专利名称：反f天线和装备该天线的无线通信系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种反F天线和装备该天线的无线通信系统，更具体地，涉及能够工作在分别的频段或由重叠各分别的频段形成的宽频段的反F天线，和必须转换其工作频段的无线电通信系统，诸如数字便携或移动电话。
一般，诸如蜂窝电话之类的移动无线电通信系统利用一个指定的频段交换通信信号或消息。
近年来，由于蜂窝电话的普及率迅速地增长，通信信号或消息的交换利用单一的规定频段执行已经变得困难。为了解决这种状态，蜂窝电话倾向于装备一种能够利用不同频段或单一的较宽频段交换通信信号或消息的功能。
一般，反F天线已经被广泛地用作蜂窝电话的天线，因为这种天线可以构成小型化。但是，反F天线具有一个缺点，即可操作频段相对地窄。因此，已经开发了各种技术来使得反F天线有可能覆盖各个别的频段或较宽的频段。
例如，在公开在1998年3月的日本未经审查专利申请10-65437披露了一种反F天线的改进，这个专利申请是由本发明的发明人T.Saito发明的。这个改进的天线被表示在
图1-3。
如图1所示，该现有技术的反F天线110包括用作辐射元件的矩形导体平板100、用作地导体的电路板106和配置在平板100和电路板106之间的电解质衬垫107。衬垫107起到固定导体板100和电路板106之间的距离在一个规定值的作用，因此稳定天线110的辐射特性。导体板100的长侧边的长度为La和其短侧边的长度为Lb。
导体板或辐射元件100具有馈电端子102，用于馈送射频(RF)电信号到元件100或从其接收电信号；接地端子103用于接地元件100到电路板或地导体106；和转换端子104，用于转换天线110的谐振频率。辐射元件100和端子102、103和104是由导电板构成的。端子102、103和104是L形的和连接到矩形导体平板100的短侧边。端子102和103之间的间距为Lc。端子103和104之间的间距为Ld。
与电路板106平行地弯曲的馈电端子102的下部通过贯穿电路板106的矩形孔106a与电路板106分隔开。因此，馈电端子102没有被电气上连接到电路板106。馈电端子102的下部被电气上连接到蜂窝电话的射频部分120的接收机电路108，如图2所示。
与电路板106平行地弯曲的接地端子103的下部与电路板106进行接触和电气上连接到电路板106。该下部通过焊接被固定到电路板106上。因此，端子103被电气上连接到地。
与电路板106平行地弯曲的转换端子104的下端通过贯穿电路板106的矩形孔106b与电路板106分隔开。转换端子104的下端被电气上连接到位于孔106b的开关105的一端。开关105的另一端被电气上连接到电路板106上。
开关105由蜂窝电话的射频部分120中的控制电路109进行控制，如图2所示。如果开关105被关断，转换端子104被电气上与电路板106断开，其中仅接地端子103被电气上连接到电路板106。如果开关被接通，转换端子104被电气上连接到电路板106，其中不仅接地端子103，而还有转换端子104也连接到电路板106。
当开关5在断开状态下，矩形辐射元件100的周长L由以下公式给出L＝(2La+2Lb)这种情况下，如图3所示，VSWR(电压驻波比)在频率f1被减至最小。换言之，天线110的谐振频率为f1。
另一方面，当开关5在接通的状态下，矩形辐射元件100的等效电气长度由以下公式给出L′＝(2La+2Lb-Ld)在这种情况下，如图3所示，VSWR(电压驻波比)在高于频率f1的f2被减至最小。换言之，天线110的谐振频率被从f1转换到f2。
因此，现有技术天线110的谐振频率可以在频率f1和f2之间进行转换和因此，具有天线110的蜂窝电话能够覆盖两个分别的频段或由覆盖两个分别的频段构成的宽的频段。
虽然在这里没有表示出，公开在1987年8月的日本未审查专利申请62-188504披露了一种除接地板外包括两个相对可移动的辐射单元的连接板(patch)天线。RF信号通过同轴馈线被馈送到接地板。两个辐射体可以互相重叠和互相接触，因此改变了辐射元件的总的体积或者尺寸。因此，公开在日本未审查专利申请62-188504中现有技术的连接板天线的谐振频率可以被改变，从而覆盖两个分别的频段或由覆盖两个分别频段的构成的宽的频段。
近来，由于业务的增加，出现分配给蜂窝电话的可用频率有变窄的趋向的问题。为了解决这个问题，除了常规分配的频段外，已经作出分配新的频段给蜂窝电话的考虑，从而缓解或降低这种矛盾。
为了适应这种考虑，上述现有技术的天线存在下述问题。
利用公开在日本未审查专利申请10-65437中的现有技术的天线，谐振频率是通过电气上连接转换端子104到电路板106或从其断开。因此，为了适应新分配的频段，另外的转换端子需要设置到辐射元件100上。但是，转换端子的增加并不是始终是可能的。
