CN1398015A - 天线装置及使用该天线装置的移动通信装置 - Google Patents

Abstract

本发明的天线装置包括具有弯曲部分的发射元件、以及与发射元件相对设置的比发射导体短的导电体，发射元件及导电体与同轴电缆连接。发射导体及导电体的线路长度与收发信号的波长满足特定的关系。该天线装置实现了提高天线特性、小型化及提高机械强度中的至少一个目标。

Description

天线装置及使用该天线装置的移动通信装置

技术领域

本发明涉及移动电话、PHS、无绳电路的子机及移动数据通信装置等使用的移动通信装置用天线装置及使用该天线装置的移动通信装置。

背景技术

图21及图22为具备已有的天线装置的移动通信装置的立体图。移动通信装置100及102分别具有天线装置101及103。天线装置101是将线状导体等加工成螺旋状而形成的，天线装置102是将线状导体加工成直线状而形成的。

已有的天线装置由于以天线装置为中心无方向性地发射电波，因此使用移动通信装置时，如果靠近使用者的头部，则头部将阻碍电波发射，总体来说电波发射效率差。

这些天线装置已在日本专利特开平6-232622号及特开平10-313205号公报中揭示。

发明内容

天线装置具备具有线路长(L1)的发射元件及与发射元件相对设置的具有比发射元件短的线路长(L2)的导电体。各线路长满足下列关系。

L1＝0.75λ±0.2λ

L2＝0.25λ±0.2λ

其中，λ为加在发射元件上的信号波长。

附图说明

图1A为本发明实施形态1的天线装置的立体图。

图1B为实施形态1的天线装置立体图。

图2为实施形态1的天线装置的侧视图。

图3为本发明实施形态2的天线元件的立体图。

图4为实施形态2的天线元件的立体图。

图5为实施形态2的天线元件的立体图。

图6为实施形态2的天线元件的立体图。

图7为实施形态2的天线元件的侧视图。

图8为实施形态2的天线元件的立体图。

图9为实施形态2的天线元件的侧视图。

图10及图10B为实施形态2的天线元件的平面图。

图11A及图11B表示实施形态2的天线装置的谐振频率与电压驻波比的关系。

图12为实施形态2的天线装置的立体图。

图13为实施形态2的天线装置的正视图。

图14为实施形态2的天线装置的侧视图。

图15为实施形态2的天线装置的正视图。

图16A及图16B所示为实施形态2的天线装置。

图17A及图17B所示为实施形态2的天线装置。

图18A及图18B所示为实施形态2的天线装置。

图19为实施形态2的移动通信装置的立体图。

图20为实施形态2的移动通信装置的方框图。

图21为已有的天线装置的立体图。

图22为已有的天线装置的立体图。

具体实施方式

(实施形态1)

图1A及图1B为本发明实施形态1的天线装置的立体图，图2为天线装置的侧视图。在图1中，发射元件1与匹配短截线2用连接体3连接。同轴电缆4的地线5用焊接等方法与匹配短截线2连接，馈电线6用焊接等方法与发射元件1连接。匹配短截线2也可以是具有其他功能的导电体。

无线元件可以用金属板等导电板冲压加工制造，一体形成发射元件1、连接体3及匹配短截线2。

从连接体3算起的发射元件1的线路长L1比从连接体3算起的匹配短截线2的线路长L2要长。这些线路长与天线装置的接收信号或发送信号的波长λ及连接体3的线路长L3最好满足下列关系。

L1＝0.75×λ±0.2×λ

L2＝0.25×λ±0.2×λ

λ/150≤L3≤λ/10

利用满足以上关系式的各构件的线路长，能够使匹配短截线2与发射元件1的与匹配短截线2相对的部分其电流相位不对称，更使得天线装置具有方向性，这样能够控制发射仰角。波长λ在400mm以下时，最好是在350mm以下时，通过满足上述关系式，将提高各项天线特性。

下面说明实施形态1的其他天线装置。在图1B及图2中，发射元件11具有直线部分12及设置在直线部分12前端的形状曲折的弯曲部分13。匹配短截线14与发射元件11通过连接体15相互连接。最好是发射元件11、匹配短截体14与连接体15一体形成，将一体形成的连接体15的两端向同一方向相对于连接体15大致垂直地弯折，这样形成发射元件11及匹配短截线14。

