专利名称：电介质天线以及无线电设备的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种具有滤波器功能的电介质天线，一种具有双工器功能的电介质天线，以及使用这些电介质天线的无线电设备。
已经将微带天线和电介质天线用作微波频带中的天线，尤其是适合于小型的无线电设备。
另外，通常设置接收滤波器，以取出接收波的所需频率的信号，并使用发送滤波器以只发送所需频率的信号作为发送波。在第8-181533号日本未审查专利公告中揭示了一种天线，其中将这样的滤波器设置在天线部分，使整个装置可以小型化。
上面揭示的具有滤波器功能的微带天线包含微带天线，微带天线包含接地导体和设置在介质基片上的微带导体。并且，在介质基片上构成介质谐振器。通过这样的安排，可以将微带天线和介质滤波器设置在单个介质基片上。但是，由于天线部分和滤波器部分相互独立，故发送装置必需独立地设置，以将接收信号输入到滤波器部分，因而在这个部分中发生损失。这导致电气特性的变坏。
为了克服上述问题，本发明的较佳实施例提供了一种包含滤波器的电介质天线和包含双工器的电介质天线，其中当将发送装置(波导)设置在天线部分和滤波器部分之间时产生的损失问题被消除了，并且它们被小型化，还具有极好的电气特性，本发明还提供了使用这些电介质天线的无线电设备。
本发明的一个较佳实施例提供了一种包含滤波器的电介质天线，包含介质基片；包含具有一个短路端和一个开路端，并设置在介质基片上或内部的发射电极的天线部分；包含至少一个设置在介质基片上或内部的谐振电极，以及与谐振电极组合的外部耦合电极的滤波器部分；以及相互耦合的发射电极和谐振电极。
在上述包含滤波器的电介质天线中，可以设置一个电极，它与地电气绝缘，并在谐振电极和发射电极之间产生静电电容；并且谐振电极和发射电极可以通过静电电容相互耦合。
本发明的另一个较佳实施例提供了一种包含滤波器的电介质天线，包含介质基片；缝隙天线型天线部分，该部分包含以缝隙形状开敞，并设置在介质基片上的接地电极；滤波器部分，该部分包含至少一个设置在介质基片上或内部的谐振电极，以及与谐振电极组合的外部耦合电极；以及耦合到谐振电极和耦合到缝隙天线的电极。
根据上述结构和安排，由于将天线部分设置在介质基片上或内部，另外设置一个或多个谐振电极，形成滤波器部分，并且谐振电极和天线部分耦合，故不需要提供专门的发送波导等来连接天线部分和滤波器部分，结果，可以形成一种电介质天线，它包含滤波器，没有发送波导损失，并具有极好的电气特性。
本发明的另一个较佳实施例提供了一种包含滤波器的电介质天线，它包含第一介质基片；包含外部耦合电极，并设置在第一介质基片上或内部的预定形状的电极；第二介质基片；滤波器部分包含至少一个设置在第二介质基片上或内部的谐振电极，与谐振电极组合的外部耦合电极；其上设置有连接天线部分的外部耦合电极和滤波器部分的外部耦合电极的电极的基片，并安装有天线部分和滤波器部分。
通过这样的结构，对于天线部分和滤波器部分，可以以最大的合适性设计介质基片的材料、尺寸、电极图案等等。另外，可以得到一种包含滤波器的单体的电介质天线，它是能够安装在安装基片上的统一元件。
另外，本发明的再一个较佳实施例提供了一种包含双工器的电介质天线，它包含发送滤波器和接收滤波器，每一个都包含上述滤波器部分；以及发送滤波器的输出级谐振电极和接收滤波器输入级谐振电极，它们耦合到天线部分。
当通过这样的方法，将天线用于发送时，通过将双工器部分和天线部分设置在一起，可以使高频电路部分进一步小型化。
另外，本发明的再一个较佳实施例提供了一种无线电设备，它包含上述含有滤波器的电介质天线，或上述含有双工器的电介质天线，作为高频电路部分。
结果，可以得到具有极好特性的高频电路部分的无线电设备，并整个地小型化。
从下面参照附图对本发明的描述，本发明的其它特点和优点是显然的。
图1是包含根据第一实施例的滤波器的电介质天线的透视图。
图2是包含滤波器的该电介质天线的等效电路图。
图3A和图3B是示出根据第二实施例的无线电设备的结构的方框图。
图4是包含根据第三实施例的滤波器的电介质天线的透视图。
图5是包含第四实施例的滤波器的电介质天线的分解透视图。
图6是包含根据第五实施例的滤波器的电介质天线的透视图。