例如，如果新分配的频段(例如，830MHz或附近)位于两个通常可用频段(例如，820MHz和880MHz频段)之间和这两个频段之一的附近，则新增加的转换端子需要设置在接地端子103和转换端子104之间，同时它需要设置在端子103和104之一的附近。但是，某些具体的限制存在于实际现有技术的具有可分开接地的天线110的制造之中。从而，现有技术天线110对于适应新的分配频段的增加是困难的。
另外，在近年来，蜂窝电话已经变得更小巧和重量更轻。新的接地端子增加到辐射元件100上增加了天线110和蜂窝电话本身的尺寸。因此，保证新增加的接地端子和靠近接地端子104和105之一之间的距离或间距是困难的。
另外，新增加的接地端子需要一个新的接合区，用于它在电路板106上的电气连接，这要求更多的劳动。新的接地点的形成是困难的，因为在电路板106上印制电路的安排已经很紧密。
利用公开在日本未审查专利申请62-188504中的现有技术的连接板天线，存在天线的体积不可能有效地利用的问题，因为这种天线具有两个可移动的辐射元件。
因此，本发明的目的是提供在保持它的紧凑性的同时，能够适应可用频段的改变或增加的一种反F天线，和利用该天线的一种无线通信系统。
本发明的另外一个目的是提供一种其工作频率可以在窄的间距或各间距上可操作地被转换的反F天线，和利用该天线的一种无线通信系统。
本发明的再一个目的是提供一种可能有效地利用天线的体积的反F天线，和利用该天线的一种无线通信系统。
本发明还有一个目的是提供一种覆盖分别的频段或由重叠各分别的频段形成的宽的频段的反F天线，和利用该天线的一种无线通信系统。
从下面的描述中，对于本专业接收机人员而言，上述各目的连同其他没有具体描述的各目的将是显而易见的。
按照本发明的第一个方面，提供一种反F天线，该天线包括一个辐射元件，用于辐射或者接收RF信号；相对于该辐射元件具有规定间隙安排的一个接地导体；电气上与连接到辐射元件上的馈电端子；电气上连接到辐射元件的第一接地端子；设置在连接第一接地端子到接地导体的导线的至少一个阻抗元件；和用于选择性地插入该至少一个阻抗元件到导线中的第一开关。该天线的谐振频率通过操作该第一开关进行改变。
利用按照本发明的第一个方面的反F天线，至少一个阻抗元件被设置在连接第一接地端子到接地导体的导线上和同时通过操作该第一开关该元件被选择性地插入到导线。因此，该天线的谐振频率可以通过操作该第一开关进行改变。
另一方面，因为谐振频率通过利用至少一个阻抗元件和第一开关进行改变，应付可用频段的改变，不需要用于电气上连接辐射元件到接地导体的接地端子。这意味着可用频段的改变可以不增加天线的尺寸的方式予以实现。
结果，按照本发明的第一个方面能够解决可用频段的改变，同时保持它的紧凑性。
另外，通过调整至少一个阻抗元件的阻抗值，谐振频率可以在窄的范围内容易地进行调整。因此按照本发明的第一个方面的天线的天线工作频段可以在窄的间隔或各间隔上可选择地进行转换。
另外，因为谐振频率是通过操作第一开关被改变的，不需要附加辐射元件。这使得有可能有效地利用天线的体积。
附加地，谐振频率可以通过第一开关和至少一个阻抗元件被改变。因此，按照第一个方面的天线覆盖各分别的频段或由重叠各个分别的频段形成的宽的频段。
在按照第一个方面的一个优选实施例中，还要设置电气上连接到辐射元件的第二接地端子，在这个实施例中，另一个优点是天线的诣振频率可以容易地增加。
在按照第一个方面的天线的另外一个优选实施例中，还设置通过开关电气上连接到辐射元件上的第二接地端子。在这个实施例中，还出现天线的谐振频率被改变可以通过不仅操作第一开关而且还操作第二开关的附加优点。
按照第一个方面的天线的再另外一个优选实施例，提供电感元件和电容元件中的至少一个作为至少一个阻抗元件。该第一开关具有通过电感元件和电容元件中的至少一个电气上连接第一接地端子到接地导体的功能和不通过电感元件和电容元件电气连接第一接地端子到接地导体的功能。
在按照第一方面的天线的另外一个优选实施例中，第一开关是由第一驱动电路驱动的二极管开关。在这个实施例中，有一个附加的优点是该第一开关的结构被简化了。
第二开关可以是一个由第二驱动电路驱动的二极管开关。在这个实施例中，有一个附加的优点是第一和第二开关两者都被的结构简化了。
辐射元件可以具有一个槽，以增加电流路径的长度。在这种情况下，有一个附加的优点，是谐振频率可以被降低，但不增加天线的体积。
辐射元件可以具有一些折叠部分，用于在辐射元件和接地导体之间形成附加的电容元件。该附加的电容元件被电气上连接，以链接辐射元件和接地导体。在这种情况下，有一个附加的优点，是谐振频率可以被降低，但不增加天线的体积。
按照本发明的第二个方面，提供一种无线通信系统，该系统包括按照本发明的第一个方面的反F天线，用于通过天线接收RF信号和输出一个选择各可用频段之一的选择信号的接收电路，和用于通过该选择信号控制第一开关操作的控制电路。
利用按照本发明的第二方面的无线通信系统，装备按照本发明的第一方面的天线。因此，具有与按照本发明的第一方面所表示的天线相同的优点。
