專利名稱：天線設(shè)備以及使用該天線設(shè)備的收發(fā)機(jī)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及具有天線設(shè)備的收發(fā)機(jī)，具體地說(shuō)，本發(fā)明涉及傳輸線路(transmission line)型的天線設(shè)備，其由兩條彼此相對(duì)的線路構(gòu)成。
背景技術(shù)：
通常，傳輸線路型的天線設(shè)備具有設(shè)置在平面導(dǎo)體上方的線路，在該線路與平面導(dǎo)體之間設(shè)置了一定的間距，并在線路與平面導(dǎo)體之間饋送信號(hào)。通常，通過(guò)使用鏡像線路來(lái)對(duì)這種天線設(shè)備執(zhí)行特性分析，該鏡像線路的設(shè)置位置使得鏡像線路與實(shí)際線路關(guān)于平面導(dǎo)體對(duì)稱，并且由實(shí)際線路和鏡像線路形成的兩條線路可被看作是傳輸線路。因此，這種天線設(shè)備稱為傳輸線路型的。已知的這種傳輸線路型的天線設(shè)備有傳輸線路T型、傳輸線路M型、傳輸線路F型(倒F型)等等。
在業(yè)余無(wú)線電等領(lǐng)域中所使用的并被稱為“hentena”的天線設(shè)備(例如參見(jiàn)日本專利在先公開(kāi)No.H9-284028)可被看作為傳輸線路M型設(shè)備當(dāng)中具有形成為鏡像線路的實(shí)際線路的天線。
上述傳輸線路型的傳統(tǒng)天線設(shè)備由具有低輻射電阻的傳輸線路形成。因此，在傳統(tǒng)的傳輸線路型天線設(shè)備中，天線元件需要比普通天線設(shè)備中的饋送電流大幾倍到幾十倍的饋送電流來(lái)獲得與普通天線設(shè)備相同的輻射功率。因此，天線方向性(directivity)銳化，并且用于阻抗匹配的頻帶變窄。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的第一目的在于實(shí)現(xiàn)一種傳輸線路型的天線設(shè)備，其具有寬匹配頻帶，并能夠容易地調(diào)整以用于匹配。
本發(fā)明的第二目的在于提供一種收發(fā)機(jī)，其使用沿著一個(gè)外框的外圍側(cè)部分安裝的天線，以能在外框結(jié)構(gòu)的限制之下實(shí)現(xiàn)靈活的設(shè)計(jì)。
本發(fā)明提供了一種傳輸線路型的天線設(shè)備，其具有兩個(gè)彼此相對(duì)的天線元件，在這兩個(gè)天線元件之間饋送信號(hào)，并具有能夠改變靜電電容的可變電容單元，該可變電容單元設(shè)置在所述天線元件的相對(duì)端彼此連接的連接點(diǎn)中的一個(gè)或兩個(gè)連接點(diǎn)處。
所述兩個(gè)天線元件在饋送點(diǎn)兩側(cè)的每個(gè)部分的長(zhǎng)度都等于或小于饋送信號(hào)的波長(zhǎng)的1/4。
所述兩個(gè)天線元件彼此之間的距離小于饋送信號(hào)的波長(zhǎng)。
所述可變電容單元具有可變電容二極管，該二極管的靜電電容根據(jù)施加在其陽(yáng)極和陰極之間的直流電壓而改變。
從電壓控制單元通過(guò)電感元件將預(yù)定的直流電壓施加到所述可變電容二極管。
本發(fā)明還提供了一種收發(fā)機(jī)，其中上述天線設(shè)備沿著一個(gè)外框的外圍側(cè)而安裝。
