專利名稱：天線裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及按多個頻率使用的多元件天線構成的天線裝置。
背景技術：


圖1是表示例如美國專利5828348號公報中公開的已有天線裝置的結構的圖。該例是按2個頻率使用的4元件天線的情況，該4元件天線上連接的各匹配電路使用的元件相同。
圖1中，101a，101b，101c，101d是天線元件，102a，102b，102c，102d是寄生天線元件，103a，103b，103c，103d是分別連接于天線元件101a，101b，101c，101d的匹配電路，104a，104b是使用對輸入的信號附加90度相位差而分配的支線型分配合成線路的分配合成電路，105是對輸入的信號附加180度相位差而分配的180度分配合成路，106是信號輸入輸出端子。
圖2是表示在表面上形成圖1的天線元件101a，101b，101c，101d和寄生天線元件102a，102b，102c，102d構成的天線部分的圓筒形介電體30的圖。如圖所示，各天線元件101a，101b，101c，101d形成在圓筒形介電體30的外徑表面上，各寄生天線元件102a，102b，102c，102d形成在圓筒形介電體30的內(nèi)徑表面上。
接著說明動作。
輸入到輸入輸出端子106的信號通過180度分配合成電路105被分配為具有0度、-180度的相位的信號。之后，由分配合成電路104a分配成具有0度和-90度的相位的信號，由分配合成電路104b分配成具有-180度和-270度的相位的信號。在使用的2個頻率f1和f2中，180度分配合成電路105實現(xiàn)0度、-180度的相位分布，分配合成電路104a，104b實現(xiàn)0度和-90度的相位分布。
在這2個頻率f1和f2中，為和天線元件101a，101b，101c，101d的每一個進行匹配，測量或計算求出天線的散射矩陣后，使用激勵振幅和激勵相位求出使用時的反射系數(shù)，但該例子中，通過天線的散射矩陣的對稱性和激勵相位的對稱性，使得各天線元件101a，101b，101c，101d的反射系數(shù)相同。因此，連接于各天線元件101a，101b，101c，101d的匹配電路103a，103b，103c，103d也相同。
如圖1所示，180度分配合成電路105和分配合成電路104a，104b構成的整個分配合成電路變大，如圖2所示，在圓筒形介電體30上不能形成該整個分配合成電路，僅形成天線元件101a，101b，101c，101d和各寄生天線元件102a，102b，102c，102d構成的天線部分。
圖3是表示組合T分支和不同的線路長度的線路的已有小型分配合成電路的圖，圖中，107a，107b，107c，107d是激勵端子、108是輸入輸出端子，109a，109b，109c，109d是與希望的激勵相位對應長度的線路。線路長度為109a＜109b＜109c＜109d，激勵相位按107a，107b，107c，107d的順序延遲。
圖3所示的T分支和不同的線路長度構成的小型分配合成電路中，使用的頻率為多個時，全部的頻率中每隔一定角度偏離相位來激勵是困難的。例如，設定成在某一頻率f1每隔90度偏離相位來按對稱的相位激勵線路109a，109b，109c，109d時，在與頻率f1不同的頻率f2，變成每隔90度不偏離相位而按不對稱的相位來激勵，各天線元件101a，101b，101c，101d的反射系數(shù)不等。
由于已有的天線裝置如上構成，如圖1所示，存在對于使用的頻率f1和f2，每隔一定角度偏離相位來激勵的180度分配合成電路105和分配合成電路104a，104b變得非常大的問題。
