接到在所述无线部件的基板上提供的、用于阻抗变换目的的接地阻抗电路。图51是示出当执行在天线反射器313与314之间的切换时取得的所述天线的特性的改变的特性视图。借助将它们其中之一接地，来执行在天线反射器313、314之间的切换。
此外，借助经由所述接地阻抗电路连接到地的天线反射器313、314来切换从天线元件312辐射的所述电磁波的方向性，从而实现分集功能。当已经执行了在天线反射器313、314之间的切换进而选择天线反射器314作为接地端反射器时，如图51(a)中所示天线元件312的方向性与天线反射器314发生干扰，从而表现出向右的方向性。相反地，当已经选择了天线反射器313时，如图51(b)中所示天线元件312的方向性与天线反射器313发生干扰，从而表现出向左的方向性。
通过采用上面的配置，借助控制连接到天线反射器313、314的所述接地阻抗电路的简单方法而将其中一个天线反射器接地，可以相对于天线元件312向左或向右以180°切换方向性。
专利文献1JP-A-6-69723专利文献2JP-A-2001-345633专利文献3JP-A-5-48506专利文献4JP-A-2001-292017发明内容本发明要解决的问题然而，通过使用有关专利文献1描述的所述配置，可以将导体图案形成在例如电介质基板117至120上。因此，天线装置适于被内置在无线终端内。由于仅能够以180°往复切换方向性，难以实现适合于所述无线终端在语音会话期间获得的、以及所述无线终端在数据通信期间获得的使用模式的天线装置的方向性。
通过使用有关专利文献2描述的配置，可以借助切换所述开关而以90°间隔切换所述天线的方向性。但是，为了在所述无线终端的顶部方向与背面方向之间进行切换，必须将底板111提供于在所述无线终端中提供的电介质基板117至120的直角位置上。因此，缩小所述无线终端的外形就遇到了困难。
通过使用有关专利文献3描述的配置，例如可以用外壳或电介质基板上的导体图案来形成所述接地金属导体，从而可以轻松地改变所述接地金属导体的电长度，进而改变方向性。但是，必须将所述接地金属导体串联连接到所述天线元件。因此，该配置具有这样的问题，其单单适用于单极天线元件，而不适用于偶极天线平衡馈电系统的天线元件。
通过使用有关专利文献4描述的配置，在天线外壳中形成天线反射器，使得可以将所述天线元件合并到所述无线终端。可以将所述天线反射器作为天线元件应用于诸如偶极的平衡馈电系统的天线元件。但是，仅能够以180°向右和向左切换方向性。因此，存在无法实现适合于所述无线终端在语音会话以及数据通信期间获得的每一种使用模式的所述天线装置的方向性的问题。
本发明根据上面的情形而构思，且旨在提供一种能够切换适合无线终端的诸如在语音会话期间获得的、或在数据通信期间获得的多种使用模式的方向性的天线装置，同时提供使用该天线装置的无线终端。
解决所述问题的手段本发明的一种天线装置，包括布置在第一平面上的线状的辐射元件；第一寄生元件，平行于所述辐射元件布置在所述第一平面上；布置在所述第一平面上的第一接地导体；第一开关，用于将所述第一寄生元件的两端连接到所述第一接地导体；第二接地导体，布置在与所述第一平面相反的第二平面上；以及用于控制所述开关的短路/断路的控制装置，其中，将所述第一接地导体的一部分平行于所述辐射元件、布置在所述第一寄生元件的对侧，而所述辐射元件介于其之间；而所述第二接地导体位于所述辐射元件的反面，而且所述第二接地导体的末端位于介于所述辐射元件与所述第一寄生元件之间的区域的反面。
本发明的一种天线装置，包括布置在第一平面上的线状的辐射元件；线状的第一寄生元件，平行于所述辐射元件、布置在所述第一平面上；在所述第一寄生元件的纵向假想延长线两端提供的线状的辅助元件；布置在所述第一平面上的第一接地导体；第一开关，用于将所述第一寄生元件的两端连接到所述辅助元件；以及第二接地导体，布置在与所述第一平面相反的第二平面上，其中，将所述第一接地导体平行于所述辐射元件、布置在所述第一寄生元件的对侧，而所述辐射元件介于其之间；而所述第二接地导体位于所述辐射元件的反面，而且所述第二接地导体的末端位于介于所述辐射元件与所述第一寄生元件之间的区域的反面。
在本发明的所述天线装置中，所述第一接地导体是比所述辐射元件长的线状导体。
本发明的一种天线装置，包括布置在第一平面上的线状的辐射元件；线状的第一寄生元件，平行于所述辐射元件、布置在所述第一平面上；，线状的第二寄生元件，平行于所述辐射元件、提供在所述第一平面上所述第一寄生元件的对侧，而所述辐射元件介于其之间；分别在所述第一和第二寄生元件的纵向假想延长线两端提供的线状的辅助元件；第一开关和第二开关，用于将所述第一和第二寄生元件的两端连接到分别在所述第一和第二寄生元件的两边提供的所述辅助元件；以及第二接地导体，布置在与所述第一平面相反的第二平面上，其中，所述第二接地导体位于所述辐射元件的反面，而且所述第二接地导体的一个末端位于介于所述辐射元件与所述第一寄生元件之间的区域的反面，而所述第二接地导体的另一个末端位于介于所述辐射元件与所述第二寄生元件之间的区域的反面。
本发明的所述天线装置包括第一基板，其具有在其上提供所述辐射元件、所述第一和第二寄生元件、所述第一接地导体、以及所述第一和第二开关的一个表面以及在其上提供所述第二接地导体的另一个表面。
本发明的所述天线装置进一步包括用于控制所述开关的短路/断路的控制装置。
当所述无线终端的使用模式从语音会话改变为数据通信时，现有技术的天线装置不能根据所述使用模式将所述天线的最大辐射方向改变到所期望的方向。因此，该天线配置不适合所述无线终端。另一方面，根据上面的配置，当所述开关被短路时，所述寄生元件作为接地导体工作，从而以所述接地导体覆盖所述辐射元件的周围。当所述开关被断路时，所述寄生元件从所述接地导体断开，因而可以借助短路/断路所述开关来将所述天线的方向性切换到所期望的方向。
本发明的所述天线装置包括这样的配置，其中，当所述开关被断路时，所述寄生元件担当相对于所述辐射元件的导向器。
通过该配置，可以使所述寄生元件担当导向器。因而，当所述开关被断路时，可以用所述辐射元件和所述寄生元件形成八木天线的所述配置。在所述开关保持被短路的同时，能够以大约90°切换所述天线的方向性。
本发明的所述天线装置包括这样的配置，其中，当所述开关被短路时，所述寄生元件和所述辅助元件担当相对于所述辐射元件的反射器。
通过该配置，可以借助短路/断路所述开关将所述寄生元件在所述导向器与所述反射器之间切换。因而，当所述开关保持被短路时，能够以大约90°切换所述天线的方向性而用不将所述寄生元件连接到所述接地导体。
本发明的所述天线装置包括其电抗可变的所述寄生元件。
本发明的所述天线装置包括由用于将多个导体片连接在一起的开关形成的所述寄生元件。
本发明的所述天线装置包括其为可变电容元件的所述寄生元件。
根据该配置，可以改变所述寄生元件的电长度。因而，可以改变所述开关断路期间获得的所述天线的方向性。进一步，也可以调整所述天线的输入阻抗特性。
本发明的所述天线装置包括由电介质材料形成的所述基板。
通过该配置，可以借助由所述电介质基板的介电常数引起的波长缩短效应来缩短所述辐射元件的电长度。因而，可以尝试将所述天线微型化。
本发明的所述天线装置包括由发泡材料形成的所述基板。
通过该配置，以这样的方式形成所述辐射元件、所述寄生元件之类，使得它们可以经历压片处理。将这样加工成形的元件固定到所述发泡材料，从而能够以非常廉价的方式制造方向性切换天线。
本发明的所述天线装置包括沿相对于所述第一基板的水平方向折叠的所述辐射元件。
通过该配置，可以增强所述辐射元件的输入阻抗。即使在所述接地导体被置于所述辐射元件的极点附近而导致所述输入阻抗降低时，也可以轻松地实现与所述馈电部件的匹配。
本发明的所述天线装置包括由导体图案形成在所述第一基板上的所述辐射元件。
通过该配置，可以整体地制造所述辐射元件和所述基板，从而可以实现廉价的生产。进一步，也可以尝试实现更稳定的特性。
本发明的所述天线装置包括由导体图案形成在所述第一基板上的所述第二接地导体。
通过该配置，可以整体地制造所述第二接地导体和所述基板，从而可以精确地定位放置所述第二接地导体的末端部分，并可以使所述特性更稳定。
本发明的所述天线装置包括这样排列的所述辐射元件和所述第二接地导体，使得所述辐射元件与所述第二接地导体之间的间隔变得大于所述第一基板的厚度。
通过该配置，可以确保所述辐射元件与所述第二接地导体之间的距离。因而，可以避免发生所述辐射元件的输入阻抗的下降，并可以轻松地实现与所述馈电部件的匹配。
在本发明的所述天线装置中，所述辐射元件具有包含沿相对于所述基板的垂直方向折叠的结构的偶极配置，并包括位于所述第一基板上的下部导体、位于所述下部导体的两端沿相对于所述第一基板的竖直方向的折叠部分、以及布置用于连接所述折叠端的末端的上部导体。
通过该配置，能够以三维折叠的方式安排所述辐射元件。从而，增加了所述天线的设计自由度，并可以减少安装所述天线所使用的区域。
所述天线装置进一步包括在所述第一基板上提供的第二基板，其中，所述下部导体介于所述第一与第二基板之间；提供所述折叠部分使得其穿透所述第二基板；而且在所述第二基板上提供所述上部基板。
通过该配置，可以借助将基板制成多层来形成具有折叠结构的辐射元件。因而，可以更廉价地制造所述天线装置，并可以使所述特性更稳定。
所述天线装置进一步包括所述第一基板上的电介质块，其中，将所述下部导体、所述折叠部分、以及所述上部导体提供在所述电介质块上和/或所述电介质块中。
在本发明的所述天线装置中，将所述寄生元件、所述开关、以及所述第一接地导体的部分提供在所述电介质块上和/或所述电介质块中。
通过该配置，能够在由高电介质材料制成的所述电介质块中以三维折叠的方式安排所述辐射元件和/或所述寄生元件。从而，增加了所述天线的设计自由度程度，并可以使得安装所述天线所使用的区域非常小。此外，可以生产具有方向性切换功能的电介质天线。
在本发明的所述天线装置中，可以将所述辐射元件形成为线状偶极子。
根据该配置，可以非常简单地制造所述辐射元件。此外，所述天线可以与所述寄生元件一起形成八木天线配置。因而，可以实现以90°切换方向性。
在本发明的所述天线装置中，可以将所述辐射元件形成具有曲折线形状的偶极子。
通过该配置，可以使得所述辐射元件非常小。
在本发明的所述天线装置中，所述第一和第二开关由二极管开关形成。
在本发明的所述天线装置中，所述第一和第二开关由FET开关形成。
在本发明的所述天线装置中，所述第一和第二开关由MEMS开关形成。
通过这些配置，可以用非常简单的配置来实现所述开关。进一步，可以通过使用所述MEMS技术使得所述开关非常紧凑。因而，可以尝试将所述天线微型化。
本发明的一种天线装置，包括布置在第一平面上的线状的辐射元件；接地导体，布置在作为所述第一基板的另一表面的第二平面上；第一导体，布置在所述第二平面上、同时与所述接地导体电绝缘；以及第一开关，用于将所述接地导体连接到所述导体，其中，所述接地导体与所述导体其中之一位于所述辐射元件的反面。
本发明的所述天线装置进一步包括第二导体，布置在相对于所述接地导体与所述第一导体对称的位置；以及第二开关，用于将所述接地导体连接到所述第二导体，其中，所述接地导体位于所述辐射元件的反面。