天线元件是例如将金属板冲压加工，在前端形成具有弯曲部分13的带状体，将该带状体中间具有规定长度的连接体15的两端向同一方向弯折而形成的。该制造方法能够以非常高的生产率生产天线元件。带状体的材料金属板也可以是以Fe为主要成分的表面有规定的镀膜的金属板。又，金属板最好是铜板或铝板等导电金属板，而且容易弯折加工的材料在加工方面及成本方面也是非常理想的。另外，为了提高金属板单件或金属板上的接合性或耐腐蚀性，最好有单层或多层薄膜。天线元件可以由一块金属板形成，也可以将相同材料或不同材料的金属板相互连接构成。也可以采用在树脂或陶瓷等具有绝缘性的板状材料表面设置导电薄膜的材料代替金属板。

另外，弯曲部分13可以用金属板冲压加工形成，也可以在金属板上形成规定形状的掩膜，再利用腐蚀等方法去掉不要的部分而形成。

或者，也可以将线状体或棒状体的金属等压扁而形成金属板。在这种情况下，首先把线状体或棒状体弯曲成构成弯曲部分13的弯折的结构，然后再利用压力加工等方法将其压扁。

另外，在本实施形态中，发射元件11等是以板状金属形成的，但也可以对线状或棒状材料进行弯折加工形成。

由于弯曲部分13具有弯折的形状，因此可以缩短发射元件11，容易使天线元件小型化。再者，弯曲部分13由于弯折，因此具有很好的机械强度，即使加上外力，也不容易变形，而且由于能够增加弹性，因此能够增加恢复力，马上恢复到接近原来的形状的形状。

再有，弯曲部分13成为天线元件的电流波腹(最大电流流过的点)，因而由于该电流波复处于上部，所以天线元件能够高效地发射电波。

同轴电缆16的一端与天线元件连接，另一端与便携终端装置的内部电路电气连接。同轴电缆16配置在天线元件的侧面。设置在同轴电缆16外侧的地线17利用焊接等方法与匹配短截线14的中间部分的侧面连接，设置在同轴电缆16内侧的馈电线18利用焊锡等焊接材料与直线部分12侧面上成一体设置的连接片12a电气连接。如图所示，将馈电线18穿过连接片12a的通孔，能够利用钎焊等方法高效牢固地连接。在直接将馈电线18与直线部分12连接时，就不需要连接片12a。

匹配短截线14的形状最好与相对的发射元件11的部分具有相同的形状。在本实施形态中，由于直线部分12是直线带状体，因此匹配短截线14也具有同样的带状体形状。这是为了使匹配短截线14流过电流的方向与发射元件11流过的电流方向相反，以此消除电波，与馈电部分取得阻抗匹配。

因而，最好是使直线部分12比匹配短截线14长，而且不使弯曲部分13与匹配短截线14直接相对。也就是说，弯曲部分13最好位于匹配短截线14的前端A的上方。这的因为，如上所述匹配短截线14是直线带状体，如果与弯曲部分13直接相对，则电流流过的方向不相反，相互之间的元件电场不能抵消，就不能得到所希望的特性。通过优化直线部分12的长度、匹配短截线14及连接体15的长度，按照下面所述对相互之间的元件电场不相互抵消的线路长进行调整，就能够得到所希望的天线发射特性。

(发射元件11的线路长)＝0.75λ±0.2λ

(匹配短截线14的线路长)＝0.25λ±0.2λ

λ/150≤(连接体15的线路长)≤λ/10

图1B的发射元件11由于具有弯曲部分，因此其线路长与发射元件的高度不相同。发射元件11的线路长是直线部分12的长度加上弯曲部分13的长度。所谓弯曲部分13的长度是弯折结构的高度方向部分的长度(宽度W1及W2方向的长度)加上宽度方向的长度(宽度W3方向的长度)。

根据上述关系，调整直线部分12、匹配短截线14及连接体15的电流相位，能够一面进行阻抗匹配，一面调整方向性(FB)比和从天线发射电波的发射仰角。在这种情况下，匹配短截线14最好也具有与相对的发射元件部分相同的形状。

在图1A及图1B中，在用金属板等板材形成天线元件时，其厚度t比较理想的是0.1mm～3.0mm，最好是0.3mm～0.7mm。若比0.1mm薄，则不能保持天线元件本身的强度；比3.0mm厚则天线元件本身难以小型化，而且弯曲加工及冲压加工也困难，生产率降低。

另外，弯曲部分13的横向部分的宽度W1、纵向部分的宽度W3、直线部分12的宽度W4及匹配短截线14的宽度W5在本实施形态中都近似相等。但是，为了调整规格或性能，或为了确保强度，各宽度中至少一个宽度也可以与其他宽度不同。