在如上所述而設(shè)置的天線設(shè)備和收發(fā)機(jī)中，調(diào)節(jié)所述可變電容單元的靜電電容，以實(shí)現(xiàn)與饋送點(diǎn)處的期望阻抗的匹配，以及因此而實(shí)現(xiàn)與具有期望頻率的信號(hào)的匹配，其中所述可變電容單元插在所述兩個(gè)天線元件的相對(duì)端彼此連接的連接點(diǎn)中的一個(gè)或兩個(gè)連接點(diǎn)處。
另外，本發(fā)明的天線設(shè)備沿著外框的外圍側(cè)部分而安裝，以確保天線元件具有足夠的有效長(zhǎng)度而不受限于外框尺寸。


結(jié)合附圖，從下面的描述中，本發(fā)明上述以及其他目的、特征和優(yōu)點(diǎn)將變得更加清楚，其中圖1是一個(gè)框圖，示出了表示本發(fā)明第一實(shí)施例的天線設(shè)備的構(gòu)造；圖2(a)和2(b)說(shuō)明了圖1所示的天線設(shè)備的操作原理，其中圖2(a)示出了核心部分構(gòu)造的平面圖，而圖2(b)是所述天線設(shè)備的等效電路圖；圖3示出了圖1所示的天線設(shè)備中的駐波分布和電流；
圖4(a)到4(d)示出了圖1所示的天線設(shè)備的方向性，其中圖4(a)示出了天線元件水平部分的方向性的平面圖，圖4(b)示出了從與天線設(shè)備長(zhǎng)度方向平行的方向所見(jiàn)的方向性的截面圖，圖4(c)示出了天線元件垂直部分的方向性的平面圖，而圖4(d)示出了從天線設(shè)備上方所見(jiàn)的方向性的截面圖；并且圖5(a)和5(b)示出了表示本發(fā)明第二實(shí)施例的天線設(shè)備的構(gòu)造，其中圖5(a)是平面圖，而圖5(b)示出了安裝狀態(tài)。
具體實(shí)施例方式
下面將參考附圖描述本發(fā)明。圖1是一個(gè)框圖，示出了表示本發(fā)明第一實(shí)施例的天線設(shè)備的構(gòu)造。
本發(fā)明的天線設(shè)備是傳輸線路型天線設(shè)備，其中信號(hào)被饋送到彼此相對(duì)的兩個(gè)天線元件。在兩個(gè)天線元件的相對(duì)端彼此連接的連接點(diǎn)中的一個(gè)或兩個(gè)連接點(diǎn)處插入可變電容單元。可以通過(guò)調(diào)節(jié)這一可變電容單元的靜電電容來(lái)改變這種天線設(shè)備的阻抗匹配頻率。
如圖1所示，本實(shí)施例的天線設(shè)備具有彼此相對(duì)的第一天線元件10和第二天線元件11。從連接在第一天線元件10和第二天線元件11之間的信號(hào)源14饋送信號(hào)。
第一可變電容單元12和第二可變電容單元13分別插入在第一天線元件10和第二天線元件11的相對(duì)端彼此連接的連接點(diǎn)處。
第一天線元件10和第二天線元件11從饋送點(diǎn)向相對(duì)的方向延伸，并且它們所具有的長(zhǎng)度等于或小于饋送信號(hào)的波長(zhǎng)的1/4。第一天線元件10和第二天線元件11之間的距離比起饋送信號(hào)的波長(zhǎng)來(lái)說(shuō)足夠小。因此，第一天線元件10和第二天線元件11作為傳輸線路型天線設(shè)備而工作。
第一可變電容單元12和第二可變電容單元13中的每一個(gè)都具有可變電容二極管16?？勺冸娙荻O管16的電極之間的靜電電容根據(jù)從電壓控制單元15提供的控制電壓(直流電壓)而改變。如圖1所示，可變電容二極管16的陰極通過(guò)電容器17a交流連接到第一天線元件10，而陽(yáng)極通過(guò)電容器17b交流連接到第二天線元件11?？勺冸娙荻O管16還通過(guò)線圈18a和18b連接到電壓控制單元15，線圈18a和18b防止高頻信號(hào)的泄漏。向可變電容二極管16的陰極施加正直流電壓。如果可以改變靜電電容，則第一可變電容單元12和第二可變電容單元13并不局限于使用可變電容二極管16的設(shè)置。例如，微調(diào)電容器(trimmer capacitor)等可用于第一可變電容單元12和第二可變電容單元13。