因此，在各個基板上分別構成圖1的天線元件101a，101b，101c，101d，匹配電路天線元件103a，103b，103c，103d，分配合成電路天線元件104a，104b，180度分配合成電路105，用電纜或其它連接結構連接基板之間時，存在天線裝置整體變得非常大的問題。
另外，在由圖3所示的T分支和不同的線路長度構成的小型分配合成電路中，使用的2個頻率f1和f2雙方都按每隔一定角度偏離相位來激勵是困難的，有各天線元件101a，101b，101c，101d的反射系數(shù)不等、不能取得匹配的問題。
本發(fā)明為解決上述問題而作出，目的是得到一種天線裝置，通過使用圖3所示的小型分配合成電路實現(xiàn)小型化，通過對各個天線元件101a，101b，101c，101d連接互不相同的匹配電路，在使用的多個頻率中，可取得多元件天線的匹配。
另外，本發(fā)明的目的是得到把天線元件、匹配電路和分配合成電路一體加工在圓筒形介電體上，使整體小型化的天線裝置。
發(fā)明概述本發(fā)明的天線裝置配備按多個頻率使用的多個天線元件；按希望的相位激勵上述多個天線元件的分配合成電路；匹配電路，一端連接于上述天線元件、另一端連接于上述分配合成電路，在上述各頻率中，與考慮了根據(jù)對應的激勵振幅和激勵相位激勵上述各天線元件時的上述各天線元件之間的結合的上述各天線元件的反射系數(shù)對應。
由此，有在使用的多個頻率中可進行各天線元件的阻抗匹配的效果。
本發(fā)明的天線裝置組合T分支和線路長度不同的線路來構成分配合成電路。
由此，有可把天線裝置小型化的效果。
本發(fā)明的天線裝置把支線型分配合成線路作為分配合成電路使用。
由此，可把天線裝置小型化的同時，有容易實現(xiàn)匹配電路的設計的效果。
本發(fā)明的天線裝置把多個天線元件、分配合成電路和匹配電路一體加工在圓筒形介電體表面上。
由此，有可把天線裝置小型化的效果。
本發(fā)明的天線裝置在天線元件附近配置寄生天線元件。
由此，有可從天線裝置得到希望的發(fā)射圖案的效果。
本發(fā)明的天線裝置把多個天線元件、分配合成電路和匹配電路一體加工在第一圓筒形介電體表面上，把寄生天線元件一體加工在與上述第一圓筒形介電體不同直徑的第二圓筒形介電體表面上。
由此，有可把天線裝置小型化的效果。
附圖簡要說明圖1是展開已有的天線裝置的展開圖；圖2是表示形成天線元件的已有圓筒形介電體的圖；圖3是表示已有的小型分配合成電路的圖；圖4是表示本發(fā)明的實施例1的天線裝置的結構的圖；圖5是展開本發(fā)明的實施例1的天線裝置的展開圖；圖6是展開本發(fā)明的實施例2的天線裝置的展開圖。
實施發(fā)明的最佳方式下面為詳細說明本發(fā)明，根據(jù)附圖就實施本發(fā)明的最佳方式進行說明。
實施例1圖4表示本發(fā)明的實施例1的天線裝置的結構的圖，圖5是展開圖4的天線裝置的展開圖。
在圖4和圖5中，1a，1b，1c，1d是天線元件，2a，2b，2c，2d是電容器，3a，3b，3c，3d是匹配電路，4是分配合成電路，5是輸入輸出端子。
分配合成電路4由T分支和不同線路長度的線路構成，特征是結構簡單而且規(guī)模小。來自輸入輸出端子5的線路由T分支分割而形成2個路徑，各個路徑還具有T分支，總共形成4個路徑。對于某頻率，一般把各路徑的輸入輸出端子5和天線元件1a，1b，1c，1d的距離作成為彼此相差1/4波長，由該線路長度的不同而在天線元件1a，1b，1c，1d中產(chǎn)生0度、-90度、-180度、-270度的相位差。
使用的頻率為2個時，由于將頻率f1、f2都作成0度、-90度、-180度、-270度的相位差是困難的，該實施例的分配合成電路4在使用的2個頻率中的頻率f1中在天線元件1a，1b，1c，1d側的端子處設定成0度、-90度、-180度、-270度的激勵相位。