图7是包含根据第六实施例的滤波器的电介质天线的透视图。
图8是包含双工器的电介质天线的透视图。
图9是另一个包含双工器的电介质天线的分解透视图。
图10是在包含双工器的该电介质天线中的滤波器部分的投影图。
图11是示出包含双工器的电介质天线的无线电设备的方框图。
下面将参照图1和图2，解释根据本发明的第一较佳实施例的电介质天线的结构。
图1是包含滤波器的电介质天线的透视图。在图1中，数字1表示矩形介质基片，将接地电极8设置在图中的底部表面上，将发射电极2设置在从介质基片1在图中的右后方端面到图中的顶表面上。这个部分包含λ/4谐振型电介质天线，它具有一个短路端和一个开路端。另外，将通孔3a和3b设置在介质基片1中，并将谐振电极4a和4b设置在这些通孔的内部。将接地电极8设置在这些通孔3a和3b的两个开敞的表面上即顶部和底部表面、以及左前方端面上(如从图中所示)。每一个谐振电极4a和4b的一端引到通孔3a和3b波导开敞表面处的接地电极8，另一端在未形成电极的部分，即不导电部分5a和5b处开路。将电极6设置在介质基片1在图中的下侧，并与接地电极8绝缘(电气浮置)。将耦合用的外部电极7从介质基片1的底侧表面设置到前端面。电极6和谐振电极4a由它们之间产生的静电电容将它们耦合。另外，耦合用的外部电极7和谐振电极4b由它们之间产生的静电电容将它们耦合。另外，通过电极6和发射电极2开路端附近的区域之间的静电电容，使电极6与发射电极2耦合。
图2是图1所示的包含滤波器的电介质天线的等效电路图。在图2中，数字Ra和Rb表示谐振器(同轴谐振器)，它们使用图1中的谐振电极4a和4b，并且这两个谐振器Ra和Rb是共线耦合的。数字Cs表示非导体部分5a和5b中产生的寄生电容。Cea表示谐振电极4和电极6之间产生的静电电容，Ceb是谐振电极4b和耦合用的外部电极7之间产生的静电电容。这样的结构形成了滤波器部分，它包含二级谐振器，并显示带通滤波器的通过特性。
另外，在图2中，数字Cf表示电极6和发射电极2的开口端之间产生的静电电容，数字Cg表示发射电极2的开口端和接地电极8之间产生的静电电容，数字CG表示电极6和接地电极8之间产生的静电电容。L表示发射电极2的电感成分，这个电感成分和主要的Cg形成了谐振电路。数字R表示辐射电阻。上述电路部分构成了天线部分。
根据上面所示的结构，通过滤波器部分的带通滤波器的特性使只让接收信号频带中的信号通过，仅仅通过将这个包含滤波器的电介质天线安装在电路基片时，将可以从图1中所示耦合用的外部电极7的电极只得到所需的接收到的信号。
下面，将参照图3A和3B，解释使用包含滤波器的电介质天线的无线电设备的结构，它是第二较佳实施例。
图3A是无线电设备的接收部分的方框图，图3B是无线电设备的发送部分的方框图。在图3A和3B中，点划线部分表示包含滤波器的电介质天线。图3A中，接收天线设置在带接收滤波器的单个结构上，在图3B中，发送天线设置在带发送滤波器的单个结构。这个包含滤波器的电介质天线被例如安装在无线电设备的电路基片上。结果，可以使整个无线电设备小型化。
下面，图4示出了根据第三较佳实施例的包含滤波器的电介质天线的结构的透视图。将接地电极8设置在矩形介质基片1的外部表面(六个表面)上。将没有接地电极的缝隙设置在介质基片1的图的顶侧。这种结构形成了缝隙天线。另外，将通孔3a和3b设置在介质基片1中，并将谐振电极4a和4b设置在通孔中。将每一个谐振电极4a和4b的端部引到通孔3a和3b的开敞表面中的接地电极8，并且另一端部在不导电部分5a和5b处开路。将电极6设置在从介质基片1的底部表面到图中的右后侧，并与接地电极8绝缘。另外，将耦合用的外部电极7设置在从介质基片1的下侧到图中的左端面，并与接地电极8绝缘。电极6和耦合用的外部电极7、以及谐振电极4a和4b通过它们之间产生的静电电容耦合。另外，电极6的磁场产生电磁场分布，由此，电场向缝隙18的短路端方向传播，由此将电施加在缝隙天线上。
下面，将参照图5，解释根据本发明的第四较佳实施例的包含滤波器的电介质天线。图5中，数字100表示天线部分。将接地电极22设置在图中所示的介质基片19的底部表面上，并将发射电极2设置在从图中所示的右后侧到顶部表面。另外，将电极24设置在介质基片19的底部表面上，并与接地电极22绝缘。另一方面，数字101表示滤波器部分，其中将通孔3a和3b设置在介质基片20中，另外，将谐振电极4a和4b设置在通孔3a和3b中。