本发明的所述天线装置进一步包括其上提供所述第一和第二平面的第一基板。
本发明的所述天线装置包括布置在所述辐射元件的反面的所述接地导体。
本发明的所述天线装置包括担当相对于所述辐射元件的导向器的所述导体。
本发明的所述天线装置包括布置在所述辐射元件的反面的所述导体。
本发明的所述天线装置包括比所述辐射元件长的所述导体。
当所述无线终端的使用模式从语音会话改变为数据通信时，现有技术的天线装置不能根据所述使用模式将所述天线的最大辐射方向以90°改变到所期望的方向。因此，该天线配置不适合所述无线终端。另一方面，根据上面的配置，当所述开关被短路时，所述第一金属导体作为接地导体工作。当所述开关被断路时，所述第一金属导体从所述接地导体断开，因而可以借助短路/断路所述开关来将所述天线的方向性切换到所期望的方向。
本发明的所述天线装置包括其电抗可变的所述导体。
本发明的所述天线装置包括具有可变电容元件的所述导体。
在本发明的所述天线装置中，所述导体包括在其纵向方向上划分的多个导体片、以及用于连接所述多个导体片的第三开关。
通过这些配置，可以改变所述第一金属导体的电长度。从而，当所述开关被断路时，可以调整所述天线的方向性。进一步，也可以调整所述天线的输入阻抗特性。
在本发明的所述天线装置中，所述导体包括在其横向方向上划分的多个导体片、以及用于连接所述多个导体片的第三开关。
通过这些配置，可以改变所述第一金属导体的横向电长度。从而，当所述开关被断路时，可以调整所述天线的方向性。
本发明的所述天线装置包括由电介质材料形成的所述第一基板。
通过该配置，可以借助由所述电介质基板的介电常数引起的波长缩短效应来缩短所述辐射元件的电长度。因而，可以尝试将所述天线微型化。
本发明的所述天线装置包括由发泡材料形成的所述第一基板。
通过该配置，以这样的方式形成所述第一金属导体之类，使得它可以经历压片处理。将这样加工成形的第一金属导体固定到所述发泡材料，从而能够以非常廉价的方式制造方向性切换天线。
在本发明的所述天线装置中，所述第一开关包括在多个位置上用于将所述接地导体连接到所述第一金属导体的多个开关。
在本发明的所述天线装置中，相对于与所述辐射元件正交、包括其馈电点的平面以对称的样式提供所述多个第三开关。
在本发明的所述天线装置中，相对于与所述辐射元件正交、包括其馈电点的平面以不对称的样式提供所述多个第三开关。
在本发明的所述天线装置中，所述第三开关将所述接地导体连接到位于所述辐射元件上最大电压位置的周边的反面的位置处的所述第一金属导体。
这些配置消除了将整个所述接地导体连接到整个所述第一金属导体的必要性。可以通过使用所需最少的开关来切换方向性。此外，在相对于所述辐射元件的纵向方向不对称的位置处短路所述开关，从而方向性的三维切换变得可行。
本发明的所述天线装置包括由导体图案形成在所述第一基板上的所述辐射元件。
通过该配置，可以整体地制造所述辐射元件和所述基板，从而可以实现廉价的生产。进一步，也可以尝试实现更稳定的特性。
本发明的所述天线装置包括由导体图案形成在所述第一基板上的所述接地导体。
通过该配置，可以整体地制造所述接地导体和所述基板，从而可以实现廉价的生产。进一步，也可以尝试实现更稳定的特性。
本发明的所述天线装置包括这样排列的所述辐射元件和所述接地导体，使得所述辐射元件与所述第二接地导体之间的间隔变得大于所述第一基板的厚度。
通过该配置，可以确保所述辐射元件与所述接地导体之间的距离。因而，可以避免发生所述辐射元件的输入阻抗的下降，并可以轻松地实现与所述馈电部件的匹配。
本发明的所述天线装置包括沿相对于所述第一基板的水平方向折叠的所述辐射元件。
通过该配置，可以增强所述辐射元件的输入阻抗。即使在所述接地导体被置于所述辐射元件的极点附近而导致所述输入阻抗降低时，也可以轻松地实现与所述馈电部件的匹配。
在本发明的所述天线装置中，所述辐射元件具有包含沿相对于所述基板的垂直方向折叠的结构的偶极配置，而且所述辐射元件包括位于所述第一基板上的下部导体、位于所述下部导体的两端沿相对于所述第一基板的竖直方向的折叠部分、以及布置用于连接所述折叠端的末端的上部导体。
通过该配置，能够以三维折叠的方式安排所述辐射元件。从而，增加了所述天线的设计自由度的程度，并可以减少安装所述天线所使用的区域。
所述天线装置进一步包括在所述第一基板上提供的第二基板，其中，所述下部导体介于所述第一与第二基板之间；提供所述折叠部分使得其穿透所述第二基板；而且在所述第二基板上提供所述上部基板。
通过该配置，可以借助将基板制成多层结构来形成具有折叠结构的辐射元件。因而，可以更廉价地制造所述天线装置，并可以使所述特性更稳定。
所述天线装置进一步包括所述第一基板上的电介质块，其中，将所述下部导体、所述折叠部分、以及所述上部导体提供在所述电介质块上和/或所述电介质块中。
通过该配置，能够在由高电介质材料制成的所述电介质块中以三维折叠的方式安排所述辐射元件和/或所述寄生元件。从而，增加了所述天线的设计自由度的程度，并可以使得安装所述天线所使用的区域非常小。此外，可以生产具有方向性切换功能的电介质天线。
在本发明的所述天线装置中，可以将所述辐射元件形成为线状偶极子。
根据该配置，可以非常简单地制造所述辐射元件。
在本发明的所述天线装置中，可以将所述辐射元件形成为具有曲折线形状的偶极子。
通过该配置，可以使得所述辐射元件非常小。
在本发明的所述天线装置中，所述第一和第二开关由二极管开关形成。
在本发明的所述天线装置中，所述第一和第二开关由FET开关形成。
在本发明的所述天线装置中，所述第一和第二开关由MEMS开关形成。
通过这些配置，可以用非常简单的配置来实现所述开关。进一步，可以通过使用所述MEMS技术使得所述开关非常紧凑。因而，可以尝试将所述天线微型化。
本发明的一种无线终端，包括本发明的所述天线装置；用于借助所述天线装置收发无线电波的收发部件；用于切换所述天线装置的方向性的天线方向性切换部件；以及用于控制各个部件的控制部件，其中，所述控制部件通过促使所述天线方向性切换部件切换所述天线装置的方向性、以及促使所述收发部件接收无线电波，来控制所述天线方向性切换部件、以及所述收发部件，使得其方向性已经根据检测到的无线电波强度被确定为表现出优越的接收灵敏度的所述天线装置执行发送和接收。
在本发明的所述无线终端中，所述控制部件执行控制操作，以促使所述天线装置在接收状态中执行分集接收操作，并促使所述天线装置在发送状态中以在接收状态中使用的所述方向性执行发送。
通过该配置，即使在多径环境中也可以借助切换单个天线的方向性来执行分集接收。因而，可以实现高质量的通信。
在本发明的所述无线终端中，所述控制部件执行控制操作，以促使所述天线装置在接收状态中执行分集接收操作，并促使所述天线装置在发送状态中以这样的方向性执行发送，在其中所述天线装置的最大辐射方向沿与从所述无线终端到该无线终端的用户的方向相反的方向取向。
通过该配置，即使在多径环境中也可以借助切换单个天线的方向性来执行分集接收。因而，可以实现高质量的通信。附带地，在发送期间，所述天线的方向性并不朝向使用所述无线终端的用户。因此，可以增强SAR。
本发明的优点根据本发明的所述天线装置以及使用该天线装置的所述无线终端，可以借助短路和断路开关而在背面方向与顶部方向之间切换所述天线的方向性。即使在语音通信和数据通信的情况下所述无线终端的使用模式改变时，也能改变所述天线的方向性以对所述使用模式最佳，从而可以实现高质量的通信。
图1是根据本发明的第一实施例的方向性切换天线的示意图；图2是用于切换根据本发明的第一实施例的所述方向性切换天线的方向性的操作的原理；图3(a)是根据本发明的第一实施例的所述方向性切换天线在G＝D时得到的截面图；以及图3(b)是根据本发明的第一实施例的所述方向性切换天线在G＝D时切换所述开关所取得的方向性；图4(a)是根据本发明的第一实施例的所述方向性切换天线在G≤0时得到的截面图；以及图4(b)是根据本发明的第一实施例的所述方向性切换天线在G≤0时短路所述开关所取得的方向性；图5(a)是根据本发明的第一实施例的所述方向性切换天线在G＝D/4时得到的截面图；以及图5(b)是根据本发明的第一实施例的所述方向性切换天线在G＝D/4时切换所述开关所取得的方向性；图6(a)是根据本发明的第一实施例的所述方向性切换天线在G＝D/2时得到的截面图；以及图6(b)是根据本发明的第一实施例的所述方向性切换天线在G＝D/2时切换所述开关所取得的方向性；图7(a)是根据本发明的第一实施例的所述方向性切换天线在G＝3/4×D时得到的截面图；以及图7(b)是根据本发明的第一实施例的所述方向性切换天线在G＝3/4×D时切换所述开关所取得的方向性；图8(a)是根据本发明的第一实施例的所述方向性切换天线在G＝19/20×D时得到的截面图；以及图8(b)是根据本发明的第一实施例的所述方向性切换天线在G＝19/20×D时切换所述开关所取得的方向性；图9是根据本发明的第一实施例的所述方向性切换天线在0≤G＜D时切换所述开关所取得的最大辐射方向切换角度；图10是示出在语音会话期间得到的无线终端与用户之间的示例位置关系的视图；图11是示出在数据通信期间得到的无线终端与用户之间的示例位置关系的视图；图12是示出在语音会话和数据通信期间所述天线取得的示例辐射方向性特性的视图；图13是根据本发明的第二实施例的方向性切换天线的示意图；图14是根据本发明的第二实施例的方向性切换天线的示意图；图15是根据本发明的第三实施例的方向性切换天线的示意图；图16是示出关于本发明的第三实施例的开关的切换操作与天线的方向性之间的关系的视图；图17是示出根据本发明的第四实施例的方向性切换天线的示意图；图18是示出根据本发明的第四实施例的具有在X-Y平面内折叠的结构的辐射元件的示例配置的视图；图19是示出根据本发明的第四实施例的具有在Y-Z平面内折叠的结构的辐射元件的示例配置的视图；图20是使用具有本发明的第四实施例的其中一种折叠结构的辐射元件的所述方向性切换天线的示意图；图21是根据本发明的第四实施例的使用具有多层结构的电介质基板的所述方向性切换天线的示意图；图22是根据本发明的第四实施例的使用电介质块的方向性切换天线的示意图；图23是根据本发明的第五实施例的无线终端的示意图；图24是根据本发明的第六实施例的方向性切换天线的示意图；图25是用于切换根据本发明的第六实施例的所述方向性切换天线的方向性的操作的原理；图26是根据本发明的第六实施例的所述方向性切换天线的示例配置；图27(a)是根据本发明的第六实施例的所述方向性切换天线在所述开关被切换时得到的方向性；以及图27(b)是示出当根据本发明的第六实施例的所述方向性切换天线的第一金属导体的长度被改变时取得的示例方向性的视图；图28是根据本发明的第六实施例的所述方向性切换天线的示例配置；图29(a)是根据本发明的第六实施例的所述方向性切换天线在所述开关被切换时得到的方向性；以及图29(b)是示出当根据本发明的第六实施例的所述方向性切换天线的第一金属导体的长度被改变时取得的示例方向性的视图；图30是示出在语音会话期间得到的无线终端与用户之间的示例位置关系的视图；图31是示出在数据通信期间得到的无线终端与用户之间的示例位置关系的视图；图32是示出在语音会话和数据通信期间所述天线取得的示例辐射方向性特性的视图；图33是根据本发明的第六实施例的所述方向性切换天线的示例配置；图34是根据本发明的第七实施例的方向性切换天线的示意图；图35是根据本发明的第七实施例的方向性切换天线中相对于辐射元件的纵向方向对称地布置的开关的方向性。