圖4中，10是圓筒形介電體(第一圓筒形介電體)，20是比圓筒形介電體10內(nèi)徑小的圓筒形介電體(第二圓筒形介電體)，21a，21b，21c，21d是在圓筒形介電體20的表面形成的寄生天線元件。
在圓筒形介電體10的內(nèi)側除天線元件1a，1b，1c，1d以外的下部部分中形成接地導體，去除有天線元件1a，1b，1c，1d的上部內(nèi)側的接地導體。形成寄生天線元件21a，21b，21c，21d的圓筒形介電體20收容在圓筒形介電體10的內(nèi)側，使用時，配置成圓筒形介電體20重疊在圓筒形介電體10的一部分上。
另外，這里配置電容器2a，2b，2c，2d來進行匹配，但若匹配電路3a，3b，3c，3d中包括電容器2a，2b，2c，2d帶來的特性，則可省略電容器2a，2b，2c，2d。
接著，說明動作。
各天線元件1a，1b，1c，1d對稱配置時，從各天線元件1a，1b，1c，1d的端子看去的散射矩陣如下面(1)式所示變?yōu)閷ΨQ形式。
Sdd＝Sbb＝Scc＝SaaSdc＝Scd＝Sba＝Sab＝Sbc＝Scb＝Sad＝SdaSac＝Sca＝Sdb＝Sbd(1)上述(1)式中，Sij(i＝a～d，j＝a～d)是從天線元件j到天線元件i的結合系數(shù)，Sii是天線元件i的反射系數(shù)，是此外的天線端子成為無反射終端時的值。該值在安裝寄生天線元件21a，21b，21c，21d的狀態(tài)下通過測定或計算而得到。
分配合成電路4的散射矩陣作為由輸入輸出端子5和天線元件1a，1b，1c，1d的4個端子側合起來共5個端子構成的散射矩陣通過測定或計算得到。通過使用從上述各天線元件1a，1b，1c，1d的端子看去的散射矩陣和分配合成電路4的散射矩陣，得到把天線元件1a，1b，1c，1d連接于分配合成電路4時的各天線元件1a，1b，1c，1d的端子的各天線元件1a，1b，1c，1d的激勵振幅和激勵相位。
圖5中，這里把分配合成電路4設計成在某頻率f1，在天線元件1a，1b，1c，1d的端子處，得到具有0度、-90度、-180度、-270度的激勵相位的相同大小的激勵振幅的信號。此時，從下面的(2)式，考慮了各天線元件1a，1b，1c，1d的端子處的各天線元件1a，1b，1c，1d之間的結合的各天線元件1a，1b，1c，1d的反射系數(shù)Гa，Гb，Гc，Гd全部變?yōu)橄嗤掸?。Γa=Saa+Sab·e-jπ2+Sac·e-jπ+Sad·e-j3π2]]>Γb=Sbb+Sbc·e-jπ2+Sbd·e-jπ+Sba·e-j3π2]]>Γc=Scc+Scd·e-jπ2+Sca·e-jπ+Scb·e-j3π2]]>Γd=Sdd+Sda·e-jπ2+Sdb·e-jπ+Sbc·e-j3π2---(2)]]>另一方面，與頻率f1不同的頻率f2中，各天線元件1a，1b，1c，1d的端子處，不變?yōu)?度、-90度、-180度、-270度的激勵相位，而變?yōu)樯晕⑵x的值。此時的激勵相位作為P1度、P2度、P3度、P4度，激勵振幅作為M1、M2、M3、M4時，考慮各天線元件1a，1b，1c，1d的端子處的各天線元件1a，1b，1c，1d間的結合的反射系數(shù)Г1，Г2，Г3，Г4如下面的式(3)所示成為分別不同的值。
Г1＝(Saa·M1ejp1＋Sab·M2ejp2＋Sac·M3ejp3＋Sad·M4ejp4)/M1ejp1Г2＝(Sba·M1ejp1＋Sbb·M2ejp2＋Sbc·M3ejp3＋Sbd·M4ejp4)/M2ejp2Г3＝(Sca·M1ejp1＋Scb·M2ejp2＋Scc·M3ejp3＋Scd·M4ejp4)/M3ejp3Г4＝(Sda·Miejp1＋Sdb·M2ejp2＋Sdc·M3ejp3＋Sdd·M4ejp4)/M4ejp4(3)把匹配電路3a，3b，3c，3d的尺寸確定成在頻率f1與上述(2)式所示的各天線元件1a，1b，1c，1d的反射系數(shù)Г0匹配，在頻率f2與上述(3)式所示的各天線元件1a，1b，1c，1d的反射系數(shù)Г1，Г2，Г3，Г4匹配。因此，各個匹配電路3a，3b，3c，3d的尺寸不同。