在按照本发明的第二个方面的系统的实施例中，天线的谐振频率被进行选择，使得在备用模式中，系统功耗被降低到最小。在这个实施例中，具有系统总功耗被降低到最小的附加优点。
在按照第二个方面的的系统的另外的优选实施例中，还提供用于驱动第一开关的第一驱动器。在备用模式中第一驱动器不馈送驱动电流到第一开关。在这个实施例中，具有利用简化的结构将系统总功耗被降低到最小的附加优点。
为了使本发明可能更容易理解，将参照各附图进行描述。
图1是表示现有技术的反F天线的示意性透视图；图2是表示如图1所示的现有技术的反F天线的结构的示意性功能方框图；图3是表示如图1所示的反F天线的VSWR依赖频率的图；图4是表示按照本发明的第一实施例的反F天线的组态的示意性透视图，该天线是与数字蜂窝电话结合在一起的；图5是表示按照图4的第一个实施例的反F天线的回损依赖频率的图，该天线覆盖3个分别的频段；图6是表示按照图4的第一个实施例的反F天线的回损依赖频率的图，该天线覆盖3个互相重叠的分别的频段形成的变频带；图7是表示包括按照图4的第一实施例反F天线的数字蜂窝电话的电路组态的示意图；图8是表示按照图4的第一实施例的谐振频率与电感的电感值之间的关系和链接平面的长度Lc′与电感值之间的关系的图；图9是按照图4的第一实施例的F天线的具有馈电端子和第一与第二接地端子的辐射元件的示意性部分透视图；图10是按照图4的第一实施例的F天线的具有馈电端子和第一与第二接地端子的辐射元件的示意性部分透视图，其中链接板被设置在馈电端子与第一接地端子之间；图11是表示按照本发明的第二实施例的与数字蜂窝电话结合在一起的反F天线组态的示意性透视图；图12是表示按照本发明的第三实施例的与数字蜂窝电话结合在一起的反F天线组态的示意性透视图；图13是表示按照本发明的第四实施例的与数字蜂窝电话结合在一起反F天线组态的示意性透视图；图14是表示第一和第二开关状态的示意图，其中第一开关直接连接第一端子到接地导体，同时第二开关从接地板断开第二接地端子；图15是表示第一和第二开关状态的示意图，其中第一开关通过电感连接第一端子到接地板，而第二开关从接地板断开第二接地端子。
图16是表示第一和第二开关状态的示意图，其中第一开关通过电感连接第一端子到接地导体，而第二开关连接第二接地端子到接地板；图17是表示按照本发明的第五实施例的反F天线组态的示意性部分透视图；图18是表示按照本发明的第六实施例的反F天线组态的示意性部分透视图。
下面将参照各个附图详细地描述本发明的优选实施例。
第一实施例在图4中表示按照本发明的第一实施例的一种结合到数字蜂窝电话中的反F天线。这个天线被用作接收天线和因此为了描述上的简化电话的发射机电路在图4中被忽略了。
(组态)如图4所示，按照第一个实施例的F天线包括用作辐射元件的矩形导体平板2、用作接地导体的矩形接地板3、和位于辐射元件2和接地板3之间的电解质隔离层14。导体平板2相对于接地板3和近似地与之平行。隔离层14用作固定平板形辐射元件2和平板形接地导体3之间的距离为一个规定值，从而稳定了天线1的辐射特性。元件2的长侧边的长度为La和其短侧边的长度为Lb。
导体板或辐射元件2具有用于馈送RF电信号到元件2或从其接收RF信号的馈电端子4，和用于接地元件2到接地导体3的第一与第二接地端子5和6。这些端子4、5和6是L形的和连接到辐射元件2的短侧边。馈电端子4和第一接地端子5之间的间隙是Lc。第一和第二接地端子5和6之间的间隙是Ld。
在改变辐射元件2和接地导体3之间的阻抗值，即改变天线1的谐振频率的第一接地端子5始终被使用。第二接地端子6被用于按需要改变天线1的谐振频率。
被平行于接地导体3弯曲的馈电端子4的下端通过穿过导体3的矩形孔3a与导体3分开。因此，端子4与导体3不连接。端子4的下端被电气上连接到数字蜂窝电话的射频部分的接收电路12。
类似地平行于接地导体3被弯曲的第一接地端子5的下端通过穿过导体3的矩形孔3b与导体3分开。因此，端子5在这个位置不与导体3连接。端子5的下端在电气上连接到提供在数字蜂窝电话中的导体3的外侧的第一开关7的一个端子7a。第一开关7的另外两个端子7b和7c被电气上连接到导体3上。这意味着第一接地端子5通过第一开关7电气上被连接到接地导体3。
如图4所示，电感元件或线圈8被连接到端子7b，同时没有阻抗元件被连接到端子7c。因此，电感8可以被插入到连接第一接地端子5和接地导体3的导线中，或通过操作第一开关7从该导线中断开。
类似地平行于接地导体3弯曲的第二接地端子6的下端通过穿过导体3的矩形孔3c与导体3分开。因此，在这个位置上端子6也不与导体3电气上连接。端子6的下端电气上连接到提供在数字蜂窝电话中的导体3的外侧的第二开关9的一端9a。第二开关9的另外的端子9b电气上连接到导体3上。这意味着第二接地端子6通过第二开关9电气上连接到接地导体3。
如图4所示，与第一开关7不同，没有阻抗元件被连接到第二开关9的端子9b上。这意味着开关9执行简单的通断操作和结果，第二接地端子6可以按照需要通过操作第二开关9选择性地被启动或使用。