图5中，数字21表示陶瓷基片，它具有设置在其外部表面上的接地电极25。另外，将电极26设置在图中的顶部表面上，并与接地电极25绝缘。另外，将电极27设置在从顶部表面经过前端表面到底部表面，并与接地电极25绝缘。通过使用焊接电镀银电极等方式将天线部分100和滤波器部分101安装在基片21上。在这种情况下，滤波器部分101的电极6和7引到基片上的电极26和27，天线部分100上的电极24引到基片上的电极26，另外介质滤波器和介质天线的接地电极都引到基片上的接地电极25。
上面所示的结构形成包含滤波器的电介质天线，其中将电极27用作接收信号的输出终端。
图6是根据第五实施例的包含滤波器的电介质天线的透视图。在到现在为止所示的每一个实施例中，将谐振电极设置在介质基片上的通孔内部，但可以将谐振电极4a和4b设置在不穿通的孔3a和3b内部，如图6所示。在这种情况下，在介质基片1内部的谐振电极4a和4b的端部与后端面上的接地电极8之间产生寄生电容。在其他方面，结构和作用与第一实施例中的相同。
图7是根据第六较佳实施例的包含滤波器的电介质天线的透视图。在至今所示的每一个实施例中，将谐振电极设置在介质基片中的孔内部，但如图7所示，可以将谐振电极4a和4b安排成条状线。如图中可见，谐振电极4a和4b的端部经过前右方的端面连接到介质基片1的底部表面上的接地电极8。另一个端部的结构和作用与第一实施例中相同。
下面，将参照图8解释包含双工器的电介质天线。将由3a、3b、3c和3d表示的四个通孔设置在矩形介质基片1上，并将谐振电极4a、4b、34a和34b设置在其中。将接地电极8设置在介质基片1的外部表面上(六个表面)，并且每一个谐振电极4a、4b、34a和34b的一个端部连接到接地电极8。另外，这些谐振电极的另一个端部在未形成电极部分5a、5b、35a和35b处开路。将电极6设置在介质基片1底部表面上如图中所示，以在谐振电极4a和34b之间形成静电电容。另外，将电极7和37设置在从介质基片1(如图中所示的)底部表面到左前方端面，和设置在从底部表面到右后方端面。这些电极7和37由谐振电极4b和34a之间产生的静电电容所耦合。将缝隙18设置在介质基片1(如图中所示)的顶部表面上。设置在介质基片1的底部表面上的电极6产生电磁场分布，由此电场沿缝隙18的短路端方向传播，由此将电提供给缝隙天线。
根据图8所示的结构，接收滤波器包含使用谐振电极4a和4b的两级谐振器，而发送滤波器包含使用谐振电极34a和34b的两级谐振器。电极6将发送信号和接收信号分开。即，与缝隙18相对的电极6的位置是分裂点，从分裂点到接收滤波器的输入级谐振器(谐振器包含谐振电极4a)等效短路表面的波导长度为波导上发送的信号频率波长的四分之一的奇数倍，另外，从分裂点到发送滤波器的输出级谐振器(谐振器包含谐振电极34b)的等效短路表面的波导长度为波导上的接收信号的频率波长的四分之一的奇数倍。
下面，图9示出另一个包含双工器的电介质天线的结构的分解透视图。在图9中，数字100表示天线部分，将接地电极22设置在介质基片19的底部表面上，如从图中所见，并将发射电极2设置在从右后方端面到顶部表面，如图中所见。另外，将电极24设置在介质基片19的底部表面上，并与接地电极22绝缘。另一方面，数字101表示滤波器部分，它具有多个设置在介质基片20上的通孔以及设置在滤波器部分内的电极。
图10A到10B是上述滤波器部分的投影图，其中图10B是俯视图，图10C是正视图，图10A是后视图，而图10D是左示图。滤波器部分包含设置在矩形介质块1中各种类型的孔和的电极。即，33a、33b、33c、43a、43b和43c为发送滤波器侧的孔，而3a，3b，3c和3d是接收滤波器侧的孔。然后，数字39表示用于形成耦合电极的孔。如同一附图中的图10B所示，孔是在图中位于顶部一半或底部一半的阶级状的孔，它具有不同的直径，并且其中设置有电极。这些电极在阶级孔的大直径端的端部或其附近是开敞的。图10A中所示的孔45a、45b和45c是接地孔。将从耦合电极40延伸的电极38、从谐振电极34a延伸的耦合用的外部电极37、外部耦合电极7(它在它和谐振电极4d之间产生静电电容)设置在介质基片的外部表面上。另外，将接地电极23设置在介质基片上除这些电极之外的几乎整个表面上(六个表面)。