上述計算得到的天線元件1a，1b，1c，1d的激勵振幅和激勵相位通過連接尺寸不同的匹配電路3a，3b，3c，3d可變?yōu)閺某跏贾灯x若干的值?？紤]連接的匹配電路3a，3b，3c，3d的特性，重新計算天線元件1a，1b，1c，1d的激勵振幅和激勵相位，使用新得到的激勵振幅和激勵相位再設計匹配電路3a，3b，3c，3d。反復這樣的作業(yè)可更正確地進行設計。
這樣一來，把各匹配電路3a，3b，3c，3d的尺寸對應于各天線元件1a，1b，1c，1d的不同的反射系數(shù)設計，在2個頻率f1，f2中，即使使用未必能實現(xiàn)0度、-90度、-180度、-270度的激勵相位的分配合成電路4時，也能實現(xiàn)優(yōu)良特性的天線裝置。
另外，通過使用簡單的結構的小型分配合成電路4，可在圓筒形介電體10上一體加工天線端子1a，1b，1c，1d、電容器2a，2b，2c，2d、匹配電路3a，3b，3c，3d、分配合成電路4。
另外，使用時，配置成把圓筒形介電體20部分重合在圓筒形介電體10上，通過把寄生天線元件21a，21b，21c，21d配置在各天線元件1a，1b，1c，1d的附近，可從天線裝置發(fā)射希望的發(fā)射圖案。
該實施例中，使用的頻率為2個，但可以是2個以上的頻率。本實施例中天線元件為4個，但2個以上的多個天線元件都可以。還有，本實施例中寄生天線元件有4個，但1個或2個以上的多個天線元件都可以。
該實施例中，把分配合成電路4設計成在頻率f1時在天線元件1a，1b，1c，1d側的端子處以相同激勵振幅變?yōu)?度、-90度、-180度、-270度的振幅相位，在另外的頻率f2處，設計成變?yōu)椴煌募钫穹筒煌募钕辔?，但也可設計成在頻率f1，f2處，以不同的激勵振幅來使激勵相位盡可能接近0度、-90度、-180度、-270度。
該實施例中，把寄生天線元件21a，21b，21c，21d一體加工在比圓筒形介電體10內(nèi)徑小的圓筒形介電體20上，把圓筒形介電體20插入圓筒形介電體10中，但可一體加工在比圓筒形介電體10內(nèi)徑大的圓筒形介電體上、將圓筒形介電體10插入圓筒形介電體20中。另外，只要確保圓筒形介電體10的高度，也可不使用圓筒形介電體20、一體加工在圓筒形介電體10的內(nèi)徑表面上。
如上所述，根據(jù)該實施例1，實現(xiàn)的效果是在使用的各頻率中，通過使匹配電路3a，3b，3c，3d與考慮了根據(jù)對應的激勵振幅和激勵相位激勵各天線元件1a，1b，1c，1d時的各天線元件1a，1b，1c，1d之間的結合的各天線元件1a，1b，1c，1d的反射系數(shù)對應，實現(xiàn)阻抗匹配。
另外，根據(jù)該實施例1，通過用簡單結構且小型的T分支和不同線路長度的線路構成分配合成電路4，可得到天線裝置小型化的效果。
另外，根據(jù)該實施例1，通過把多個天線元件1a，1b，1c，1d、分配合成電路4、匹配電路3a，3b，3c，3d一體加工在圓筒形介電體10的表面上，可得到天線裝置小型化的效果。
還有，根據(jù)該實施例1，使用時，通過在天線元件1a，1b，1c，1d附近配置寄生天線元件21a，21b，21c，21d，效果是可從天線裝置發(fā)射希望的發(fā)射圖案。
還有，根據(jù)該實施例1，通過把寄生天線元件21a，21b，21c，21d一體加工在與圓筒形介電體10內(nèi)徑不同的圓筒形介電體20的表面上，可得到裝置小型化的效果。