下面將參考圖2(a)和2(b)，描述圖1所示的本實(shí)施例的天線設(shè)備的操作原理。
圖2(a)和2(b)說(shuō)明了圖1所示的天線設(shè)備的操作原理。圖2(a)示出了核心部分的構(gòu)造的平面示意圖，而圖2(b)是所述天線設(shè)備的等效電路圖。
為了便于描述，假設(shè)第一天線元件10和第二天線元件11是保持彼此平行的兩條線路。還假設(shè)第一天線元件10和第二天線元件11之間的距離D與從信號(hào)源14饋送的信號(hào)的波長(zhǎng)相比來(lái)說(shuō)足夠小，并且從饋送點(diǎn)到第一可變電容單元12和第二可變電容單元13的距離l1和l2等于或小于該波長(zhǎng)的1/4。因此，圖1所示的天線設(shè)備可以看作是具有下述構(gòu)造的設(shè)備，即兩條平行的線路(parallel dual lines，平行雙線路)連接在饋送點(diǎn)的右側(cè)和左側(cè)。來(lái)自平行雙線路的無(wú)線電波輻射是受限的，并且平行雙線路的輻射電阻小于偶極天線(dipole antenna)等的輻射電阻。
圖2所示的平行雙線路上從饋送點(diǎn)看過(guò)去的左側(cè)的阻抗Z1以及右側(cè)的阻抗Z2表示如下。如果左側(cè)的輻射電阻是R1；右側(cè)的輻射電阻是R2；左側(cè)的電抗分量是X1；并且右側(cè)的電抗分量是X2，則阻抗Z1和阻抗Z2由下面的等式示出Z1＝R1+jX1……(1)Z2＝R2+jX2……(2)這樣，圖2(b)所示的等效電路可以替代圖2(a)所示的電路。
根據(jù)下述等式，第一可變電容單元12和第二可變電容單元13的容抗x1和x2由第一可變電容單元12和第二可變電容單元13的靜電電容C1和C2以及從信號(hào)源14提供的信號(hào)的角頻率ω表示x1＝-j/ωC1……(3)
x2＝-j/ωC2……(4)所述靜電電容C1和C2被轉(zhuǎn)換成出現(xiàn)在饋送點(diǎn)處的阻抗分量X1和X2。即，存在由下述等式(5)和(6)表示的關(guān)系X1＝-jZ0×{x1-Z0tan(βL1)}/{Z0+x1tan(βL1)}……(5)X2＝-jZ0×{x2-Z0tan(βL2)}/{Z0+x2tan(βL2)}……(6)其中Z0是平行雙線路的特性阻抗(characteristic impedance)，而β是平行雙線路的相位常數(shù)。
饋送點(diǎn)處的阻抗Z等于左阻抗和右阻抗Z1和Z2的并聯(lián)阻抗，并可根據(jù)上述等式(1)和(2)而由下述等式表示Z＝Z1Z2/(Z1+Z2)＝{(R1R2-X1X2)(R1+R2)+(X1R2+X2R1)(X1+X2)}/{(R1+R2)2+(X1+X2)2}+j{(R1R2-X1X2)(X1+X2)-(X1R2+X2R1)(R1+R2)}/{(R1+R2)2+(X1+X2)2}……(7)由于輻射電阻一般與長(zhǎng)度成正比，因此如果左天線元件和右天線元件的長(zhǎng)度具有關(guān)系l1≈l2，則可以得出如下近似R1≈R2＝R……(8)將等式(8)代入等式(7)可得Z≈R(X12+X22+2R2)/{4R2+(X1+X2)2}-j(X1+X2)(X1X2+R2)/{4R2+(X1+X2)2}……(9)從等式(9)可以看出，如果滿足條件X1+X2＝0，則饋送點(diǎn)處的阻抗Z的電抗分量是零，阻抗Z是純電阻。即，X1和X2被設(shè)置成使得它們的極性彼此相反，即，X1和X2中的一個(gè)是感抗而另一個(gè)是容抗，并且這兩個(gè)電抗在幅度上彼此相等。