第一和第二开关7和9分别由设置在数字蜂窝电话中的导体3的外侧的第一和第二驱动电路10和11进行驱动。第一和第二驱动电路10和11由蜂窝电话的控制器电路13进行控制。
如果第一开关7被操作，连接端子7a到端子7b，则第一接地端子5被电气上通过电感8连接到接地端子3。如果等于开关7被操作，连接端子7a到端子7c，则第一接地端子5被电气上直接连接到接地导体3(即，没有电感8)。
如果第二开关9被关断，第二接地端子6不被电气上连接到接地导体3，其中仅第一接地端子4被利用。如果第二开关9被接通，第二接地端子6被连接到导体3，其中不仅第一接地端子5而且第二接地端子6都被利用。
一般，导体板或辐射元件2是由矩形金属板构成的。但是，其它任何导体材料都可以被用来构成元件2。3个端子4、5、和6可以通过弯曲元件2的矩形金属板的3个伸出物简单地构成。接地板或接地导体3是由矩形金属板或印刷电路的导体层(即，铜泊)构成的。
在第一个实施例中，辐射元件2是由矩形金属板形成的，端子4、5、和6是通过弯曲元件2的矩形金属板的各伸出物构成的。接地导体3是由矩形金属板形成的。接地导体3是利用第一和第二开关7和9、电感8、第一和第二驱动电路10和11、接收机电路12、和控制电路13被形成在上面的印刷电路板(未表示出)支持的。
接收机电路12再生从远端蜂窝电话通信发送的信息或消息。电路12具有通常的组态，包括RF放大器、变频器、解调器等等。
(操作)接下来，下面参照图5、6、14、15、和16描述如图4所示的蜂窝电话的操作。
当如图5所示由反F天线检测的RF信号SR处于中频段A2时，接收机道路2发送对应于频段A2的信道信号SC到控制电路13。然后，响应于信道信号SC，控制电路13发送第一转换信号SS1(例如，高电平信号)到第一驱动电路10和与此同时，控制电路13发送第二转换信号SS2(例如，低电平信号)到第二驱动电路11。
响应于第一转换信号SS1，第一驱动电路10发送第一驱动信号SD1到第一开关，从而连接端子7a到端子7c。因此，第一接地端子5被电气上直接连接到接地导体3(即，没有电感8)。同样，响应于第二转换信号SS2，第二驱动电路11发送第二驱动信号SD2到第二开关9，从而断开端子9a与端子9b。因此，第二接地端子6没有被电气上连接到接地导体3。
在这一阶段，第一和第二开关7和8的状态表示在图14。
因此，当RF信号SR在频段A2时，反F天线1具有馈电端子4和第一接地端子5，没有电感8，这是一种非常普通的组态。第一和第二开关7和9被驱动后，得到如图14所示的状态，天线1接收在频段A2中的RF信号SR和接收机电路12对如此的接收信号SR执行其预定的解调操作。
接下来，当由反F天线检测的RF信号SR位于较低的频段A1中而不是频段A2时，接收机电路12发送对应于频段A1的信道信号SC到控制电路13。然后响应于信道信号SC，控制电路13发送第一转换信号SS1(例如，低电平信号)到第一驱动电路10和与此同时，控制电路13发送第二转换信号SS2(例如，低电平信号)到第二驱动电路11。
对于频段A1的第一转换信号SS1具有与频段A2相反的电平。对于频段A1的第二转换信号SS1具有与频段A2相同的电平。
响应于第一转换信号SS1，第一驱动电路10发送第一驱动信号SD1到第一开关7，从而连接端子7a到端子7b，而不是7c。因此，第一接地端子5通过电感8被电气上连接到接地导体3。同样，响应于第二转换信号SS2，第二驱动电路11发送第二驱动信号SD2到第二开关9，从而从端子9b断开端子9a。因此，第二接地端子6不在电气上连接到接地导体3。
第一和第二开关7和9的状态被表示在图15。
如上所述，当RF信号SR在较低的频段A1中时，反F天线1具有带电感8的馈电端子4和第一接地端子5。在第一和第二开关7和9被驱动得具有如图15所示的状态后，天线1接收在频段A1中的RF信号SR和接收机电路12对SR执行其预定的解调操作如此接收的。
正如从上面可以看出的那样，当RF信号SR在较低的频段A1中时，电感8被插入到连接第一接地端子5和接地导体3的线路中。被插入的电感8具有降低天线1的谐振频率的作用。结果，天线1能够接收低于频段A2的频段A1中的信号SR。
图8表示天线1的谐振频率与电感8的电感值之间的关系。从图8可以看出谐振频率随着电感值的增加而逐渐降低。
另一方面，随着电感8的电感值的增加，天线1的输入阻抗改变。因此，可能出现输入阻抗具有大于所期望的特征阻抗(例如，50Ω)的值的缺点，换言之，天线1与接收机电路12之间的阻抗匹配被破坏。这个缺点可以利用下述方式予以克服。
众所周知，如图9所示，反F天线1的输入阻抗可以通过改变馈电端子4与第一接地端子5之间的间距予以改变。另外，如图10所示，如果形成矩形导电链接板16或增加以便一起链接邻近端子4和5并与辐射元件2相接触，天线1的输入阻抗可以通过改变链接板16的长度Lc′来改变。因此，即使由于电感值的增加，天线1的输入阻抗变得不等于特征阻抗值的情况下，可以通过适当地改变链接板16的长度Lc′，恢复天线1与接收机道路12之间的阻抗匹配。