图36是根据本发明的第七实施例的方向性切换天线中相对于辐射元件的纵向方向不对称地布置的开关的方向性。
图37是根据本发明的第八实施例的方向性切换天线的示意图；图38是示出关于本发明的第八实施例的开关的切换操作与天线的方向性之间的关系的视图；图39是示出根据本发明的第九实施例的方向性切换天线的示意图；图40是示出具有在根据本发明的第九实施例的方向性切换天线的X-Y平面内的折叠的结构的辐射元件的示例配置的视图；图41是示出具有在根据本发明的第九实施例的方向性切换天线的Y-Z平面内的折叠的结构的辐射元件的示例配置的视图；图42是示出根据本发明的第九实施例的、使用具有在Y-Z平面内折叠的结构的辐射元件的所述方向性切换天线的示意图；图43是根据本发明的第九实施例的使用具有多层结构的电介质基板的所述方向性切换天线的示意图；图44是根据本发明的第九实施例的使用电介质块的所述方向性切换天线的示意图；图45是根据本发明的第十实施例的无线终端的示意图；图46是专利文献1的现有技术的方向性切换天线的示意图；图47是专利文献2的现有技术的方向性切换天线的示意图；图48是专利文献3的现有技术的方向性切换天线的示意图；图49是专利文献3的所述现有技术的方向性切换天线的方向性；图50是专利文献4的现有技术的方向性切换天线的示意图；图51是专利文献4的所述现有技术的方向性切换天线的方向性。
引用数字说明1方向性切换天线2电介质基板
3辐射元件4馈电点5第一接地导体6寄生元件7开关8第二接地导体9末端部分10控制电路11用户12无线终端13显示部件14操作部件15辅助元件16反射器17寄生元件18开关19末端部分20辐射元件21下部导体22折叠部分23上部导体24电介质基板25电介质块26收发部件27控制部件28天线方向性切换部件29、30控制信号101寄生元件102馈电元件103辅助元件104控制元件
111底板112天线元件113至116寄生元件117至120电介质基板201方向性切换天线202电介质基板203辐射元件204馈电点205接地导体206第一金属导体207a、207b开关208末端部分209控制电路210用户211无线终端212显示部件213操作部件214导体片215二极管开关216辐射元件217下部导体218折叠部分219上部导体220电介质基板221电介质块222收发部件223控制部件224天线方向性切换部件225、226控制信号227第二金属导体301天线元件
302匹配电路303接收电路304接收电场强度比较器305控制电路306、307接地金属导体308高频开关311天线312天线元件313、314天线反射器315模壳具体实施方式
以下将参照附图对本发明的实施例的天线装置、以及使用它们的无线终端进行详细说明。
(第一实施例)图1是根据本发明的第一实施例的方向性切换天线的示意图。图1(a)是透视图，而图1(b)是沿图1(a)中示出的线A-A’得到的截面图。
方向性切换天线装置1包括厚度为“t”的电介质基板2；由提供在电介质基板2上的线状导体形成的并且长度为L的辐射元件3；馈电点4；第一接地导体5，与辐射元件3共面、提供在电介质基板2上；长度为Ld(＜L)的寄生元件6，与辐射元件3共面、提供在电介质基板2上，并基本平行于辐射元件3；开关7，介于第一接地导体5与寄生元件6之间；第二接地导体8，在提供辐射元件3的表面的反面、电介质基板2的表面上提供；第二接地导体8的末端部分9；以及用于控制开关7的短路和断路的控制电路10。
将假定辐射元件3、第一接地导体5、寄生元件6、以及第二接地导体8由导体图案形成在电介质基板2上而进行描述。将这些元件形成在电介质基板2上带来以下优点能够通过借助改变介电常数带来的波长缩短效应而将所述天线装置微型化，另外所述天线装置变得廉价、易于大规模生产、而且天线特性稳定。
现在将对根据本发明的第一实施例的所述方向性切换天线装置的操作进行说明。从馈电点4馈电的高频信号从辐射元件3辐射到空中。本发明中，辐射元件3被描述为具有偶极配置。图2示出本发明的方向性切换操作的原理。当如图2(a)的(1)中所示在辐射元件3周围未布置接地导体时，所述天线的方向性如图2(b)的(1)中所示在XZ平面内变为全方向的。
第一接地导体5和寄生元件6与辐射元件3共面提供。借助从控制电路10输出的控制信号将开关7短路，从而将第一接地导体5与寄生元件6相互电导通。也即，辐射元件3如图2(a)的(2)中所示被所述接地导体围绕。如图2(b)的(2)中所示，所述天线表现出其中最大辐射出现在±Z方向上的方向性。进一步，当通过从控制电路10输出的所述控制信号将开关7断路时；也即，当如图2(a)的(3)中所示将围绕辐射元件3的部分从所述接地导体分离开时，寄生元件6担当导向器。如图2(b)的(3)中所示，所述天线变为单向的并表现出在+X方向上的最大辐射。也即，可以借助短路或断路开关7而以大约90°切换所述天线的方向性。
然而，如图2(a)的(2)中所示，根据上面的配置，当开关7保持被短路时，所述天线变为双向的，并表现出在±Z方向上的最大辐射。当仅将(2)的导体图案置于所述无线终端的电介质基板2上时，在朝向所述人体的-Z方向(也即，与背面相反的方向)上也出现辐射场，这反过来引起SAR的恶化。因此，如图1中所示，在辐射元件3的反面、电介质基板2的表面上提供第二接地导体8。在开关7保持被短路的情形下，朝向所述人体的-Z方向上的辐射场被阻挡，从而实现在+Z方向上的单向性。将详细说明第二接地导体8的所述安排对所述天线的方向性切换的影响。
图1(b)中，将X轴方向上辐射元件3与寄生元件6之间的间隔取为D。将X轴方向上辐射元件3与第二接地导体8的末端部分9之间的间隔取为G。此时，从图3(a)中示出的本发明的第一实施例的所述方向性切换天线在G＝D时得到的截面图可以看出，当使得所述间隔G等于或稍微长于所述间隔D时，在短路或断路开关7时取得基本相等的方向性。
图3(b)是根据本发明的第一实施例的所述方向性切换天线在G＝D时切换所述开关所取得的方向性。通过参照图3(b)，可以发现开关7的拔动动作未能切换所述天线的方向性。这表明，作为将第二接地导体8提供在寄生元件6下面的结果，寄生元件6不作为导向器工作。
在图4(a)中示出的本发明的第一实施例的所述方向性切换天线装置在假定间隔G为负值G≤0时得到的截面图的情况下，第二接地导体8并不位于辐射元件3下面。因而，在开关7保持短路的状态下，电磁波同样沿-Z方向强烈辐射。图4(b)是示出本发明的第一实施例的所述方向性切换天线在G≤0时短路所述开关所取得的方向性的视图，而且分别示出在间隔G为-2mm、-1mm、以及0mm时短路开关7所取得的方向性。根据图4(b)，当间隔G采用值-2mm和-1mm时，可以理解，具有与沿+Z方向发射的电磁波基本相同的强度的电磁波同样沿-Z方向辐射。当间隔G为0mm，可以理解，与沿+Z方向发射的辐射场相比，沿-Z方向发射的辐射场被抑制大约5dB。
在图5(a)中示出的本发明的第一实施例的所述方向性切换天线装置在G＝D/4时得到的截面图的情况下，第二接地导体8的末端部分9被安排在沿X轴方向、介于辐射元件3与寄生元件6之间；也即，间隔G满足关系式0≤G＜D，借此拨动开关7，从而实现期望的方向性切换操作。作为示例，图5(b)示出所述方向性切换天线在短路和断路开关7时在频率F上所取得的方向性，其中满足条件将长度为L＝0.7λ的辐射元件3布置在具有介电常数3.8且厚度“t”为0.03λ的电介质基板2上；将长度为Ld＝0.6λ的寄生元件6布置在隔开辐射元件3距离为D＝0.13λ的位置；以及辐射元件3与第二接地导体8的末端部分之间沿X轴方向的间隔G采用D/4。根据图5(b)，可以理解，借助开关7的切换动作将所述天线的方向性以大约90°改变。
为了促使寄生元件6作为导向器工作，最优地将辐射元件3与寄生元件6之间的间隔D增加到大约0.25λ的值。但是，作为增加间隔D的结果所述天线的尺寸会变得更大。因而，在本实施例的情况下，可以不将间隔D增加到大约0.25λ的值而切换方向性。调整寄生元件6的长度使得其在开关7断路时担当导向器。然而例如，只要配置寄生元件6使得其长度可变，则也可以借助调整所述导向器的电抗分量来改变方向性。用于改变寄生元件6的长度的方法可以包括将寄生元件6划分为多个导体片；在所述导体片之间放置开关7；以及借助短路/断路开关7来改变寄生元件6的长度，或者可以包括向寄生元件6添加诸如变容二极管的可变电容元件，从而依照控制电压来电调节所述寄生元件的长度。
尽管图5(b)示出在间隔G＝D/4时切换所述开关所取得的方向性，图6至8示出另一个示例，其中间隔G满足关系式0≤G＜D。图6(a)是根据本发明的第一实施例的所述方向性切换天线在G＝D/2时得到的截面图，而图6(b)示出根据本发明的第一实施例的所述方向性切换天线在G＝D/2时切换所述开关所取得的方向性。图7(a)是根据本发明的第一实施例的所述方向性切换天线在G＝3/4×D时得到的截面图，而图7(b)示出根据本发明的第一实施例的所述方向性切换天线在G＝3/4×D时切换所述开关所取得的方向性。图8(a)是根据本发明的第一实施例的所述方向性切换天线在G＝19/20×D时得到的截面图，而图8(b)示出根据本发明的第一实施例的所述方向性切换天线在G＝19/20×D时切换所述开关所取得的方向性。除了图6至8中示出的间隔G之外的数值与图5(a)中所采用的一样。根据图6(b)、7(b)、以及8(b)，可以确认借助开关7的拨动动作而以大约90°切换方向性。
图9示出根据本发明的第一实施例的所述方向性切换天线装置在-D/2≤G＜D范围切换所述开关所取得的方向性切换角度。水平轴代表G/D比率，而垂直轴代表方向性切换角度，所述方向性切换角度指出在所述开关切换期间取得最大辐射方向的切换角度。如图5至8所示，图9示出当G/D从0到1变化时所述方向性切换角度处于大约90°附近，而且只要G/D从0到1变化就可以切换方向性。同时还确认，当G/D接近1，即使已经拔动开关7也不能切换所述天线的方向性。这说明，当靠近寄生元件6的下部部分放置第二接地导体8时，寄生元件6不再担当导向器。而且，即使G/D在0附近，所述方向性切换角度仍在90°附近。这时，如在图4(b)中所示的在G＝0mm时短路所述开关所取得的所述方向性所指示的，与沿+Z方向的辐射场相比，所述辐射场被抑制了。但是，所述辐射场同样也向-Z方向发射。因此最优的是，将间隔G设置在0＜G＜D的范围内，排除所述间隔达到0或D的范围。该图表明，当不考虑所述辐射场沿-Z方向的发射时，可以借助将所述间隔设置在-D/4＜G＜D的范围内来切换方向性。