實施例2圖6是展開本發(fā)明的實施例2的天線裝置的展開圖。該實施例中，將實施例1的分配合成電路4置換成使用支線型分配合成線路的分配合成電路。
圖6中，1a，1b，1c，1d是天線元件，2a，2b，2c，2d是電容器，3a，3b，3c，3d是匹配電路，8是使用支線型分配合成線路的分配合成電路，5是信號的輸入輸出端子。
分配合成電路8比實施例1的由T分支和不同線路長度的線路構成的分配合成電路4大，但比使用已有的支線型分配合成線路的分配合成電路104a，104b和180度分配合成電路105的分配合成電路小。分配合成電路8中，由連接于輸入輸出端子5的環(huán)狀線路，附加180度的相位差，由其后的線路各附加90度的相位差。
使用的頻率為2個時，由于頻率f1、f2都作成0度、-90度、-180度、-270度的相位差是困難的，把該實施例的分配合成電路8設計成在使用的2個頻率中的頻率f1中在天線元件1a，1b，1c，1d側的端子處設定成0度、-90度、-180度、-270度的激勵相位。
接著，說明動作。
各天線元件1a，1b，1c，1d對稱配置時，從各天線元件1a，1b，1c，1d的端子看去的散射矩陣如上述(1)式所示變?yōu)閷ΨQ形式。圖6中，這里把分配合成電路8設計成在某頻率f1，在天線元件1a，1b，1c，1d的端子處，得到具有0度、-90度、-180度、-270度的激勵相位的相同大小的激勵振幅的信號。此時，從上述(2)式，考慮了各天線元件1a，1b，1c，1d的端子處的各天線元件1a，1b，1c，1d之間的結合的各天線元件1a，1b，1c，1d的反射系數(shù)Гa，Гb，Гc，Гd全部變?yōu)橄嗤掸?。
另一方面，與頻率f1不同的頻率f2中，各天線元件1a，1b，1c，1d的端子處，不成為0度、-90度、-180度、-270度的激勵相位，而變?yōu)樯晕⑵x的值。此時的激勵相位作為P1度、P2度、P3度、P4度，激勵振幅作為M1、M2、M3、M4時，考慮各天線元件1a，1b，1c，1d的端子處的各天線元件1a，1b，1c，1d的結合的反射系數(shù)Г1，Г2，Г3，Г4如上述式(3)所示成為分別不同的值。
把匹配電路3a，3b，3c，3d的尺寸確定成在頻率f1與上述(2)式所示的各天線元件1a，1b，1c，1d的反射系數(shù)Г0匹配，在頻率f2與上述(3)式所示的各天線元件1a，1b，1c，1d的反射系數(shù)Г1，Г2，Г3，Г4匹配。因此，各個匹配電路3a，3b，3c，3d的尺寸不同。
該實施例的動作與實施例1的動作基本相同，但由于分配合成電路8使用支線型分配合成線路而構成，2個頻率f1和f2的天線元件1a，1b，1c，1d的激勵相位具有不怎么偏離0度、-90度、-180度、-270度的特征，各個匹配電路3a，3b，3c，3d的差異小，各個匹配電路3a，3b，3c，3d的設計容易。
這樣一來，通過對應于各天線元件1a，1b，1c，1d的不同的反射系數(shù)設計各匹配電路3a，3b，3c，3d的尺寸，在2個頻率f1，f2中，即使使用未必能實現(xiàn)0度、-90度、-180度、-270度的激勵相位的分配合成電路8時，也能實現(xiàn)優(yōu)良特性的天線裝置。
另外，通過使用小型分配合成電路8，可在圓筒形介電體10上一體加工天線端子1a，1b，1c，1d、電容器2a，2b，2c，2d、匹配電路3a，3b，3c，3d、分配合成電路8。
另外，使用時，配置成把圓筒形介電體20部分重合在圓筒形介電體10上，通過把寄生天線元件21a，21b，21c，21d配置在各天線元件1a，1b，1c，1d的附近，可從天線裝置發(fā)射希望的發(fā)射圖案。
該實施例中，使用的頻率為2個，但可以是2個以上的頻率。本實施例中天線元件為4個，但2個以上的多個天線元件都可以。還有，本實施例中寄生天線元件有4個，但1個或2個以上的多個天線元件都可以。