不需多说，电感8是可以由电容代替的。在这种情况下，天线1的谐振频率随着电容值的增加而上升，这是与电感8的情况相反的。
另外，当由反F天线1检测的RF信号SR在高于频段A2的频段A3时，接收电路12发送对应于频段A3的信道信号SC到控制电路13。然后，响应于信道信号SC，控制电路13发送第一转换信号SS1(例如，低电平信号)到第一驱动电路10和与此同时，控制器13发送第二转换SS2(例如，高电平信号)到第二驱动电路11。
对于频段A3的第一转换信号SS1具有与对于频段A1相同的电平。对于频段A3的第二转换信号SS2具有与对于频段A1相反的电平。
响应于第一转换信号SS1，第一驱动电路10发送第一驱动信号SD1到第一开关7，因此连接端子7a到端子7b。因此，第一接地端子5通过电感8被电气上连接到接地导体3。同样，响应于第二转换信号SS2，第二驱动电路11发送第二驱动信号SD2到第二开关9，因此连接端子9a到端子9b。因此，第二接地端子6通过电感8被电气上连接到接地导体3(即，端子6被驱动)。
在这一级上第一和第二开关7和9的状态表示在图16。
如上所述，当RF信号SR在较高频段A3时，反F天线1具有馈电端子4、利于电感8的第一接地端子5和第二端子6。在第一和第二开关被驱动具有如图16所示的状态后，天线1接收在频段A3的RF信号SR，和接收机电路12对如此接收的信号SR执行预定的解调操作。
因此，当RF信号SR在较高频段A3时，第一和第二接地端子5和6被利用，这种情况等效第一接地端子5的宽度被扩大的事实。众所周知，天线1的谐振频率随着第一接地端子5宽度增加而增加。结果，天线1在比频段A2高的频段A3接收信号SR。
图5表示天线1从馈电端子4的回程损耗。如图5所示，反F天线1在3个频段A1、A2、和A3的任何一个中接收RF信号SR，换言之，天线1覆盖3个分别的频段A1、A2、和A3。
如果3个分别的频段A1、A2、和A3被调整得彼此重叠，则天线1覆盖比频段A1、A2、和A3任何一个都宽的单一的频段，如图6所示。
利用按照本发明的第一实施例的反F天线，电感8被设置在连接第一接地端子5到接地导体3的连接线中和与此同时，有选择地被插入到由第一开关7进行操作的线上。第二接地导体6通过开关9电气上连接到接地导体3。因此，天线1的谐振频率可以通过操作第一和第二开关7和9的至少一个进行改变。
另一方面，因为天线1的谐振频率利用电感8和第一和第二开关7和9进行改变，不再需要为了克服可用频段的变化和附加，用于电气上连接辐射元件2到接地导体3的接地端子。这意味着，在不增加天线1的尺寸的情况下，实现可用频段的变化和附加。
结果，按照第一实施例的天线1能够解决实现可用频段的变化和附加，同时保持其紧密的结构。
另外，通过调整电感8的电感值，谐振频率可以容易地在窄范围内进行调整。因此，天线1的天线工作频率可以在窄的频段或各个频段上可操作地进行转换。
再有，由于至少通过操作第一和第二开关7和9之一就可以改变谐振频率，而不需要再操作辐射元件了。这使得可能有效地利用天线的体积。
另外，通过利用至少第一和第二开关7和9和电感之一就可以改变谐振频率。因此，天线1覆盖分别的频段或由重叠的分别形成的宽的频段。
(调整方法)天线1的尺寸可以按如下方法进行调整。
首先，辐射元件2的参数L是使满足如下方程确定的L＝(2La+2Lb)≈λ/2其中，λ是中间频率频段A2的RF信号SR的自由空间传播波长。
其次，调整天线1的谐振频率满足较低频段A1，从图8的图中读出对于频段A1实现要求的谐振频率，需要的电感8的值的增加或减少。电感8的电感值被确定得等于需要的电感的改变，因此得读出。
最后，调整天线1的谐振频率满足较高频段A3，第一和第二接地端子5和6之间的间距Ld通过任何已知方式被适合地调整实现满足频段A3的谐振频率。
(详细的组态)图7表示包括按照图4的第一实施例的包含反F天线1的数字蜂窝电话的电路组成。
如图7所示，二极管D1和D2分别被用作第一和第二开关7和9，和电感线圈L1被用作电感8。耦合电容C1和C2被分别串联连接到二极管D1和D2。为了减小插入的电容C1和C2的影响，电容C1和C2的电容值被如此地进行确定，即它们在频段A1、A2、和A3(或在频段A4)的阻抗值是足够的低。
第一接地端子5通过串联的电容C1和二极管D1或电感L1的组合被电气上连接到接地导体3。第二接地端子6通过串联的电容C2和二极管D2的组合被电气上连接到接地导体3。
第一驱动电路10具有彼此串联的第一转换电路20，和电阻R1个扼流线圈L2。第一转换电路20在二极管D1与电容C1之间的连接点通过电阻R1和扼流线圈L2被电气上连接到第一开关7。