将详细说明在语音会话期间以及数据通信期间得到的所述用户与所述无线终端之间的位置关系。图10示出在语音会话期间得到的所述无线终端与所述用户之间的示例位置关系。图11示出在数据通信期间得到的所述无线终端与所述用户之间的示例位置关系。当执行语音会话时，假定在用户11与无线终端12之间存在如图10中所示的位置关系。当执行数据通信时，假定在用户11与无线终端12之间存在如图11中所示的位置关系。
在语音会话期间，用户11使用无线终端12时将其置于所述用户头部侧面的附近。在数据通信期间，用户11一般通过使用操作部件14执行操作，同时确认显现在无线终端12的显示部件13上的消息。于是，如图12中所示，在语音会话期间，最好对无线终端12中提供的所述天线的方向性进行切换，使得所述天线的方向性取得的最大辐射方向向着无线终端12的背面取向(也即，与显示部件13的显示表面相反的方向)。此外，在数据通信期间，最好对方向性进行切换，使得所述天线的方向性取得的最大辐射方向朝向无线终端12的顶部方向(也即，相对于显示部件13的显示表面的水平方向且为所显示消息的上部方向)。
由于无线终端12具有这样的方向性切换功能，源自所述天线的辐射场不朝向用户11，这进而导致SAR的改善以及对增强天线增益的期待。因此，将方向性切换天线1置于无线终端12中，使得将图12中的所述顶部方向分配到X方向，而且使得所述背面方向分配到Z方向，从而可以在语音会话和数据通信期间获得期望的方向性特性。
如上，将第一接地导体5和寄生元件6提供在置于电介质基板2上的辐射元件3周围并与其共面。将开关7置于第一接地导体5与寄生元件6之间。在辐射元件3之下提供第二接地导体8，而电介质基板2介于其之间。在这样的结构中，第二接地导体8的末端部分9位于辐射元件3与寄生元件6之间。进一步，通过使用控制电路10拨动开关7，从而以大约90°切换所述天线的方向性。因而，具备这样的优点，可以实现根据无线终端的使用模式来切换方向性的天线装置。
进一步，通过使用根据所述实施例描述的所述方向性切换天线来配置无线终端。结果，根据所述无线终端的使用模式来切换所述天线的方向性，从而增强所述无线终端的性能。于是，可以提供非常可靠的无线通信系统。
本实施例已经描述过在电介质基板2上用导体图案形成辐射元件3。但是，辐射元件3也可以由诸如电线的线状导体或借助压片形成。
本实施例已经描述过辐射元件3被形成为线状偶极子。但是，辐射元件3并不限于线状偶极子，也可以被形成为例如曲折线。
本实施例已经描述过假定将辐射元件3、第一接地导体5、寄生元件6、以及第二接地导体8形成在电介质基板2上。但是，并不总是需要使用所述电介质基板。例如，将辐射元件3、寄生元件6、第一接地导体5、以及第二接地导体8之类借助压片而形成，并可以借助发泡剂来固定所述组成元件。
本实施例已经描述过在与形成辐射元件3的电介质基板2表面相反的电介质基板2的面上用导体图案形成第二接地导体8。例如，可以不将所述第二接地导体提供在电介质基板2上，而是将其提供在离开电介质基板2给定距离的无线终端12的外壳上。借助这样的配置带来以下优点能够充分确保在辐射元件3与第二接地导体8之间的间隔，而且能够容易地实现所述天线的匹配。
本发明未具体描述开关7的配置。但是，可以使用二极管开关、FET开关、MEMS开关之类。
(第二实施例)图13是根据本发明的第二实施例的方向性切换天线的示意图。图13(a)是透视图，而图13(b)是沿图13(a)中所示的线A-A’得到的截面图。在图13中，方向性切换天线装置包括辅助元件15。在其它方面，第二实施例与第一实施例相同，因而略去其解释。
现在将对根据本发明的第二实施例的所述方向性切换天线装置的操作进行说明。该天线装置的基本操作与根据第一实施例所描述的相同，因而略去其解释。在寄生元件6的两端提供辅助元件15，而开关7介于寄生元件6与辅助元件15之间。关于辅助元件15，设置在短路开关7时取得的寄生元件6和辅助元件15的总长度，使得寄生元件6担当相对于辐射元件3的反射器。借助这样的配置，当已断路开关7时，寄生元件6担当导向器，而方向性沿+X方向取向。当已短路开关7时，寄生元件6担当反射器，而方向性沿+Z方向取向。因而，带来当用接地导体覆盖辐射元件3的周围时取得的所述优点。
如上，将辅助元件15置于寄生元件6的两端。利用控制电路10拨动开关7从而将寄生元件6在所述导向器与所述反射器之间切换，进而可以以大约90°切换所述天线的方向性。因而，带来这样的优点，能够实现根据使用模式来切换方向性的天线装置。
另外，通过使用根据本实施例描述的所述方向性切换天线装置来配置无线终端。于是，根据所述使用模式来切换所述天线的方向性，从而增强所述无线终端的性能。因此，可以提供非常可靠的无线通信系统。
本实施例已经描述过在电介质基板2上用导体图案形成辐射元件3。但是，辐射元件3也可以由诸如电线的线状导体或借助压片形成。
本实施例已经描述过辐射元件3被形成为线状偶极子。但是，辐射元件3并不限于线状偶极子，也可以被形成为例如曲折线。
本实施例已经描述过将第一接地导体5置于辐射元件3的-X方向。如图14中所示，即使在第一接地导体5的位置使用反射器16也能带来同样的优点。
本实施例已经描述过假定将辐射元件3、第一接地导体5、寄生元件6、第二接地导体8、以及辅助元件15形成在电介质基板2上。但是，并不总是需要使用所述电介质基板。例如，将辐射元件3、寄生元件6、接地导体5、8、辅助元件15之类借助压片而形成，并可以借助发泡剂来固定所述组成元件。
本实施例已经描述过在与形成辐射元件3的电介质基板2表面相反的电介质基板2的面上用导体图案形成第二接地导体8。例如，可以不将所述第二接地导体提供在电介质基板2上，而是将其提供在离开电介质基板2给定距离的无线终端12的外壳上。借助这样的配置带来以下优点能够充分确保在辐射元件3与第二接地导体8之间的间隔，而且能够容易地实现所述天线的匹配。
本发明未具体描述开关7的配置。但是，可以使用二极管开关、FET开关、MEMS开关之类。
(第三实施例)图15是根据本发明的第三实施例的方向性切换天线的示意图。图15(a)是透视图，而图15(b)是沿图15(a)中所示的线A-A’得到的截面图。图15中，方向性切换天线装置1包括辅助元件15、寄生元件17、开关18、以及第二接地导体6朝向寄生元件17的部分上的末端部分19。在其它方面，本实施例与第一实施例相同，因而略去其解释。
现在将对根据本发明的第三实施例的方向性切换天线装置1的操作进行说明。该天线装置的基本操作与根据第一实施例所描述的相同，因而略去其解释。在寄生元件6的两端提供辅助元件15，而开关7介于寄生元件6与辅助元件15之间。关于辅助元件15，设置在短路开关7时取得的寄生元件6和辅助元件15的总长度，使得寄生元件6担当相对于辐射元件3的反射器。
代替第一接地导体5，提供与寄生元件6长度相等的寄生元件17。同样在寄生元件17的两端提供辅助元件15。开关18介于寄生元件17与辅助元件15之间。使辐射元件3与寄生元件17之间的间隔等于辐射元件3与寄生元件6之间的间隔。另外，还使辐射元件3与末端部分19(在第二接地导体8沿-X轴方向朝向寄生元件17的部分上)之间的间隔G等于辐射元件3与末端部分9(在第二接地导体8沿+X轴方向朝向寄生元件6的部分上)之间的间隔G。特别地，在包括辐射元件3的YZ平面内得到对称的结构。
此时，利用控制电路10控制开关7、18，从而切换方向性。将提供这方面的详细说明。图16示出开关7、18的短路/断路动作与所述天线的方向性之间的关系。当所述开关7、18已被短路时，寄生元件6、17担当反射器。因而，所述天线的方向性取向为图11中的+Z方向。
接着，当开关7短路而开关18断路时，寄生元件6担当反射器，而寄生元件17担当导向器。因而，所述天线的方向性取向为图15中的-X方向。接着，当开关7断路而开关18短路时，使得寄生元件6担当导向器，而寄生元件17担当反射器。从而，所述天线的方向性取向为图15中的+X方向。当开关7、18均断路时，寄生元件6、17担当导向器。关于所述天线的方向性，所述最大辐射方向为+Z方向。但是，获得基本上全方向的特性。
如上所述，将辅助元件15置于寄生元件6、17的每一个的两端。进一步，利用控制电路10控制寄生元件6、17使得，借助开关7、18的切换动作，将寄生元件6切换为所述导向器而将寄生元件17切换为所述反射器，从而可以在±X方向和±Z方向以90°间隔切换所述天线的方向性。带来如下的优点能够实现这样的天线装置，其根据所述无线终端的使用模式，即使当所述无线终端在例如数据通信期间被放置使得所述辐射方向朝向所述用户时，也能够选择与朝向所述用户的方向相反的±X方向，从而切换方向性。
通过使用本实施例中描述的所述方向性切换天线来配置无线终端，可以借助根据使用模式而切换所述天线的方向性来增强所述无线终端的性能。因此，可以提供非常可靠的无线通信系统。
本实施例已经描述过在电介质基板2上用导体图案形成辐射元件3。但是，辐射元件3也可以由诸如电线的线状导体或借助压片形成。
本实施例已经描述过辐射元件3被形成为线状偶极子。但是，辐射元件3并不限于线状偶极子，也可以被形成为例如曲折线。
本实施例已经描述过假定将辐射元件3、寄生元件6和17、第二接地导体8、以及辅助元件15形成在电介质基板2上。但是，并不总是需要使用所述电介质基板。例如，将辐射元件3、寄生元件6和17、接地导体8、辅助元件15之类借助压片而形成，并可以借助发泡剂来固定所述组成元件。
本实施例已经描述过在与形成辐射元件3的电介质基板2表面相反的电介质基板2的面上用导体图案形成第二接地导体8。例如，可以不将所述第二接地导体提供在电介质基板2上，而是将其提供在离开电介质基板2给定距离的无线终端12的外壳上。借助这样的配置带来以下优点能够充分确保在辐射元件3与第二接地导体8之间的间隔，而且能够容易地实现所述天线的匹配。
本实施例未具体描述开关7的配置。但是，可以使用二极管开关、FET开关、MEMS开关之类。
(第四实施例)图17是根据本发明的第四实施例的方向性切换天线的示意图。图17(a)是透视图，而图17(b)是沿图17(a)中所示的线A-A’得到的截面图。图17中，方向性切换天线装置1包括具有折叠结构的辐射元件20。在其它方面，本实施例与第一实施例相同，因而略去其解释。
现在将对根据本发明的第四实施例的所述方向性切换天线装置的操作进行说明。例如，图1中，辐射元件3与第二接地导体8彼此被电介质基板2的厚度“t”隔开；也即，0.008λ。当如上面提到的将接地导体8置于辐射元件3的极点附近时，辐射元件3的输入阻抗变得比不将接地导体8置于辐射元件3的极点附近的情况下小得多。
在辐射元件20的情况下借助提供具有折叠结构的辐射元件3，可以增加所述辐射元件的阻抗。例如，图18(b)中所示的双折叠偶极天线的输入阻抗是图18(a)中所示的普通偶极天线的输入阻抗的四倍。图18(c)中所示的三折叠偶极天线的输入阻抗是所述普通偶极天线的输入阻抗的八倍。作为如图17所示使用具有折叠结构的辐射元件20的结果，可以增加在馈电点4取得的所述天线的输入阻抗，这便于使用基于50Ω的微带线或同轴线来匹配所述天线。
如上，提供具有折叠结构的辐射元件20，并利用控制电路10拨动开关7。结果，带来如下的优点能够实现这样的天线装置，其增加所述天线的输入阻抗，从而在以大约90°切换所述天线的方向性时帮助匹配，并根据所述无线终端的使用模式切换方向性。