這可以通過(guò)調(diào)節(jié)靜電電容C1和C2來(lái)實(shí)現(xiàn)，如可從等式(3)到(6)看出的那樣。如果定義X1＝-X2＝X……(10)則等式(9)可簡(jiǎn)化成Z＝(X2+R2)/2R……(11)從上述說(shuō)明可看出，如果將第一可變電容單元12的靜電電容C1和第二可變電容單元13的靜電電容C2調(diào)節(jié)成使得等式(11)的右側(cè)等于饋送點(diǎn)處的期望阻抗，同時(shí)滿足等式(10)示出的關(guān)系，則本實(shí)施例的天線設(shè)備可以與具有期望頻率的信號(hào)相匹配。
靜電電容C1和靜電電容C2的調(diào)節(jié)可通過(guò)改變從電壓控制單元15向第一可變電容單元12和第二可變電容單元13提供的控制電壓來(lái)執(zhí)行。即使改變信號(hào)源14的角頻率ω，也可以通過(guò)重新調(diào)節(jié)控制電壓來(lái)滿足匹配條件。
已經(jīng)通過(guò)假設(shè)所述輻射電阻大致相等，即通過(guò)使用等式(8)所示的條件來(lái)進(jìn)行了說(shuō)明。然而，即使R1和R2彼此不同，也可以從等式(7)獲得一個(gè)方案，使得電抗分量為零并且饋送點(diǎn)處的阻抗等于期望值。
下面將通過(guò)舉例的方式來(lái)描述在第一和第二天線元件中的每一個(gè)的長(zhǎng)度都等于或小于λ/2的情形下本實(shí)施例的天線設(shè)備的方向性。
圖3示意性地示出了圖1所示的天線設(shè)備中的駐波分布和電流。
當(dāng)?shù)谝惶炀€元件10和第二天線元件11的長(zhǎng)度是λ/2時(shí)，其表現(xiàn)出例如圖3所示的駐波分布。然而，當(dāng)所述長(zhǎng)度小于λ/2時(shí)，則一個(gè)電流流過(guò)圖3所示的天線元件的垂直部分，所述電流所具有的幅度小于駐波的最大幅度但不為零。天線元件的所述垂直部分短于水平部分，但具有與水平部分基本相同的輻射電阻，因?yàn)樗鼈儾皇瞧叫须p線路。因此，如果l1+l2顯著小于λ/2，即與水平部分中的電流相比不可忽略的電流流過(guò)天線元件的垂直部分，則從天線設(shè)備輻射的電功率是來(lái)自天線元件的水平部分和天線元件的垂直部分二者的結(jié)合功率。
圖4(a)到4(d)示出了圖1所示的天線設(shè)備的方向性。圖4(a)示出了天線元件水平部分的方向性的平面圖。圖4(b)示出了從與天線設(shè)備長(zhǎng)度方向平行的方向所見(jiàn)的方向性的截面圖。圖4(c)示出了天線元件垂直部分的方向性的平面圖。圖4(d)示出了從天線元件上方所見(jiàn)的方向性的截面圖。
如圖4(a)到4(d)所示，該天線設(shè)備在所有方向上都表現(xiàn)出“8”字形輻射方向圖，盡管取決于觀察方向性時(shí)所處的平面，方向性在波束寬度和極化方向上會(huì)改變。通過(guò)改變l1、l2和距離D，可改變波束寬度和增益對(duì)極化平面的分布。因此，本實(shí)施例的天線設(shè)備在各種方向上都具有寬方向性。
如上所述，本實(shí)施例的天線設(shè)備能夠通過(guò)可變電容單元的靜電電容來(lái)擴(kuò)寬匹配頻率帶寬。例如，如果在使用多個(gè)頻率信道的無(wú)線通信系統(tǒng)中，向可變電容二極管施加關(guān)于頻率而被優(yōu)化的控制電壓，則甚至可以實(shí)現(xiàn)對(duì)偏離初始頻帶的頻率信道中的一個(gè)信道的匹配。