各宽度不管它们的关系如何，最好是0.5mm～6.0mm。若为小于0.5mm的狭窄宽度，则在机械强度和性能上不合适；若为大于6.0mm的较宽的宽度，则天线元件本身变大，而且很难进行弯曲加工及冲压加工等，因此生产率降低。

弯曲部分13设置的间隙13S的宽度W2在弯曲部分的各部分大致相等，但也可以至少一个间隙13S与其他的间隙13S不相等。各间隙13S的宽度W2不管它们的关系如何，最好在宽度W1及W3的0.8倍～3倍范围内。若为小于0.8倍的宽度的间隙13S，则金属板之间过于接近，要产生耦合，使特性降低。若为大于3倍宽度的间隙13S，则天线元件本身变大。另外，在宽度W1与W3不近似相等时，以宽度W1为基础决定间隙13S的宽度W2。

弯曲部分13的弯折形状如图1B所示，其U字形部分的宽度P1、P2、P3及P4在本实施形态中近似相等。但为了调整规格或特性，也可以至少一个宽度不相等。本实施形态的弯曲部分13包括具有宽度P1、P2、P3及P4的4个近似U字形的部分，但最好是具有1个至9个近似U字形的部分。这种部分若超过9个，则天线元件变大。

(实施形态2)

图3所示为实施形态2的天线元件。弯曲部分13设置在发射元件11的中部，在匹配短截线14的与弯曲部分13对应的位置也设置弯曲部分14a。这样，在弯曲部分13与弯曲部分14a流过相位相反的电流，它们互相抵消，不发射电波，能够降低天线最低点即馈电点附近的阻抗，能够容易与电路匹配。特别是使发射元件形成直线形状，这样能够使天线小型化而不降低发射效率。在各弯曲部分13及14a中，可以采用与实施形态1相同的图1B所示的宽度关系及近似U字形弯折的个数等。

图4所示的天线在天线元件11的前端及中间分别具有弯曲部分13a及13b，在匹配短截线14也具有弯曲部分14A。这样，发射元件11也可以具有多个弯曲部分，能够得到比图3所示的天线更小型的天线。在3个弯曲部分中，各弯曲部分都可以采用与实施形态1相同的图1B所示的宽度关系及近似U字形弯折的个数等。

如图5所示，直线部分12也可以具有曲折部分12a，弯曲部分13靠近匹配短截线14。最好将曲折部分12a设置在匹配短截线前端A的上方。在使用者为了通信将具有该天线元件的无绳电话靠近头部时，通常配置的情况是放射元件11靠近头部，匹配短截线14离开头部。因而在图5的结构中，由于能够使发射元件11的弯曲部分13远离作为障碍物的头部，因此更能够抑制发射特性等的劣化。

图6及图7所示的天线元件是图5所示的天线元件的变形例，弯曲部分13配置在匹配短截线14的延长线上。图5所示的天线元件其弯曲部分13配置在匹配短截线14与直线部分12的一部分之间的底面15的上方，而图6及图7所示的天线元件由于能够使弯曲部分13更远离头部，因此更能够抑制发射特性的劣化。

再有，如图8及图9所示，将弯曲部分13配置成超越匹配短截线14，使其不与连接体15相对，这样能够进一步提高天线元件的发射特性。

另外，在发射元件11及匹配短截线14的至少一方设置的弯曲部分的拐角部分，最好是进行图10A所示的锥形倒角或图10B所示的圆弧倒角等。也就是说，弯曲部分的拐角部分具有起到电容器功能的电容分量，若增多弯曲部分，则总电容量变大，天线元件谐振频率发生变化。在该状态下，要取得匹配在设计上是非常困难的，而且发射效率会降低。弯曲部分的拐角部分其圆弧状倒角的半径R最好小于弯曲部分的线宽P1，实际上是0.5mm以上、线宽P1以下。锥状倒角的程度最好是能够得到与采用弧状倒角产生的效果相同程度的效果。

图11A及图11B所示为实施形态2的天线元件谐振频率与电压驻波比的关系。图11A所示为弯曲部分无倒角的天线元件特性，图11B所示为弯曲部分有倒角的无线元件特性。在弯曲部分的拐角部分进行倒角的天线元件，由于在谐振频率上电压驻波比为极小值或接近极小值，因此天线元件与移动通信装置等上安装的无线电路能够取得匹配。因而，天线元件性能能够得到最大限度的发挥，其发射效率提高，无线电路的接收性能也得到提高。另外，在本实施形态中是弯曲部分的全部拐角部分进行了倒角，但最好是对弯曲部分存在的全部拐角部分的一半以上进行倒角。倒角是在尖角部分通过切削加工等形成，或者也在用金属板通过冲压等形成天线元件时，预先在拐角部分设置圆弧状或锥状等倒角，通过冲压形成。