另外，使用根据本实施例描述的所述方向性切换天线装置来配置无线终端。可以根据使用模式而切换所述天线的方向性，从而增强所述无线终端的性能。因此，可以提供非常可靠的无线通信系统。
本实施例已经描述过在电介质基板2上用导体图案形成辐射元件20。但是，辐射元件20也可以由诸如电线的线状导体或借助压片形成。
本实施例已经描述过辐射元件3被形成为线状偶极子。但是，辐射元件3并不限于线状偶极子，也可以被形成为例如曲折线。
本实施例已经描述过假定将辐射元件20、第一接地导体5、寄生元件6、以及第二接地导体8形成在电介质基板2上。但是，并不总是需要使用所述电介质基板。例如，将辐射元件20、寄生元件6、接地导体5、8之类借助压片而形成，并可以借助发泡剂来固定所述组成元件。
本实施例已经描述过在与形成辐射元件20的电介质基板2表面相反的电介质基板2的面上用导体图案形成第二接地导体8。例如，可以不将所述第二接地导体提供在电介质基板2上，而是将其提供在离开电介质基板2给定距离的无线终端12的外壳上。借助这样的配置带来以下优点能够充分确保在辐射元件3与第二接地导体8之间的间隔，而且能够容易地实现所述天线的匹配。
本实施例中，将辐射元件3、20形成为XY平面内的二维结构。但是，辐射元件3、20并不限于此结构。例如如图19(a)和19(b)中所示，可将辐射元件3、20形成为其中所述辐射元件的末端被折叠的结构。借助这样的折叠结构，可以缩短所述天线长度，并可以将所述天线微型化。
现在将描述用于制造如图19(a)和19(b)中所示的在YZ平面内折叠的天线的方法。如图20中所示，以最简单的方式制造天线的方法是通过压片处理制造天线。借助压片处理可以完整地形成组成辐射元件的全部下部导体21、折叠部分22、以及上部导体23。或者可以选择，可以预先在电介质基板2上用导体图案形成下部导体21，而仅有折叠部分22和上部导体23借助压片处理来形成。
如图21中所示，除了压片处理之外还可以采用另一种制造方法；例如，在电介质基板2上新放置电介质基板24；用介于电介质基板2、24之间的平板(planer)导体图案形成下部导体21；用电介质基板24朝向电介质基板2的表面反面的表面上的导体图案形成上部导体23；用穿过电介质基板24的通孔等形成折叠部分22；并将下部导体21电连接到上部导体23。
通过采用这样的配置，可以用多层基板制造所述方向性切换天线装置。如图22中所示，下部导体21、折叠部分22、以及上部导体23的每一个可以用由诸如陶瓷之类的高电介质材料制成的电介质块25上的图案形成。借助该配置，可以很大程度上将所述天线装置微型化。进一步，在电介质块25上用图案形成寄生元件6和接地导体5，从而可以制造具有方向性切换功能的电介质天线。
(第五实施例)图23是根据本发明的第五实施例的无线终端的示意图。图23中，无线终端12包括设置到执行数据通信和语音会话的频率范围的收发部件26、控制部件27、以及天线方向性切换部件28。
现在将对根据本发明的本实施例的所述无线终端的操作进行说明。例如，当在室内使用所述无线终端时，由于诸如墙壁的障碍的原因假定为多径环境。在这样的状况下，所述天线可以借助分集接收操作应对所述多径环境。普通的分集接收操作是通过以空间隔离的方式放置多个天线来实现的。但是，使用多个天线导致安装所述天线所需的区域增加，而且还需要用于安装天线转换器(switch)的区域，该天线转换器用于选择所述多个天线其中任何一个。
通过使用根据第一至第四实施例所描述的方向性切换天线1，在将安装所述天线所需的区域维持在安装单个天线所需的区域的同时，可以实现方向性的分集接收。对这一点做详细的说明。
图23中，无线终端12由方向性切换天线1、收发部件26、控制部件27、以及天线方向性切换部件28形成。利用这样的配置，在接收操作期间，由方向性切换天线1接收的高频信号在收发部件26中经历频率转换和解调，而所如此转换和解调的信号被发送到控制部件27。这时，控制部件27监视接收到的功率的增加(作为方向性切换天线1已经切换的所述方向性的结果)，并向天线方向性切换部件28发送控制信号29，以便取得在其上达到最大接收功率的所述天线的方向性。基于由控制部件27输出的控制信号29，天线方向性切换部件28确定在其上达到较高的接收灵敏度的方向性；并发送控制信号30以切换方向性切换天线1的方向性，以便获得较高的接收灵敏度。借助控制信号30，切换所述方向性切换天线1以便得到期望的方向性。同时，在发送操作期间，由控制部件27发送的信号在收发部件26中经历调制和频率转换，并从方向性切换天线1发送所述如此调制和转换的信号。这时，使用在接收操作期间所选择的方向性作为方向性切换天线1的方向性。
如上，所述无线终端由方向性切换天线1、收发部件26、控制部件27、以及天线方向性切换部件28形成。可以通过单个天线执行分集接收，从而带来这样的优点，能够实现紧凑、高性能的无线终端。
本发明已经描述，在发送操作期间，以与在接收操作期间采用的相同的方向性使用方向性切换天线1。但是，本发明并不限于此实施例。在接收操作期间，通过使用方向性切换天线1执行分集接收。在发送期间，可以设置使得源自所述方向性切换天线的辐射场不朝向使用无线终端12的用户11传播。例如，可以采用这样的配置在发送期间将方向性切换天线1的方向性最大发射方向固定在无线终端12的背面方向；并且在数据通信期间，在发送时将方向性切换天线1的方向性最大发射方向固定在无线终端12的顶部方向。
本实施例已经描述了使用根据第一至第四实施例所描述的方向性切换天线1的无线终端12。但是，本发明并不限于所述实施例。可以使用任何配置的天线装置，只要能够以大约90°在相对于无线终端12的顶部方向(也即，相对于显示部件13的显示表面的水平方向，而且为关于显示的消息的向上的方向)与背面方向(与显示部件13的显示表面相反的方向)之间切换所述天线的方向性。
(第六实施例)图24是根据本发明的第六实施例的方向性切换天线的示意图。图24(a)是透视图，而图24(b)是沿图24(a)中示出的线A-A’得到的截面图。图24中，方向性切换天线装置包括方向性切换天线201；厚度为“t”的电介质基板202；由提供在电介质基板202上的线状导体形成的长度为L的辐射元件203，；馈电点204；接地导体205，提供在与提供辐射元件203的电介质基板202的表面相反的电介质基板202的表面上；长度为Lm、宽度为Wm的第一金属导体206，与接地导体205共面、且与接地导体205电绝缘、提供在电介质基板202上，并基本平行于辐射元件203；开关207a，介于接地导体205与第一金属导体206之间；接地导体205朝向第一金属导体206的部分上的末端部分208；以及用于控制开关207a的短路和断路的控制电路209。
将假定辐射元件203、接地导体205、以及第一金属导体206由导体图案形成在电介质基板2上而进行描述。将这些元件形成在电介质基板2上带来以下优点能够通过借助介电常数带来的波长缩短效应而将所述天线装置微型化，另外所述天线装置变得廉价、易于大规模生产、而且天线特性稳定。
现在将对根据本发明的第六实施例的所述方向性切换天线装置的操作进行说明。从馈电点204馈电的高频信号从辐射元件203辐射到空中。本发明中，辐射元件203被描述为具有偶极配置。图25示出本发明的方向性切换操作的原理。
如图25(a)的(1)中所示，当接地导体205存在于辐射元件203之下时，所述天线的方向性如图25(b)的(1)中所示变为单向的并在+Z方向表现出最大辐射方向。接着，如图25(b)的(2)中所示，当接地导体205不存在于相对于辐射元件203的+X方向的区域内时，所述天线的方向性变为单向的并在+X方向表现出最大辐射方向。如图25(a)的(3)中所示，即使在将第一金属导体206安排在相对于辐射元件203的+X方向同时与接地导体205电绝缘时，也可以通过适当地调整第一金属导体206的长度Lm和宽度Wm，使得所述天线的方向性变为单向的并在+X方向表现出最大辐射方向，基本与图25(b)的(2)的情况相同。
当借助开关207a将接地导体205和第一金属导体206连接起来并且短路开关207a时，第一金属导体206作为接地导体205工作，从而与图25(b)的(1)的情况一样表现出其中最大辐射方向出现在+Z方向上的方向性。进一步，当开关207a被断路时，第一金属导体206作为相对于辐射元件203的导向器工作。如图25(b)的(3)中所示，所述天线表现出其中最大辐射方向出现在+X方向上的方向性。因此，可以借助开关207a的切换动作以大约90°切换所述天线的方向性。为了切换所述天线的方向性，接地导体205的尺寸、第一金属导体206的尺寸、辐射元件203与接地导体205之间的相对位置关系、以及辐射元件203与第一金属导体206之间的相对位置关系变得很重要。将提供这方面的详细说明。
从图26中示出的根据本发明的第六实施例的所述方向性切换天线的示例配置可以看出，假定辐射元件203的长度为L；假定第一金属导体206在Y方向的长度为Lm；假定第一金属导体206在X方向的宽度为Wm；假定辐射元件203与末端部分208(在接地导体205沿X方向朝向第一金属导体206的部分上)之间的间隔为D(+X方向为正)；而且假定接地导体205与第一金属导体206之间的间隔为sw。这时，在辐射元件203与末端部分208(在接地导体205沿X方向朝向第一金属导体206的部分上)之间的间隔D为正或为负的情况下，所述天线装置的操作有所不同。现在将对每一种情况进行说明。
首先，考虑间隔D为正的情况。如图26中所示，接地导体205存在于辐射元件203之下。因而，当短路开关207a进而使第一金属导体206成为接地导体时，所述天线变成单向的，从而以未更改的形式在+Z方向表现出最大辐射方向。同时，为了在断路开关207a进而将第一金属导体206从所述接地导体断开时将所述天线的最大辐射方向取向在+X方向，设置Lm使得第一金属导体206作为相对于辐射元件203的导向器工作。
图27示出本发明的第六实施例的所述方向性切换天线的方向性。图27(a)是示出在拨动开关207a时取得的方向性的视图，其中在具有介电常数3.8、厚度为t＝0.5mm(0.02λ)的电介质基板202上提供L＝16.5mm(0.54λ)的辐射元件203；间隔D为2mm(0.06λ)；第一金属导体206的长度Lm为19mm(0.62λ)；第一金属导体206的宽度Wm为2mm(0.06λ)；而接地导体205与第一金属导体206之间的间隔sw为1mm(0.03λ)。
进一步，图27(b)是示出在断路开关207a时取得的方向性的视图，其中上面的参数中的第一金属导体206的长度Lm被设置为13mm(0.42λ)和21mm(0.68λ)。根据图27(a)，当第一金属导体206的长度Lm为19mm时，借助开关207a的切换动作以大约90°切换所述天线的方向性。可以理解，可以通过设置第一金属导体206的长度使得所述第一金属导体担当导向器来切换方向性。当如图27(b)中所示将第一金属导体206的长度Lm设置为13mm和21mm时，在开关207a断路期间可以确保所述天线的最大辐射方向不朝向+X方向。