第一转换电路20包括pnp双极型晶体管Q1、npn双极型晶体管Q2和电阻R1、R2、R3、和R4。晶体管Q1的发射极被连接到电源(未表示出)和实加电源电压VCC。晶体管Q1的集电极通过电阻R1和扼流圈L2被连接到第一转换开关7。电阻R3被连接到晶体管Q1的发射极与基极的链接线路。电阻R4被连接到晶体管Q1的基极到晶体管Q2的集电极的链接线路。电阻R5被连接到晶体管Q2的发射极与基极的链接线路。电阻R6被连接到晶体管Q2的基极和第一开转换电路20的输入端20a的链接线路。晶体管Q2的发射极被连接到地。
同样，第二驱动电路11具有彼此串联的第二转换电路21、和电阻R2和扼流圈L3。第二转换电路21在二极管D2与电容C2之间的连接点通过电阻R2和扼流圈L3被连接到第二开关9。
第二转换电路21包括pnp型双极晶体管Q3、npn型双极晶体管Q4、和电阻R7、R8、R9、和R10。晶体管Q3的发射极被连接到电源和施加电源电压VCC。晶体管Q2的集电极通过电阻R2和扼流圈L3被连接到第二开关9。电阻R7被连接到晶体管Q3的发射极与基极的链接线路。电阻R8被连接到晶体管Q3的基极到晶体管Q4的集电极的链接线路。电阻R9被连接到晶体管Q4的发射极与基极的链接线路。电阻R10被连接到晶体管Q4的基极和第二转换电路21的输入电阻21a的链接线路。晶体管Q4的发射极被连接到地。
为减小第一和第二驱动电路11和12对天线性能的影响，扼流圈L2和L3的电感值被这样确定，即使得它们的阻抗值在频段A1、A2、和A3(或在频段A4)足够地高。
接下来，下面说明在图7中的第一和第二驱动电路11和12和第一和第二开关7和9的操作。
当选择中间频段A2时，从控制电路13输出的第一转换信号SS1是高电平和从控制电路13输出的第二转换信号SS2是低电平。然后，在第一转换电路20中，因为第一转换信号SS1是高电平，晶体管Q2和Q1被导通，因此产生第一转换电路20的输出电流。因此所产生的输出电流流过二极管D1，使得D1导通。在此时刻，因为电容C1的阻抗在所要求的频段或各频段被设置得足够低，第一接地端子5相对于RF信号SR被直接连接到接地导体3。第一接地端子5不通过线圈或电感L1连接到地，因为线圈L1在所要求的频段或各频段上具有比电容C1足够高的阻抗。
在第二转换电路21中，因为第二转换信号SS2是低电平，晶体管Q4和Q3仍然关断，即第二转换电路21无输出电流。因此，二极管呈现高阻抗，这意味着第二开关9被关断。结果，第二接地端子6相对于RF信号SR被从接地导体3断开。
因此，当选择中间频段A2时，仅第一接地端子5被启动或利用，而不利用作为电感8的线圈L1。因为扼流圈L2和L3的阻抗值在频段A1、A2、和A3(或A频段)中被设置得足够高，第一和第二驱动电路11和12对天线性能的影响可以忽略。
当选择较低频段A1时，第一和第二转换信号SS1和SS2为低电平。在第一转换电路20中，晶体管Q2和Q1被关断和没有电流输出。因此，二极管D1被关断，相对于RF信号SR通过线圈L1连接第一接地端子5到接地板3。
第二转换电路21没有电流输出和二极管D2呈现高阻抗，即，第二开关9被断开。结果，相对于RF信号SR第二接地端子6与接地板3断开。
因此，当选择较低的频段A1时，仅第一接地端子5被启动或利用，同时利用线圈L1作为电感8，因此相对于中间频段A2天线1的谐振频率呈现较低。
当选择较高的频段A3时，第一转换信号SS1为低电平。第一转换电路20没有输出电流和二极管被关断，相对于RF信号SR通过线圈L1连接第一接地端子5到接地板3。
在第二转换电路21中，因为第二转换信号SS2为高电平，晶体管Q4和Q3被导通，因此第二转换电路21产生一个输出电流。因此产生的输出电流流过二极管D2，使二极管D2导通。此时，因为电容C2的阻抗对所要求的频段A3被设置得足够的低，第二接地端子6相对于RF信号SR被连接到接地板3。
因此，当选择较高的频段A3时，第一和第二接地端子5和6被启动，同时利用线圈L1作为电感8。第二接地端子6的增加对应于或等效于第一接地端子5的加宽和因此在频段A3天线1的谐振频率变得高于中间频段A2。
众所周知，二极管D1和D2具有随着流过二极管D1和D2的电流的增加而使导通阻抗变低的特性。因此，电阻R1和R2的阻值被这样确定，即使二极管D1和D2的导通阻抗值等于所希望的值。
电容C1和C2的电容值和扼流圈L2和L3的电感值被按照工作频率或者各频段(例如，A1、A2、和A3，或A4)适当地确定。例如，如果工作频段是约800MHz，则最好是电容C1和C2的电容值约为100pF和扼流圈L2和L3的电感值约为100nH。
在如图7所示的电路组态中，第一和第二驱动电路10和11是需要的，因为二极管D1和D2被用作第一和第二开关7和9。但是，如果第一和第二开关7和9是由能够被控制器电路13直接控制的元件或器件，诸如GaAs(砷化镓)FET(场效应晶体管)或GaAs开关IC(集成电路)构成的，则第一和第二驱动电路10和11可以被去除。
在按照图4的第一实施例的具有天线1的蜂窝电话中，最好是较低的频段A1被设计为有待被选择的备用模式中。这是由于以下原因。