該實施例中，把分配合成電路8設計成在頻率f1時天線元件1a，1b，1c，1d側的端子處以相同激勵振幅變?yōu)?度、-90度、-180度、-270度的振幅相位，在另外的頻率f2時，設計成變?yōu)椴煌募钫穹筒煌募钕辔?，但也可設計成在頻率f1，f2時都以不同的激勵振幅來使激勵相位盡可能接近0度、-90度、-180度、-270度。
該實施例中，把寄生天線元件21a，21b，21c，21d一體加工在比圓筒形介電體10內(nèi)徑小的圓筒形介電體20上，把圓筒形介電體20插入圓筒形介電體10中，但可一體加工在比圓筒形介電體10內(nèi)徑大的圓筒形介電體上、將圓筒形介電體10插入圓筒形介電體20中。另外，只要確保圓筒形介電體10的高度，也可不使用圓筒形介電體20、而一體加工在圓筒形介電體10的內(nèi)徑表面上。
如上所述，根據(jù)該實施例2，實現(xiàn)的效果是在使用的各頻率中，通過使匹配電路3a，3b，3c，3d與考慮了根據(jù)對應的激勵振幅和激勵相位激勵各天線元件1a，1b，1c，1d時的各天線元件1a，1b，1c，1d之間的結合的各天線元件1a，1b，1c，1d的反射系數(shù)對應，實現(xiàn)阻抗匹配。
另外，根據(jù)該實施例2，通過用支線型分配合成線路作為分配合成電路8，可得到天線裝置小型化的效果。
另外，根據(jù)該實施例2，通過把多個天線元件1a，1b，1c，1d、分配合成電路8、匹配電路3a，3b，3c，3d一體加工在圓筒形介電體10的表面上，可得到天線裝置小型化的效果。
還有，根據(jù)該實施例2，使用時，通過在天線元件1a，1b，1c，1d附近配置寄生天線元件21a，21b，21c，21d，效果是可從天線裝置發(fā)射希望的發(fā)射圖案。
還有，根據(jù)該實施例2，通過把寄生天線元件21a，21b，21c，21d一體加工在與圓筒形介電體10內(nèi)徑不同的圓筒形介電體20的表面上，可得到裝置小型化的效果。
產(chǎn)業(yè)上的可利用性如上所述，本發(fā)明的天線裝置通過配置與各天線元件對著用于的匹配電路，適用于小型化。
權利要求
1.一種天線裝置，其特征在于配備按多個頻率使用的多個天線元件；按希望的相位激勵上述多個天線元件的分配合成電路；匹配電路，一端連接于上述天線元件、另一端連接于上述分配合成電路，在上述各頻率中，與考慮了根據(jù)對應的激勵振幅和激勵相位激勵上述各天線元件時的上述各天線元件之間的結合的上述各天線元件的反射系數(shù)對應。
2.根據(jù)權利要求1的天線裝置，其特征在于組合T分支和線路長度不同的線路來構成分配合成電路。
3.根據(jù)權利要求1的天線裝置，其特征在于使用支線型分配合成線路作為分配合成電路。
4.根據(jù)權利要求1的天線裝置，其特征在于把多個天線元件、分配合成電路和匹配電路一體加工在圓筒形介電體表面上。
5.根據(jù)權利要求1的天線裝置，其特征在于在天線元件附近配置寄生天線元件。
6.根據(jù)權利要求5的天線裝置，其特征在于把多個天線元件、分配合成電路和匹配電路一體加工在第一圓筒形介電體表面上，把寄生天線元件一體加工在與上述第一圓筒形介電體不同內(nèi)徑的第二圓筒形介電體表面上。
全文摘要
一種配置匹配電路4的天線裝置,該電路在使用的各個頻率中,與考慮了根據(jù)對應的激勵振幅和激勵相位激勵各天線元件1a,1b,1c,1d時的各天線元件1a,1b,1c,1d之間的結合的各天線元件1a,1b,1c,1d的反射系數(shù)對應。
文檔編號G01L9/00GK1334979SQ99816188
公開日2002年2月6日 申請日期1999年12月15日 優(yōu)先權日1999年2月15日
發(fā)明者西野有, 宮崎守泰, 遠藤勉, 大和田哲 申請人:三菱電機株式會社