特别地，当第一金属导体206的长度Lm为13mm时，该长度太短以致于不足以让所述第一金属导体作为导向器工作。反之，当第一金属导体206的长度Lm为21mm时，可以理解第一金属导体206担当反射器并抑制+X方向上的辐射。这表明，当使用第一金属导体206作为导向器时，必须设置使其长度落入大约0.42λ至0.68λ的范围内。
接着，考虑间隔D为负的情况。如图28中示出的根据本发明的第六实施例的所述方向性切换天线的示例配置所指出的，接地导体205不存在于辐射元件203之下。为了在短路开关207a时将所述天线的最大辐射方向取向在+Z方向，必须采用其中第一金属导体206存在于辐射元件203之下的配置。也即，使得接地导体205与第一金属导体206之间的间隔sw和第一金属导体206的宽度Wm的和大于间隔D，从而可以将第一金属导体206置于辐射元件203之下。
图29示出本发明的第六实施例的所述方向性切换天线的方向性。图29(a)是示出在拨动开关207a时取得的方向性的视图，其中在具有介电常数3.8、厚度为t＝0.5mm(0.02λ)的电介质基板202上提供L＝16.5mm(0.54λ)的辐射元件203；间隔D为-2mm(-0.06λ)；第一金属导体206的长度Lm为19mm(0.62λ)；第一金属导体206的宽度Wm为4mm(0.12λ)；而接地导体205与第一金属导体206之间的间隔sw为1mm(0.03λ)。进一步，图29(b)是示出在断路开关207a时取得的方向性的视图，其中上面的参数中的第一金属导体206的长度Lm被设置为10mm(0.32λ)而比辐射元件203的长度L短。
根据图29(a)，当第一金属导体206的长度Lm为19mm时，可以理解借助开关207a的切换动作以大约90°切换所述天线的方向性。同时，如图29(b)中所示，当第一金属导体206的长度Lm为10mm而比辐射元件203短时，在开关207a短路期间可以确保所述天线的最大辐射方向不朝向+Z方向。特别地，当第一金属导体206的长度Lm比辐射元件203的长度L短时，可以理解在开关207a短路期间第一金属导体206不足以作为接地导体工作。因此，第一金属导体206的长度Lm最优地比辐射元件203的长度L长。
将详细说明在语音会话以及数据通信期间得到的所述用户与所述无线终端之间的位置关系。图30示出在语音会话期间得到的所述无线终端与所述用户之间的示例位置关系。图31示出在数据通信期间得到的所述无线终端与所述用户之间的示例位置关系。当执行语音会话时，假定在用户210与无线终端211之间存在如图30中所示的位置关系。当执行数据通信时，假定在用户210与无线终端211之间存在如图31中所示的位置关系。
在语音会话期间，用户210使用无线终端211时将其置于所述用户头部侧面的附近。在数据通信期间，用户210一般通过使用操作部件213执行操作，同时确认显现在无线终端211的显示部件212上的消息。于是，如图32中所示，在语音会话期间，最好对无线终端211中提供的所述天线的方向性进行切换，使得所述天线的方向性取得的最大辐射方向向着无线终端211的背面取向(也即，与显示部件212的显示表面相反的方向)。此外，在数据通信期间，也最好对方向性进行切换，使得所述天线的方向性取得的最大辐射方向朝向无线终端211的顶部方向(也即，相对于显示部件212的显示表面的水平方向且为所显示消息的上部方向)。
由于无线终端211具有这样的方向性切换功能，源自所述天线的辐射场不朝向用户210，这进而导致SAR的改善以及对增强天线增益的期待。因此，将方向性切换天线201置于无线终端211中，使得将图32中的所述顶部方向分配到X方向，而且使得所述背面方向分配到Z方向，从而可以在语音会话和数据通信期间获得期望的方向性特性。
如上，所述方向性切换天线包括在电介质基板202上提供的辐射元件203；接地导体205，布置在与提供辐射元件203的电介质基板202的表面相反的电介质基板202的表面上；第一金属导体206，与接地导体205共面、提供在电介质基板202上，平行于辐射元件203，且与接地导体205电绝缘；以及开关207a，介于接地导体205与第一金属导体206之间。利用控制电路209将开关207a在短路位置和断路位置之间切换，使得能够以大约90°切换所述天线的方向性。带来这样的优点，可以实现根据所述无线终端的使用模式来切换其方向性的天线。
进一步，通过使用根据所述实施例描述的所述方向性切换天线来配置无线终端。结果，根据所述无线终端的使用模式来切换所述天线的方向性，从而增强所述无线终端的性能。于是，可以提供非常可靠的无线通信系统。
本实施例已经描述过在电介质基板202上用导体图案形成辐射元件203。但是，辐射元件203也可以由诸如电线的线状导体或借助压片形成。
本实施例已经描述过辐射元件203被形成为线状偶极子。但是，辐射元件203并不限于线状偶极子，也可以被形成为例如曲折线。
本实施例已经描述过假定将辐射元件203、接地导体205、以及第一金属导体206形成在电介质基板202上。但是，并不总是需要使用所述电介质基板202。例如，可将辐射元件203、接地导体205、以及第一金属导体206借助压片而形成，并可以借助发泡剂来固定所述组成元件。
第一金属导体206的长度被设置为使得当开关207a断路时所述第一金属导体206作为导向器工作。但是，例如，只要采用了其中可以改变第一金属导体206的长度的配置，同样可以借助调整所述导向器的电抗分量来改变方向性。
用于改变第一金属导体206的长度的方法可以包括将第一金属导体206沿其纵向方向划分为多个导体片；在所述各导体片之间放置开关207a；以及短路/断路开关207a进而改变所述导体片的长度。或者，该方法可以包括向第一金属导体206添加诸如变容二极管的可变电容元件，并依照控制电压来电调节第一金属导体206的长度。
本实施例中，在与提供辐射元件205的电介质基板202的表面的相反的电介质基板202的面上用导体图案形成接地导体205和第一金属导体206。但是，例如，可以不将所述接地导体205和第一金属导体206提供在电介质基板202上，而是将其提供在离开电介质基板202给定距离的无线终端211的外壳上。通过采用这样的配置，可以充分确保辐射元件205与接地导体205之间的间隔，并带来这样的优点，当接地导体205存在于辐射元件203之下时，能够容易地实现所述天线的匹配。
通过利用下述事实，即通过改变第一金属导体206的宽度Wm而引起在开关207a短路期间方向性的改变，可以调整借助开关207a的短路和断路而切换的所述天线的方向性切换角度。例如，如图33中所示的根据本发明的第六实施例的所述方向性切换天线的示例配置所描述的，可以采用这样的配置，将第一金属导体206相对于X轴方向划分为多个导体片214，并借助开关207a将所述导体片连接在一起。
(第七实施例)图34是根据本发明的第七实施例的方向性切换天线的示意图。图34中，所述方向性切换天线包括二极管开关215。该配置的其余部分与第六实施例相同，因而略去其解释。
以下将对根据本发明的第七实施例的所述方向性切换天线的操作进行说明。由于该天线的基本操作与根据第六实施例所描述的相同，因而略去其解释。如图34中所示，借助二极管开关215在多个位置将接地导体205与第一金属导体206相连。
通过这样的配置，当二极管开关215被短路时，第一金属导体206作为接地导体205工作，而所述天线的方向性沿+Z方向取向。当二极管开关215被断路时，第一金属导体206作为相对于辐射元件203的导向器工作，而所述天线的方向性沿+X方向取向。可以借助二极管开关215的切换动作以大约90°改变所述天线的方向性。然而，这时，所述方向性特性受到安装二极管开关215的位置的影响。将提供这方面的详细说明。
考虑安装两个二极管开关215并将其分别置于在±Y方向上距离馈电点204为d1、d2的位置的情况。图35是示出如果在具有介电常数3.8、厚度为t＝0.5mm(0.02λ)的电介质基板202上提供L＝16.5mm(0.54λ)的辐射元件203；第一金属导体206具有长度Lm＝19mm(0.62λ)和宽度Wm＝4mm(0.12λ)；而接地导体205与第一金属导体206之间的间隔sw为1mm(0.03λ)，而且二极管开关215的安装位置被设置为d1＝d2＝d并改变“d”，当二极管开关215被短路时取得的方向性的视图。
图35中，ref示出接地导体205与第一金属导体206以理想的方式彼此完全电连接的状态。当d＝2mm，方向性不沿+Z方向取向。即使当二极管开关215被短路时，可以理解第一金属导体206不作为接地导体205工作。但是，当将“d”增加到d＝7mm时，其中二极管开关215的安装位置基本上到达辐射元件203的各个末端之下的位置，方向性变得基本与ref等同。可以确保取得在+Z方向上表现出最大辐射方向的单向特性。
辐射元件203的两端位于达到最高电位的区域。通过在此区域附近将接地导体205电连接到第一金属导体206，得到基本上等同于理想的完全电连接的状态。因而，期望将二极管开关215的安装位置设置在辐射元件203的所述高电位区域的下面的位置。
如上，在接地导体205与第一金属导体206之间加入两个二极管开关215，并将二极管开关215的安装位置设置在辐射元件203的所述高电位区域附近，从而可以借助短路和断路所述开关而以大约90°切换所述天线的方向性。因此，带来这样的优点，可以实现根据所述无线终端的使用模式来切换其方向性的天线。
进一步，作为通过使用根据本实施例描述的所述方向性切换天线来组成所述无线终端的结果，通过使用根据所述实施例描述的所述方向性切换天线来配置所述无线终端。根据所述无线终端的使用模式来切换所述天线的方向性，从而可以增强所述无线终端的性能。于是，可以提供非常可靠的无线通信系统。
本实施例已经描述过在电介质基板202上用导体图案形成辐射元件203。但是，辐射元件203也可以由诸如电线的线状导体或借助压片形成。
本实施例已经描述过辐射元件203被形成为线状偶极子。但是，辐射元件203并不限于线状偶极子，也可以被形成为例如曲折线。
本实施例已经描述过假定将辐射元件203、接地导体205、以及第一金属导体206形成在电介质基板202上。但是，并不总是需要使用所述电介质基板。例如，将辐射元件203、接地导体205、以及第一金属导体206等借助压片而形成，并可以借助发泡剂来固定所述组成元件。
本实施例已经描述过在与形成辐射元件203的电介质基板202的表面的相反的电介质基板202的面上用导体图案形成接地导体205。例如，可以将所述接地导体205提供在离开电介质基板202给定距离的无线终端211的外壳上。通过采用这样的配置，带来如下的优点，可以充分确保辐射元件203与接地导体205之间的间隔，而且当接地导体205存在于辐射元件203之下时，能够容易地实现所述天线的匹配。
本实施例中，使用二极管开关215作为切换元件。但是，所述切换元件并不限于二极管开关。也可以选择使用诸如FET开关或使用MEMS技术的开关等其它开关或其它切换电路。
本实施例已经描述过其中两个二极管开关215被安排在关于辐射元件203的纵向方向对称的位置上的情况，但是d1和d2可以安排为不同的长度。图36(a)示出如果d1等于2mm，当d2分别被设置为2mm和7mm时在XY平面内取得的方向性。