在较低的频段A1，如上所述，第一和第二驱转换路20和21都关断。因此，在备用模式中没有驱动电流流过第一和第二驱动电路10和11。这意味着有一个减小系统功耗的优点。
第二实施例图11表示按照本发明的第二实施例的反F天线1A。这个天线1A被包括在具有与图4的第一实施例所说明的相同组态的数字蜂窝电话中。因此，为了描述简化，通过附加与图4相同的标号的方式，忽略关于对第一和第二开关7和9、第一和第二驱动电路10和11、接收机电路12、和控制器电路13的说明。
如上所述，按照第一实施例构成的反F天线1是由金属板构成的。与此不同，按照第二实施例的反F天线1A是由印制电路板构成的。
具体地，印制电路板，即敷铜箔的层压板包括矩形基底材料14A和两个矩形铜箔或形成在材料14A的两面的金属层。基底材料14A是由诸如聚四氟乙烯或玻璃纤维-环氧树脂之类的介电质制成和具有相对介电常数εr。层压板的上面铜箔通过刻蚀形成图形，从而形成具有长度La1和宽度Lb1的矩形辐射元件。层压板的下面铜箔按照需要通过刻蚀适当形成图形。
矩形接地导体3A和3个岛导体3Ad、3Ae、和3Af是通过在另外的印制电路板的上面铜箔形成图形形成的，以便形成蜂窝电话的电路。这种印制电路板的介电质基底材料为了简化没有被表示在图11中。上面的铜箔具有3个矩形的通孔3Aa、3Ab、和3Ac，用于分别将导体岛3Ad、3Ae、和3Af与接地导体3A隔离。
基底材料14A具有个3位于基底材料14A的短侧边之一的金属化通孔。这些金属化通孔以电的连接与辐射元件2A接触。该金属化通孔还分别以电连接的方式与导体岛3Ad、3Ae、和3Af接触，从而分别形成馈电端子4A、第一接地端子5A、和第二接地6A。导体岛3Ad、3Ae、和3Af是从基底材料14A上暴露出来。馈电端子4A与第一接地端子5A的间距为Lc1。第一和第二接地端子5A和6A的间距Ld1。
岛导体3Ad(即，馈电端子5A)被电气上连接到接收机电路12。导体岛3Ae(即，第一接地端子5A)通过第一开关7被电气上连接到接地导体3A。导体岛3Af(即，第二接地端子6A)通过第一开关9被电气上连接到接地导体3A。
利用按照图11的第二实施例的反F天线1A，介电质基底材料14A位于辐射单元2A与接地导体3A之间。因此，增加与图4的第一实施例的天线的相同的优点，即，与没有介电质基底材料14A的情况相比，按照有相对介电常数εr的基底材料14A的辐射单元2A的尺寸或大小可以被减小。另外，存在着另外附加优点，即在不利用隔离衬垫情况下，天线1A的辐射特性性可以被稳定化。
当第一接地端子5A被电气上连接到接地导体3A时，同时第二接地端子5A被从接地端子3A断开时，天线1A的谐振频率fy由以下方程给出Ly=(2Lal+2Lbl)≈(λ/2)ϵr]]>=(2Lal+2Lbl)≈(fy/2c)ϵr]]>其中Ly辐射单元2A的周长和c是光速。
因此，辐射单元2A的尺寸被减小到不利用介电质基底材料14A的情况下的1/ϵr]]>。
第三实施例图12表示按照本发明的第三实施例的反F天线1B，该天线被安装在与表示在图4的第一实施例的组态相同的数字蜂窝电话中。
天线1B具有与按照图4的第一实施例的天线1相同的组态，除了矩形平板型的辐射单元2B具有安排在平行于单元2B的短侧边的间隔中的3个直线槽2Ba。由于这些槽2Ba，在不增加单元2B的长度的情况型，电流路径长度被增加了。因此，在不增加天线1B的尺寸的情况下，降低了天线1B的谐振频率。换言之，在保持谐振频率不变的同时，不仅单元2B而且天线1B本身的尺寸也可以被降低。
第四实施例图13表示按照本发明的第四实施例的反F天线1C，该天线被安装在与表示在图4的第一实施例的组态相同的数字蜂窝电话中。
天线1C具有与按照图4的第一实施例的天线1相同的组态，除了矩形平板形辐射单元2C的相对于端子4、5、和6的短侧边具有折叠部分2Ca和2Cb和介电质衬垫15变设置在部分2Cb和接地导体3之间。部分2Ca垂直于单元2C的平直部分。部分2Cb平行于单元2C的平直部分。部分2Ca和2Cb是通过弯曲单元2C的端部形成的。
部分2Cb和导体3构成电气上链接辐射单元2C与接地导体的电容。由于这个电容的插入，存在一个附加的优点，即天线1C的谐振频率被降低，但不增加天线1C的尺寸。
第五实施例图17表示按照本发明的第五实施例的反F天线1D，该天线被安装在与表示在图4的第一实施例的组态相同的数字蜂窝电话中。
按照图4的第一实施例的天线1的一种变形的天线1D具有与图4的天线1相同的组态，除了第二开关9被取消了。因此，第二接地端子6始终是不起作用的，即端子6始终与接地导体3断开。
天线1D能够工作在两个分别的频段或因重叠这两个频段形成的宽的频段。这个天线1D可以被改变，通过简单地增加第二开关9，将工作在3个分别的频率上，而不必改变辐射单元2、接地导体3、和3个端子4、5、和6的结构。
无需赘述，通过取消通孔3c，第二接地端子6可能与接地导体4相接触，和第二接地端子6本身可能被取消。