另外，如图12～图14所示，天线元件也可以装在支架19上。支架19上设有将近似J字形的天线元件嵌入的凹槽20或沟，天线元件嵌入凹槽20，用粘结剂等安装在支架19上。在匹配短截线14与发射元件11之间，配置作为支架19的一部分的突出部分21及22，突出部分21及22与其他部分之间设置凹槽20或沟。支架19用绝缘材料构成，最好用ABS树脂或合成橡胶等树脂材料构成，不但性能良好而且容易整形。在支架19的端部设置的通孔23中插入螺丝等，将其固定在通信装置的电路基板等上。在突出部分21与22之间将同轴电缆16的端部放在凹槽20a内，利用该凹槽20a，能够把直线部分12、匹配短截线14与同轴电缆16电气连接，而且使同轴电缆16不从支架19露出，能够能够缩小天线装置本身。

安装在支架19上的天线元件如图15所示，将其插入天线罩24以提高耐气候性，更使机械强度进一步提高。利用上述的弯曲部分的倒角部分还可以防止弯曲部分的拐角部分由于振动等原因与天线罩24内表面接触而使天线罩24的一部分因摩擦脱落产生粒屑使性能劣化。

如图16A及图16B所示，若将安装在支架19上的天线元件插入天线罩24，使发射元件11及匹配短截线的主面与天线罩24靠紧，则能够将发射元件11及匹配短截线14在天线罩24内可靠定位，因此能够减少性能偏差。

如图17A及图17B所示，不使发射元件11及匹配短截线14与天线罩24靠紧，这虽然在插入当初稍微难以定位，但由于在天线罩24因外力而变形时能够尽量避免与发射元件11及匹配短截线14等接触，因此发射元件11不受变形的影响。

另外，在图16A及图16B所示的天线装置中，最好天线罩24用具有很大刚性的材料形成。也就是说若天线罩24坚硬，则由于天线罩24本身不易变形，因此与其靠紧的发射元件11也不容易受其变形的影响。另外，在图17A及图17B所示的天线装置中，由于发射元件不与天线罩24接触，因此即使用柔软的材料形成的天线罩24变形，天线罩24也不容易对发射元件11施加外力。

再者，如图18A及图18B所示，在发射元件11具有曲折部分时，若发射元件11的下部与天线罩24靠紧，上部不与天线罩24接触，匹配短截线14与天线罩24接触，则更为理想。也就是说，通过使发射元件11的一部分及匹配短截线14与天线罩24靠紧，天线元件在插入时能够定位。而且由于对发射特性最有影响的发射元件11的上部与天线罩24不接触，因此天线罩24的变形对发射元件11的影响极小。

图19及图20所示分别为本发明实施形态的移动通信装置的立体图及方框图。通信装置具有话筒29、扬声器30、由拨号按键等构成的操作单元31、显示来电等信号的显示单元32、以及图1A～图18B中的任一个所示的天线装置33。天线元件装在天线罩24内。发送单元34将来自话筒29的声音信号加以调制变换为发送信号，由发送单元34生成的发送信号通过天线装置33向外部发射。接收单元35将天线装置33接收的接收信号变换为声音信号，由接收单元35生成的声音信号用扬声器30变换为声音。控制单元36对发送单元34、接收单元35、操作单元31及显示单元32进行控制。

下面说明其工作情况

首先，在有来电信号时，接收单元35将来电信号向控制单元36送出，控制单元36根据该来电信号将规定的字符等显示于显示单元32。接着若在操作单元31按下表示接收来电意图的按键，则与其对应的信号就向控制单元36送出，控制单元36将各部分设定为来电方式。即用天线装置33接收的信号用接收单元35变换为声音信号，声音信号从扬声器30以声音输出。再者，从话筒29输入的声音变换为声音信号，通过发送单元34及天线装置33向外部送出。

在发信时，从操作单元31将表示发送意图的信号输入至控制单元36。接着，若从操作单元31送来相当于电话号码的信号，则控制单元36将与该电话号码对应的信号从天线装置33送出。利用该送出信号建立与对方的通信联系，若该情况的信号通过天线装置33及接收单元35送给控制单元36，则控制单元36将各部分设定为发送方式。即用天线装置33接收的信号在接收单元35变换为声音信号，声音信号从扬声器30以声音输出。再者，从话筒29输入的声音变换为声音信号，通过发送单元34及天线装置33向外部送出。