从图36(a)可以看出，可以借助改变d1与d2之间的距离来调整XY平面内的方向性。进一步，即使当其中一个二极管开关215被短路而另一个被断路时，也可以调整XY平面内的方向性。图36(b)是示出当图34中设置d1＝d2＝7mm时取得的XY平面内的方向性的视图；当其中一个二极管开关215被短路时；以及当另一个二极管开关被断路时。根据图36(b)，可以理解，当其中一个二极管开关215被断路，因而所述电磁场变得关于辐射元件203的纵向方向不对称；而且方向性的最大辐射方向朝XY平面内的X轴方向移动。可以利用这些事实三维地调整方向性。
本实施例已经描述过使用两个二极管开关215的情况。但是，二极管开关的数量不必限于二。不用说，可以采用其中在接地导体205与第一金属导体206之间加入两个或更多二极管开关的配置。可以借助增加开关的数量来更精确地控制XY平面内的方向性。
通过改变第一金属导体206的宽度Wm，可以调整借助短路或断路而切换所述二极管开关215时获得的所述天线的方向性切换角度。例如，可以采用这样的配置，将第一金属导体206相对于X轴方向划分为多个导体片214，并借助开关207a将所述导体片连接在一起。
(第八实施例)图37是根据本发明的第八实施例的方向性切换天线的示意图。图37(a)是透视图，而图37(b)是沿图37(a)中示出的线A-A’得到的截面图。图37中，将第二金属导体127与接地导体205共面置于电介质基板202上。采用长度Lm和宽度Wm来形成第二金属导体127并将其与接地导体205电绝缘，使得所述第二金属导体平行于辐射元件203而且与第一金属导体206关于Y轴对称放置。第二金属导体127包括开关207b，其介于第二金属导体127与接地导体205朝向第二金属导体127的末端部分128之间。在其它方面，本发明与第六实施例相同，因而为简洁起见略去其解释。
以下将对根据本发明的第八实施例的所述方向性切换天线装置的操作进行说明。由于所述基本操作与根据第一实施例所描述的相同，因而略去其解释。相对于接地导体205安排第二金属导体127，而且与所述第一金属导体关于Y轴对称。
此时，利用控制电路209控制开关207a、207b，从而切换方向性。将提供这方面的详细说明。
图38示出开关207a、207b的短路/断路操作与所述天线的方向性之间的关系。当开关207a、207b均被短路时，第一金属导体206和第二金属导体127组成接地导体205的一部分。因而，所述天线的方向性取向为图37中的+Z方向。接着，当开关207b短路而开关207a断路时，第一金属导体206担当导向器，而第二金属导体127作为接地导体205的一部分工作。因而，所述天线的方向性取向为图37中的+X方向。
当开关207a短路而开关207b断路时，第一金属导体206组成接地导体205的一部分，而第二金属导体127作为导向器工作。因而，所述天线的方向性取向为图37中的-X方向。当开关207a、207b均断路时，金属导体206、127作为导向器工作。但是，获得基本上全方向的特性作为所述天线的方向性。
如上，在与第一金属导体206关于Y轴对称的位置提供第二金属导体127。利用控制电路209控制第一金属导体206和第二金属导体127，使得借助开关207a、207b的切换动作，将所述金属导体在所述导向器和所述接地导体之间切换。从而可以在±X方向和+Z方向以90°间隔切换所述天线的方向性。因而，带来如下的优点能够实现这样的天线装置，即使当根据所述无线终端的使用模式所述无线终端在例如数据通信期间被放置使得所述辐射方向朝向所述用户时，其也能够通过选择与朝向所述用户的方向相反的±X方向来切换方向性。
进一步，只要在车辆上提供这样配置的所述天线，即使当所述车辆的方向改变时也可以来回切换方向性。因此，带来这样的优点，能够接收地面数字广播。
另外，通过使用根据所述实施例描述的所述方向性切换天线来配置无线终端，使得可以通过根据所述无线终端的使用模式而切换所述天线的方向性来增强所述无线终端的性能。可以提供非常可靠的无线通信系统。
本实施例已经描述过在电介质基板202上用导体图案形成辐射元件203。但是，辐射元件203也可以由诸如电线的线状导体或借助压片形成。
本实施例已经描述过辐射元件203被形成为线状偶极子。但是，辐射元件203并不限于线状偶极子，也可以被形成为例如曲折线。
本实施例已经描述过假定将辐射元件203、接地导体205、第一金属导体206、以及第二金属导体127形成在电介质基板202上。但是，并不总是需要使用所述电介质基板。例如，将辐射元件203、接地导体205、第一金属导体206、以及第二金属导体127之类借助压片而形成，并可以借助发泡剂来固定所述组成元件。
本实施例已经描述过在与形成辐射元件203的电介质基板202的表面的相反的电介质基板202的面用导体图案形成接地导体205。例如，可以将接地导体205提供在离开电介质基板202给定距离的无线终端211的外壳上。通过采用这样的配置，可以带来这样的优点，充分确保辐射元件203与接地导体205之间的间隔，并且当接地导体205存在于辐射元件203之下时，能够容易地实现所述天线的匹配。
本实施例中，使用二极管开关215作为切换元件。但是，所述切换元件并不限于二极管开关。也可以使用诸如FET开关或使用MEMS技术的开关等其它开关或其它切换电路。
第一金属导体206和第二金属导体127的长度被设置为使得当开关207a、207b断路时所述第一和第二金属导体作为导向器工作。但是，例如，只要采用了其中可以改变第一金属导体206的长度和第二金属导体127的长度的配置，同样可以借助调整所述导向器的电抗分量来改变方向性。
用于改变第一金属导体206的长度和第二金属导体127的长度的方法可以包括将第一和第二金属导体206和127沿其纵向方向划分为多个导体片；在所述相应的多个导体片之间放置开关207a、207b；以及短路/断路开关207a、207b进而改变所述导体片的长度。或者，该方法可以包括向第一和第二金属导体206、127添加诸如变容二极管的可变电容元件，并依照控制电压来电调节第一和第二金属导体206、127的长度。
通过利用下述现象，即通过改变第一和第二接地导体206、127的宽度Wm而引起在开关207a、207b短路期间取得的方向性的改变，可以调整借助通过短路和断路操作来拨动开关207a、207b而得到的所述天线的方向性切换角度。
(第九实施例)图39是根据本发明的第九实施例的方向性切换天线的示意图。图39(a)是透视图，而图39(b)是沿图39(a)中所示的线A-A’得到的截面图。图39中，所述方向性切换天线包括具有折叠结构的辐射元件216。在其它方面，本实施例与第六实施例相同，因而为简洁起见略去其解释。
现在将对根据本发明的第九实施例的所述方向性切换天线装置的操作进行说明。例如，图24中，在辐射元件203与接地导体205之间加入厚度“t”＝0.016λ的电介质基板202，使得辐射元件203与接地导体205彼此隔开对应于厚度“t”＝0.016λ的量。因而，当将接地导体205置于辐射元件203附近时，辐射元件203的输入阻抗变得比不提供接地导体205的情况下小得多。
当辐射元件203被配置为具有与辐射元件216一样的折叠结构时，可以增加所述辐射元件的输入阻抗。例如，图40(b)中所示的双折叠偶极天线的输入阻抗是图40(a)中所示的普通偶极天线的输入阻抗的四倍。图40(c)中所示的三折叠偶极天线的输入阻抗是所述普通偶极天线的输入阻抗的八倍。作为如图39所示使用具有折叠结构的辐射元件216的结果，可以增加在馈电点204取得的所述天线的输入阻抗，这便于使用基于50Ω的微带线或同轴线来匹配所述天线。
如上，提供具有折叠结构的辐射元件216，并利用控制电路209拨动开关207a。结果，带来如下的优点能够实现这样的天线装置，其增加所述天线的输入阻抗，从而在以大约90°切换所述天线的方向性时帮助匹配，并根据所述无线终端的使用模式切换方向性。
另外，使用根据本实施例描述的所述方向性切换天线装置来配置无线终端。于是，根据无线终端的使用模式而切换所述天线的方向性，从而增强所述无线终端的性能。因此，可以提供非常可靠的无线通信系统。
本实施例已经描述过在电介质基板202上用导体图案形成辐射元件216。但是，辐射元件216也可以由诸如电线的线状导体或借助压片形成。
本实施例已经描述过辐射元件216被形成为线状偶极子。但是，辐射元件216并不限于线状偶极子，也可以被形成为例如曲折线。
本实施例已经描述过假定将辐射元件216、接地导体205、以及第一金属导体206形成在电介质基板202上。但是，并不总是需要使用所述电介质基板。例如，将辐射元件216、接地导体205、以及第一金属导体206之类借助压片而形成，并可以借助发泡剂来固定所述组成元件。
在本实施例中，在与形成辐射元件216的电介质基板202的表面的相反的电介质基板202的面上用导体图案形成接地导体205。例如，可以不将接地导体205提供在电介质基板202上，而是将其提供在离开电介质基板202给定距离的无线终端211的外壳上。借助这样的配置带来以下优点能够充分确保在辐射元件216与接地导体205之间的间隔，而且能够容易地实现所述天线的匹配。
本实施例中，将辐射元件203、216形成为XY平面内的二维结构。但是，辐射元件203、216并不限于此结构。例如如图41(a)和41(b)中所示，可将辐射元件203、216形成为其中辐射元件203、216的末端被折叠的结构。借助这样的折叠结构，可以缩短所述天线长度，并可以将所述天线微型化。
现在将描述用于制造如图41(a)和41(b)中所示的在YZ平面内折叠的天线的方法。如图42中所示，以最简单的方式制造天线的方法是通过压片处理制造天线。此时，借助压片处理可以完整地形成组成辐射元件的全部下部导体217、折叠部分218、以及上部导体219。或者可以选择，可以预先在电介质基板202上用导体图案形成下部导体217，而仅有折叠部分218和上部导体219借助压片处理来形成。
如图43中所示，除了压片处理之外还可以采用另一种制造方法；例如，在电介质基板202上放置第二电介质基板220；用介于电介质基板202、220之间的平板(planer)导体图案形成下部导体217；用与第二电介质基板220朝向电介质基板202的表面相反的第二电介质基板220的表面上的导体图案形成上部导体219；用穿过第二电介质基板220的通孔之类形成折叠部分218；并将下部导体217电连接到上部导体219。
通过采用这样的配置，可以用多层基板制造所述方向性切换天线装置。如图44中所示，下部导体217、折叠部分218、以及上部导体219的每一个可以用由诸如陶瓷之类的高电介质材料制成的电介质块221上的图案形成。借助该配置，可以很大程度上将所述天线装置微型化。
(第十实施例)图45是根据本发明的第十实施例的无线终端的示意图。图45中，所述无线终端包括设置到用于数据通信和语音会话的频率范围的收发部件222、控制部件223、以及天线方向性切换部件224。