下面描述上述结构的滤波器部分的作用。首先，设置在谐振器波导3a、3b、3c和3d的孔中的谐振器波导4a、4b、4c和4d通过共线耦合，谐振波导4a交叉耦合到耦合用的电极40。结果，电极38和7之间的部分用作带通滤波器。另一方面，设置在孔33a、33b和33c中的谐振电极34a、34b、34c和34d、耦合用的电极40和谐振电极34交叉的耦合到一起。另外，上述谐振电极34a、34b和34c，以及设置在孔43a、43b和43c中的谐振电极被交叉耦合。结果，电极37和38都通过谐振电极34a、34b和34c相移π/2，由此作为包含三级陷波电路的带阻滤波器。接地孔45a、45b和45c的截止作用防止了谐振电极之间不想要的耦合。
图9中，数字21表示陶瓷基片，它具有设置在其外部表面上的接地电极25，并且将电极26设置在其顶部表面上，将电极27和28设置在从顶部表面经过侧表面，到底部表面。通过将天线部分100和滤波器部分101安装到基片21上，使滤波器部分101的电极7、37和38分别连接到电极27、28和26，并将天线部分100的电极24连接到基片上的电极26。
在上述每一个实施例中，将谐振电极设置在介质基片中，但可以将谐振电极设置在介质基片的外部表面上，形成微带线状谐振器。
下面，将参照图11解释使用包含双工器的电介质天线的无线电设备。
图11是无线电设备的发送部分的方框图。在图中，点划线部分表示包含双工器的电介质天线，以带双工器的单个结构构成发送天线。该包含双工器的电介质天线被例如安装到移动电话的电路基片上。结果，可以使整个无线电设备小型化。
虽然已经参照本发明的较佳实施例，具体示出并描述了本发明，但熟悉本领域的人知道，在不背离本发明的主旨的条件下，上述和其它形式和细节上的修改是可以的。
权利要求
1.一种包含滤波器的电介质天线，其特征在于包含介质基片；天线部分，包含具有一个短路端和一个开路端，并设置在介质基片上或内部的发射电极；滤波器部分，包含至少一个设置在介质基片上或内部的谐振电极，以及与谐振电极组合的外部耦合电极；及相互耦合的发射电极和谐振电极。
2.如权利要求1所述的电介质天线，其特征在于设置与地电气绝缘，并在谐振电极和发射电极之间产生静电电容的电极；并且通过静电电容将谐振电极和发射电极相互耦合。
3.一种包含滤波器的电介质天线，其特征在于包含介质基片；缝隙天线型天线部分，包含接地电极，它以缝隙形状开敞，并设置在介质基片上；滤波器部分，包含至少一个设置在介质基片上或内部的谐振电极，与谐振电极组合的外部耦合电极；及耦合到谐振电极和耦合到缝隙天线的电极。
4.一种包含滤波器的电介质天线，其特征在于包含第一介质基片；天线部分，包含预定形状的电极，它包含外部耦合电极，并设置在第一介质基片上或内部；第二介质基片；滤波器部分，包含至少一个设置在第二介质基片上或内部的谐振电极，以及与谐振电极组合的外部耦合电极；及基片，其上设置有连接天线部分的外部耦合电极以及滤波器部分的外部耦合器电极的电极，并将天线部分和滤波器部分安装在其上。
5.一种包含双工器的电介质天线，其特征在于包含发送滤波器和接收滤波器，每一个都包含如权利要求1到4的任一条所述的滤波器部分；及发送滤波器的输出级的谐振电极和接收滤波器的输入级的谐振电极，它们耦合到天线部分。
6.一种无线电设备，其特征在于包含如权利要求1到4的任一条所述的含有滤波器的电介质天线，或如权利要求5所述的包含双工器的电介质天线，作为高频电路部分。
全文摘要
本发明提供了一种包含滤波器的电介质天线,包含:介质基片;包含具有一个短路端和一个开路端,并设置在介质基片上或内部的发射电极的天线部分;包含至少一个设置在介质基片上或内部的谐振电极,以及与谐振电极组合的外部耦合电极的滤波器部分;以及相互耦合的发射电极和谐振电极。
文档编号H01Q9/04GK1252632SQ9912314
公开日2000年5月10日 申请日期1999年10月22日 优先权日1998年10月22日
发明者栗田淳一, 加藤英幸, 櫛比裕一, 広嶋基晴, 石原甚诚, 松本治雄 申请人:株式会社村田制作所