另外，上述所述的是声音的发送和接收的例子，但不限于声音，对于执行将文字数据或图像等声音以外的数据加以发送或接收的至少一种功能的装置也能够得到同样的效果。

天线装置33最好从使用者的头部一侧起依次配置发射元件及匹配短截线14。亦即例如图19所示的天线装置最好这样安装，也就是使得匹配短截线2及14位于与存在扬声器30的通信装置正面相反一侧的位置。

在本发明的移动通信装置中，安装近似J字形的天线装置，不使天线特性恶化，还能够使电波不易向使用者一侧发射。因而能够提高天线的发射性能，能够提高移动通信装置的发送或接收特性中的至少一种特性。

在本实施形态中，天线装置与移动通信装置将天线装置的同轴与移动通信装置的电路电气连接，因而能够与已有的天线装置及移动通信装置同样安装。

Claims (23)

1.一种天线装置，其特征在于，具备

具有线路长为L1的发射元件、以及

与所述发射元件相对设置的具有线路长L2的导电体，

而且

     L1＝0.75λ±0.2λ

     L2＝0.25λ±0.2λ

其中，λ为加在发射元件上的信号的波长。

2.如权利要求1所述的天线装置，其特征在于，还具备用各自的端部连接所述发射元件及所述导电体的连接体。

3.如权利要求2所述的天线装置，其特征在于，所述连接体的线路长L3为

λ/150≤L3≤λ/10。

4.如权利要求2所述的天线装置，其特征在于，所述发射元件、导电体及连接体成一体形成。

5.如权利要求4所述的天线装置，其特征在于，所述发射元件、导电体及连接体用金属板形成。

6.如权利要求1所述的天线装置，其特征在于，所述导电体的形状与所述发射元件的和所述导电体相对的部分的形状大致相同。

7.如权利要求6所述的天线装置，其特征在于，所述发射元件具有第1弯曲部分。

8.如权利要求7所述的天线装置，其特征在于，所述第1弯曲部分具有将1～9个近似U字形的部分连接的曲折弯曲形状。

9.如权利要求7所述的天线装置，其特征在于，所述第1弯曲部分设置的间隙宽度是所述发射元件的宽度的0.8倍～3倍。

10.如权利要求7所述的天线装置，其特征在于，所述第1弯曲部分的拐角部分进行了倒角。

11.如权利要求7所述的天线装置，其特征在于，所述发射元件还具有直线部分，

所述导电体与所述直线部分相对，与所述第1弯曲部分不相对。

12.如权利要求11所述的天线装置，其特征在于，所述直线部分具有使所述第1弯曲部分靠近所述导电体配置的曲折部分。

13.如权利要求7所述的天线装置，其特征在于，

所述导电体与所述第1弯曲部分相对，

所述导电体具有第2弯曲部分。

14.如权利要求13所述的天线装置，其特征在于，所述第2弯曲部分的拐角部分进行倒角。

15.如权利要求13所述的天线装置，其特征在于，所述发射元件还具有第3弯曲部分。

16.如权利要求1 5所述的天线装置，其特征在于，所述第3弯曲部分的拐角部分进行倒角。

17.如权利要求1所述的天线装置，其特征在于，所述发射元件是厚度为0.1mm～3mm的板状元件。

18.如权利要求1所述的天线装置，其特征在于，所述发射元件是宽度为0.5mm～6.0mm的板状元件。

19.如权利要求1所述的天线装置，其特征在于，所述导电体是对阻抗调整及方向性进行控制的匹配短截线。

20.如权利要求1所述的天线装置，其特征在于，所述发射元件与同轴电缆的馈电线连接，

所述导电体与所述同轴电缆的地线连接。

21.如权利要求20所述的天线装置，其特征在于，所述发射元件具有向侧面突出设置的连接片，

所述连接片与所述馈电线连接。

22.如权利要求21所述的天线装置，其特征在于，所述连接片上设置所述馈电线通过的通孔。

23.一种通信装置，其特征在于，具有天线装置、接收单元及发送单元，

所述天线装置包括

具有线路长L1的发射元件、以及

与所述发射元件相对设置的具有线路长L2的导电体，

所述接收单元将通过所述天线装置接收的接收信号变换为声音信号或数据信号中的至少一种信号，

所述发送单元将声音信号或数据信号中的至少一种变换为发送信号，再通过所述天线装置将所述发送信号加以发送，

而且，

    L1＝0.75λ±0.2λ

    L2＝0.25λ±0.2λ

其中，λ是所述发送信号及接收信号的波长。

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