在本實(shí)施例的天線設(shè)備中，由于通過(guò)加入可變電容單元而產(chǎn)生了負(fù)載作用(loading effect)，因此即使天線元件長(zhǎng)度小于λ/2時(shí)也可進(jìn)行匹配。因此該天線設(shè)備的尺寸可以減小。
由于本實(shí)施例的天線設(shè)備具有寬方向性，因此它可以適用于不能預(yù)先確定接收電波的方向的移動(dòng)無(wú)線通信終端中。
盡管已經(jīng)描述了這樣一種構(gòu)造，其中在第一天線元件10和第二天線元件11的兩端都提供了可變電容單元，但是也可以通過(guò)只在一端提供可變電容單元來(lái)獲得相同的效果。
下面將參考圖5(a)和5(b)描述表示本發(fā)明第二實(shí)施例的天線設(shè)備。
圖5(a)和5(b)示出了表示本發(fā)明第二實(shí)施例的天線設(shè)備的構(gòu)造。圖5(a)是平面圖，而圖5(b)示出了安裝狀態(tài)。
如圖5(a)所示，在第二實(shí)施例的天線設(shè)備中，延長(zhǎng)第一天線元件20和第二天線元件21在左右兩個(gè)方向上的長(zhǎng)度，并且第一可變電容單元22和第二可變電容單元23設(shè)置在由λ/2的整數(shù)倍定義的位置附近。信號(hào)從設(shè)置在這兩個(gè)天線元件之間的信號(hào)源24饋送到第一天線元件20和第二天線元件21。對(duì)于這一構(gòu)造，第一可變電容單元22和第二可變電容單元23的電抗也可以使用上述等式(5)和(6)來(lái)計(jì)算。
在本實(shí)施例的天線設(shè)備中，由于從饋送點(diǎn)所見(jiàn)到的電抗與第一實(shí)施例相同，因此在與第一實(shí)施例相似的條件下可以進(jìn)行匹配，盡管存在輻射電阻差別。
所述天線元件的雙線路沒(méi)有必要是平行的直線。即使在所述雙線路被彎曲的設(shè)置中也可以進(jìn)行匹配。例如，如果天線元件例如沿著圖5(b)所示的外框的外圍側(cè)部分而安裝，則天線元件可以具有足夠長(zhǎng)的有效長(zhǎng)度而不會(huì)受限于外框尺寸。而且，通過(guò)彎曲天線元件可以減小方向性的死角。
在本實(shí)施例的構(gòu)造中，該設(shè)備可以在由外框結(jié)構(gòu)所決定的條件下進(jìn)行靈活的設(shè)計(jì)，從而獲得具有寬方向性的傳輸線路型天線設(shè)備。無(wú)需贅言，圖5(b)所示的安裝方法可以應(yīng)用于圖1所示的第一實(shí)施例的天線設(shè)備。
盡管已結(jié)合某些優(yōu)選實(shí)施例描述了本發(fā)明，但是應(yīng)該理解到，本發(fā)明所包括的主題物并不局限于這些具體實(shí)施例。相反，本發(fā)明的主題物應(yīng)當(dāng)包括可被包含在下述權(quán)利要求的精神和范圍之內(nèi)的所有替代物、變體和等同物。
權(quán)利要求
1.一種傳輸線路型的天線設(shè)備，包括兩個(gè)彼此相對(duì)的天線元件，在這兩個(gè)天線元件之間饋送信號(hào)；以及能夠改變靜電電容的可變電容單元，所述可變電容單元設(shè)置在所述兩個(gè)天線元件的相對(duì)端彼此連接的連接點(diǎn)中的一個(gè)或兩個(gè)連接點(diǎn)處。
2.如權(quán)利要求1所述的天線設(shè)備，其中，所述兩個(gè)天線元件在饋送點(diǎn)兩側(cè)的每個(gè)部分的長(zhǎng)度都等于或小于所述饋送信號(hào)的波長(zhǎng)的1/4。
3.如權(quán)利要求1所述的天線設(shè)備，其中，所述兩個(gè)天線元件彼此之間的距離小于所述饋送信號(hào)的波長(zhǎng)。