第六实施例图18表示按照本发明的第六实施例的反F天线1D，该天线被安装在与表示在图4的第一实施例的组态相同的数字蜂窝电话中。
按照图4的第一实施例的天线1的另外一种变形的天线1E具有与跳线相同的组态，除了电气上连接到第一接地端子5的第一开关7A是一个3位开关。第一接地端子5被电气上连接到第一开关7A的端子7Aa上。第一开关7A的端子7Ab通过电容30被电气上连接到接地导体3。第一开关7A的端子7Ac通过电感8被连接到接地导体3上。第一开关7A的端子7Ad电气上被直接连接到接地导体3。
因此，第一接地端子5以3种方式选择性地连接到接地导体3。因此，天线1D能够工作在4个分别的频段或通过重叠4个频段形成的宽的频段上。
如果第一接地端子5通过电容30被电气上连接到接地导体3上，则天线1E的谐振频率被降低。因此，存在着一个附加的优点，即天线1E的谐振频率通过单独操作第一开关可以被增加或降低。
在上述第一到第六实施例中，提供了两个接地端子。但是，可能利用或不利用对应的开关提供3个或者更多接地端子。另外，为了增加天线可操作频率的数量，对于每个接地端子，任何n位开关可能被使用，其中n是大于2的自然数。
虽然在第一和第二实施例中，馈电端子和第一和第二接地端子被电气上连接到辐射单元的短侧边之一，这些端子的每个可能在其内部点上被连接到辐射单元。
第一到第六实施例中，馈电端子和第一和第二接地端子的下部被朝辐射单元的相反侧弯曲，但是它们可能被朝辐射单元的相同侧弯曲。
虽然已经对本发明的优选形式进行了描述，但是应当理解为，对于本专业的技术人员在不脱离本发明的精神的情况下作出修改是显而易见的。因此，本发明的范围仅由下面的权利要求书进行确定。
权利要求
1.一种反F天线，包括用于辐射或接收RF信号的辐射单元；安排为相对于所述辐射单元具有一个规定间隙的接地导体；电气上连接到所述辐射单元的馈电端子；电气上连接到所述辐射单元的第一接地端子；设置在连接所述第一接地端子与所述接地导体的导线上的至少一个阻抗元件；和用于选择性地插入所述至少一个阻抗元件到所述导线的第一开关；其中所述天线的谐振频率通过操作所述第一开关来改变。
2.按照权利要求1所要求的天线，其特征在于还包括电气上连接到所述辐射单元上的第二接地开关。
3.按照权利要求1所要求的天线，其特征在于还包括通过第二开关电气上连接到所述辐射单元的第二接地端子。
4.按照权利要求1所要求的天线，其特征在于提供一个电感元件和一个电容元件中的至少其中之一作为所述至少一个阻抗元件；和其中所述第一开关具有通过所述电感元件和所述电容元件至少之一电气上连接所述第一接地端子到所述接地导体并且不利用所述电感元件和所述电容元件电气上连接所述第一接地端子到所述接地导体的作用。
5.按照权利要求1所要求的天线，其特征在于所述第一开关是由第一驱动电路驱动的二极管开关。
6.按照权利要求3所要求的天线，其特征在于所述第一开关是由第一驱动电路驱动的二极管开关和所述第二开关是由第二驱动电路驱动的二极管开关。
7.按照权利要求1所要求的天线，其特征在于所述辐射单元具有一个增加电流路径长度的槽。
8.按照权利要求1所要求的天线，其特征在于所述辐射单元具有用于在所述辐射单元和所述接地导体之间形成附加电容元件的折叠部分；所述附加电容元件被电气上连接以便将所述辐射单元与所述接地导体链接。
9.一种无线通信系统，包括(a)一个反F天线，包括用于辐射或接收RF信号的辐射单元；配置成相对于所述辐射单元有一个规定的间隙的接地导体；电气上连接到所述辐射单元的馈电端子；电气上连接到所述辐射单元的第一接地端子；设置在连接所述第一接地端子到所述接地导体的线路上的至少一个阻抗元件；用于选择性插入所述至少一个阻抗元件到所述线路上的第一开关；所述天线的谐振频率是通过操作所述第一开关进行改变的；(b)用于接收由所述天线接收的所述RF信号和用于输出选择各个可用频段之一的选择信号的接收机电路；和(C)用于通过所述选择信号控制所述第一开关的操作的控制器电路。
10.按照权利要求9所要求的系统，其特征在于选择所述天线的所述谐振频率，使得所述系统在备用模式中的功率消耗为最小。
11.按照权利要求9所要求的系统，其特征在于还包括用于驱动所述第一开关的第一驱动电路；在备用模式中，所述第一驱动电路不提供驱动电流到所述第一开关。
全文摘要
反F天线能够解决可用频段的改变,同时保持其小型化。这种天线包括辐射或接收RF信号的辐射单元、配置成相对于辐射单元有一个间隙的接地导体、电气连接到辐射单元的馈电端子、电气连接到辐射单元的第一接地端子、设置在连接第一接地端子到接地导体的线路上的至少一个阻抗元件和用于选择性插入至少一个阻抗元件到线路上的第一开关。天线的谐振频率是通过操作第一开关改变的。作为至少一个阻抗元件,利用电感或电容元件。
文档编号H04B1/16GK1254205SQ9912503
公开日2000年5月24日 申请日期1999年9月30日 优先权日1998年9月30日
发明者齐藤哲也 申请人:日本电气株式会社