现在将对根据本发明的第十实施例的所述无线终端的操作进行说明。例如，当在室内使用所述无线终端时，由于诸如墙壁的障碍的原因假定为多径环境。在这样的状况下，所述天线可以借助分集接收操作应对所述多径环境。普通的分集接收操作是通过以空间隔离的方式放置多个天线来实现的。但是，使用多个天线导致安装所述天线所需的区域增加，而且还需要用于安装天线转换器的区域，该天线转换器用于选择所述多个天线其中任何一个。
通过使用根据第六至第九实施例所描述的所述方向性切换天线，在将安装所述天线所需的区域维持在安装单个天线所需的区域的同时，可以实现方向性的分集接收。对这一点做详细的说明。
图45中，无线终端211由方向性切换天线201、收发部件222、控制部件223、以及天线方向性切换部件224形成。利用这样的配置，在接收操作期间，由方向性切换天线201接收的高频信号在收发部件222中经历频率转换和解调，而所如此转换和解调的信号被发送到控制部件223。这时，控制部件223监视接收到的功率的增加(作为方向性切换天线201已经切换的所述方向性的结果)，并向天线方向性切换部件224发送控制信号225，以便取得在其上达到最大接收模式的所述天线的方向性。
基于由控制部件223输出的控制信号225，天线方向性切换部件224确定在其上达到较高的接收灵敏度的方向性；并发送控制信号226以切换方向性切换天线201的方向性，以便获得较高的接收灵敏度。借助控制信号226，切换方向性切换天线201以便得到期望的方向性。同时，在发送操作期间，由控制部件223发送的信号在收发部件222中经历调制和频率转换，并从方向性切换天线201发送所如此调制和转换的信号。这时，使用在接收操作期间所选择的方向性作为方向性切换天线201的方向性。
如上，所述无线终端由方向性切换天线201、收发部件222、控制部件223、以及天线方向性切换部件224形成。可以通过单个天线执行分集接收，从而带来这样的优点，能够实现紧凑、高性能的无线终端。
本发明已经描述，在发送操作期间，以与在接收操作期间采用的相同的方向性使用方向性切换天线201。但是，本发明并不限于此实施例。在接收操作期间，通过使用方向性切换天线201执行分集接收。在发送期间，可以设置使得源自所述方向性切换天线的辐射场不朝向使用无线终端211的用户210传播。例如，可以采用这样的配置在语音会话期间将方向性切换天线201的方向性最大发射方向固定在无线终端211的背面方向；并且在数据通信期间，在发送时将方向性切换天线201的方向性最大发射方向固定在无线终端211的顶部方向。
本实施例已经描述了使用根据第六至第九实施例所描述的方向性切换天线201的无线终端211。但是，本发明并不限于所述实施例。可以使用任何配置的天线装置，只要能够以大约90°在顶部方向(也即，相对于显示部件212的显示表面的水平方向，而且为关于显示的消息的向上的方向)与背面方向(与显示部件212的显示表面相反的方向)之间切换所述天线的方向性。
已经参照特定实施例对本发明进行了详细的描述。然而，本领域技术人员显然可知，在不背离本发明的精神和范围的前提下，可以对本发明做出各种替换或修改。
本发明要求于2004年10月1日提交的日本专利申请(No.2004-290063)以及于2004年10月1日提交的日本专利申请(No.2004-290143)的优先权，其全部通过参照而被合并于此。
工业实用性本发明的所述天线装置以及使用该天线装置的所述无线终端带来这样的优点，能够借助短路和断路开关而在背面方向与顶部方向之间切换所述天线的方向性。所述天线装置作为应用于在诸如语音会话和数据通信的多种模式下使用的无线终端的天线很有用，其能够产生高质量的通信。进一步，本发明也可以用于需要分集接收操作的诸如无线终端或PC的信息终端。
本发明的所述天线装置以及使用该天线装置的所述终端带来这样的优点，能够借助短路和断路开关而在三个方向之间切换所述天线的方向性。所述天线装置作为用于车载设备的即使在接收地面数字广播的情况下也能进行高质量通信的天线很有用。
权利要求
1.一种天线装置，包括布置在第一平面上的线状的辐射元件；第一寄生元件，平行于所述辐射元件布置在所述第一平面上；布置在所述第一平面上的第一接地导体；第一开关，用于将所述第一寄生元件的两端连接到所述第一接地导体；第二接地导体，布置在与所述第一平面的相反的第二平面上；以及用于控制所述开关的短路/断路的控制装置，其中，将所述第一接地导体的一部分平行于所述辐射元件、布置在所述第一寄生元件的对侧，而所述辐射元件介于其之间，而且其中，所述第二接地导体位于所述辐射元件的反面，而且所述第二接地导体的末端位于介于所述辐射元件与所述第一寄生元件之间的区域的反面。
2.一种天线装置，包括布置在第一平面上的线状的辐射元件；线状的第一寄生元件，平行于所述辐射元件布置在所述第一平面上；在所述第一寄生元件的纵向假想延长线两端提供的线状的辅助元件；布置在所述第一平面上的第一接地导体；第一开关，用于将所述第一寄生元件的两端连接到所述辅助元件；第二接地导体，布置在与所述第一平面相反的第二平面上；以及用于控制所述开关的短路/断路的控制装置，其中，将所述第一接地导体平行于所述辐射元件、布置在所述第一寄生元件的对侧，而所述辐射元件介于其之间，而且所述第二接地导体位于所述辐射元件的反面，而且所述第二接地导体的末端位于介于所述辐射元件与所述第一寄生元件之间的区域的反面。
3.一种天线装置，包括布置在第一平面上的线状的辐射元件；第一寄生元件，平行于所述辐射元件布置在所述第一平面上；线状的第二寄生元件，平行于所述辐射元件、提供在所述第一平面上所述第一寄生元件的对侧，而所述辐射元件介于其之间；分别在所述第一和第二寄生元件的纵向假想延长线两端提供的线状的辅助元件；第一开关和第二开关，用于将所述第一和第二寄生元件的两端连接到分别在所述第一和第二寄生元件的两边提供的所述辅助元件；第二接地导体，布置在与所述第一平面相反的第二平面上；以及用于控制所述开关的短路/断路的控制装置，其中，所述第二接地导体位于所述辐射元件的反面，而且所述第二接地导体的一个末端位于介于所述辐射元件与所述第一寄生元件之间的区域的反面，而所述第二接地导体的另一个末端位于介于所述辐射元件与所述第二寄生元件之间的区域的反面。
4.如权利要求1至3中任意一项权利要求所述的天线装置，进一步包括其上提供所述第一和第二平面的第一基板。
5.如权利要求1至4中任意一项权利要求所述的天线装置，其中，当所述开关被断路时，所述寄生元件成为相对于所述辐射元件的导向器。
6.如权利要求2至5中任意一项权利要求所述的天线装置，其中，当所述开关被短路时，所述寄生元件和所述辅助元件担当相对于所述辐射元件的反射器。
7.如权利要求1至6中任意一项权利要求所述的天线装置，其中，所述寄生元件的电抗是可变的。
8.如权利要求4至7中任意一项权利要求所述的天线装置，其中，如下排列所述辐射元件和所述第二接地导体，使得所述辐射元件与所述第二接地导体之间的间隔变得大于所述第一基板的厚度。
9.一种天线装置，包括第一基板；线状的辐射元件，布置在作为所述第一基板其中一个表面的第一平面上；接地导体，布置在作为所述第一基板的另一个表面的第二平面上；第一导体，平行于所述辐射元件、布置在所述第二平面上同时与所述接地导体电绝缘；第一开关，用于将所述接地导体连接到所述导体；以及用于控制所述开关的短路/断路的控制装置，其中，所述接地导体与所述导体其中之一位于所述辐射元件的反面。
10.如权利要求9所述的天线装置，进一步包括第二导体，布置在相对于所述接地导体与所述第一导体对称的位置上；以及第二开关，用于将所述接地导体连接到所述第二导体，其中，所述接地导体位于所述辐射元件的反面。
11.如权利要求9或10所述的天线装置，其中，所述导体的电抗是可变的。
12.如权利要求9或10所述的天线装置，其中，所述导体包括在其横向方向上划分的多个导体片；以及用于连接所述多个导体片的第三开关。
13.如权利要求9至12中任意一项权利要求所述的天线装置，其中，所述第一开关包括在多个位置上用于将所述接地导体连接到所述金属导体的多个开关。
14.如权利要求13所述的天线装置，其中，所述第三开关将所述接地导体连接到在所述辐射元件上最大电压位置的周边的反面的位置提供的所述金属导体。
15.如权利要求4至14中任意一项权利要求所述的天线装置，其中，所述辐射元件具有包含沿相对于所述基板的垂直方向折叠的结构的偶极配置，而且其中，所述辐射元件包括位于所述第一基板上的下部导体；位于所述下部导体的两端沿相对于所述第一基板的竖直位置的折叠的部分；以及布置用于连接所述折叠端的末端的上部导体。
16.如权利要求15所述的天线装置，进一步包括在所述第一基板上提供的第二基板，其中，所述下部导体介于所述第一与第二基板之间，其中，提供所述折叠部分使得其穿透所述第二基板，而且其中，在所述第二基板上提供所述上部导体。
17.如权利要求15所述的天线装置，进一步包括所述第一基板上的电介质块，其中，将所述下部导体、所述折叠部分、以及所述上部导体提供在所述电介质块上和/或所述电介质块中。
18.一种无线终端，包括如权利要求1至17中任意一项权利要求所述的天线装置；用于借助所述天线装置收发无线电波的收发部件；用于切换所述天线装置的方向性的天线方向性切换部件；以及用于控制各个部件的控制部件，其中，所述控制部件通过促使所述天线方向性切换部件切换所述天线装置的方向性、以及促使所述收发部件接收无线电波，来控制所述天线方向性切换部件、以及所述收发部件，使得其方向性已经根据检测到的无线电波强度被确定为表现出优越的接收灵敏度的所述天线装置执行发送和接收。
19.如权利要求18所述的无线终端，其中，所述控制部件执行控制操作，以促使所述天线装置在接收状态中执行分集接收操作，并促使所述天线装置在发送状态中以在接收状态中使用的所述方向性执行发送。
20.如权利要求18所述的无线终端，其中，所述控制部件执行控制操作，以促使所述天线装置在接收状态中执行分集接收操作，并促使所述天线装置在发送状态中以如下的方向性执行发送，在其中所述天线装置的最大辐射方向沿与从所述无线终端到该无线终端的用户的方向相反的方向取向。
全文摘要
提供一种天线设备以及使用这样的天线设备的无线终端，可以改变所述天线设备的方向性以适合无线终端的诸如语音会话模式和数据通信模式的使用模式中的一种，而且可以容易地使其厚度变薄。该天线设备(1)包括布置在第一表面上的线状的辐射元件(3)；第一寄生元件(6)，平行于辐射元件(3)取向并布置在所述第一表面上；布置在所述第一表面上的第一接地导体(5)；第一开关(7)，用于将第一寄生元件(6)的两端连接到所述第一接地导体；以及第二接地导体(8)，布置在所述第一表面的反面的第二表面上。将第一接地导体(5)的一部分平行于辐射元件(3)取向布置在第一寄生元件(6)的对侧，而辐射元件(3)介于其之间。第二接地导体(8)位于辐射元件(3)的反面，而且第二接地导体(8)的边缘位于介于辐射元件(3)与第一寄生元件(6)之间的区域的反面。
文档编号H01Q19/00GK101036263SQ200580033520
公开日2007年9月12日 申请日期2005年9月12日 优先权日2004年10月1日
发明者佐藤润二 申请人:松下电器产业株式会社