4.如權(quán)利要求1所述的天線設(shè)備，其中，所述可變電容單元具有可變電容二極管，該二極管的靜電電容根據(jù)施加在其陽(yáng)極和陰極之間的直流電壓而改變，并且從電壓控制單元將預(yù)定的直流電壓施加到所述可變電容二極管。
5.一種傳輸線路型的天線設(shè)備，包括兩個(gè)彼此相對(duì)的天線元件，在這兩個(gè)天線元件之間饋送信號(hào)，其中所述兩個(gè)天線元件彼此之間的距離小于所述饋送信號(hào)的波長(zhǎng)。
6.如權(quán)利要求5所述的天線設(shè)備，其中，所述兩個(gè)天線元件在饋送點(diǎn)兩側(cè)的每個(gè)部分的長(zhǎng)度都等于或小于所述饋送信號(hào)的波長(zhǎng)的1/4。
7.如權(quán)利要求5所述的天線設(shè)備，其中，所述兩個(gè)天線元件具有能夠改變靜電電容的可變電容單元，該可變電容單元設(shè)置在所述兩個(gè)天線元件的相對(duì)端彼此連接的連接點(diǎn)中的一個(gè)或兩個(gè)連接點(diǎn)處。
8.如權(quán)利要求7所述的天線設(shè)備，其中，所述可變電容單元具有可變電容二極管，該二極管的靜電電容根據(jù)施加在其陽(yáng)極和陰極之間的直流電壓而改變，并且從電壓控制單元將預(yù)定的直流電壓施加到所述可變電容二極管。
9.一種收發(fā)機(jī)，包括如權(quán)利要求1所述的天線設(shè)備，該天線設(shè)備沿著外框的外圍側(cè)部分而安裝。
10.一種收發(fā)機(jī)，包括如權(quán)利要求2所述的天線設(shè)備，該天線設(shè)備沿著外框的外圍側(cè)部分而安裝。
11.一種收發(fā)機(jī)，包括如權(quán)利要求3所述的天線設(shè)備，該天線設(shè)備沿著外框的外圍側(cè)部分而安裝。
12.一種收發(fā)機(jī)，包括如權(quán)利要求4所述的天線設(shè)備，該天線設(shè)備沿著外框的外圍側(cè)部分而安裝。
13.一種收發(fā)機(jī)，包括如權(quán)利要求5所述的天線設(shè)備，該天線設(shè)備沿著外框的外圍側(cè)部分而安裝。
14.一種收發(fā)機(jī)，包括如權(quán)利要求6所述的天線設(shè)備，該天線設(shè)備沿著外框的外圍側(cè)部分而安裝。
15.一種收發(fā)機(jī)，包括如權(quán)利要求7所述的天線設(shè)備，該天線設(shè)備沿著外框的外圍側(cè)部分而安裝。
16.一種收發(fā)機(jī)，包括如權(quán)利要求8所述的天線設(shè)備，該天線設(shè)備沿著外框的外圍側(cè)部分而安裝。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種傳輸線路型的天線設(shè)備，其具有兩個(gè)彼此相對(duì)的天線元件，在這兩個(gè)天線元件之間饋送信號(hào)。在兩個(gè)天線元件的相對(duì)端彼此連接的連接點(diǎn)中的一個(gè)或兩個(gè)連接點(diǎn)處，設(shè)置了能夠改變靜電電容的可變電容單元。每個(gè)可變電容單元都具有可變電容二極管，該二極管的靜電電容根據(jù)施加在其陽(yáng)極和陰極之間的直流電壓而改變。
文檔編號(hào)H01Q9/26GK1532992SQ20041002943
公開(kāi)日2004年9月29日 申請(qǐng)日期2004年3月17日 優(yōu)先權(quán)日2003年3月18日
發(fā)明者中村光行 申請(qǐng)人:日本電氣株式會(huì)社