專利名稱：天線裝置和無線電接收裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種使用螺旋天線的天線裝置和使用這種天線裝置的無線電接收裝置，這種天線裝置主要用于諸如傳呼機(jī)的無線電傳呼接收器中。
在無線電傳呼接收器如傳呼機(jī)的現(xiàn)有技術(shù)中，通常把環(huán)形天線用作天線裝置。下面將參考

圖13和圖14對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中用于傳呼機(jī)的環(huán)形天線中天線調(diào)諧控制電路的結(jié)構(gòu)作以解釋。
如圖13所示，天線調(diào)諧控制電路的結(jié)構(gòu)是阻抗匹配電路102連接到天線101，中央處理裝置(CPU)104經(jīng)低通濾波器(LPF)103連接到阻抗匹配電路102的控制輸入端，高頻放大器105和混合器106連接到阻抗匹配電路102的輸出端。天線101和阻抗匹配電路102的接收頻率可以通過在噪聲成份被LPF 103從控制電壓中除去之后從CPU 104輸入控制電壓而設(shè)置。LPF 103由電阻R1和電容C1組成。被設(shè)置在接收頻率的接收信號(hào)通過高頻放大器105放大并再在后續(xù)階段輸出到包括混合器106的接收電路。
用作天線101的環(huán)形天線由諸如金屬等的天線材料制成，相對(duì)于波長(zhǎng)具有非常短的環(huán)長(zhǎng)度(長(zhǎng)度大約為1/5λ至1/10λ，例如當(dāng)接收頻帶設(shè)置為280MHz時(shí)線圈長(zhǎng)度大約為15cm至10cm)。因此，因?yàn)榄h(huán)形天線具有非常窄的頻率帶寬，所以需要對(duì)每個(gè)接收頻率設(shè)置頻率并然后每次通過阻抗匹配電路102進(jìn)行阻抗匹配。
圖14表示圖13所示的天線101和阻抗匹配電路102的具體結(jié)構(gòu)。天線101由天線L1，L2組成，它們是通過一個(gè)其等效電路由兩個(gè)串聯(lián)線圈等給出的電路圖案形成的。阻抗匹配電路102的結(jié)構(gòu)為一個(gè)可變電容(補(bǔ)償電容器)TVC和可變電容二極管(變?nèi)荻O管)DVC串聯(lián)，變?nèi)荻O管DVC經(jīng)過電阻R2接地，也經(jīng)過電容C2接地，通過高頻成份。這些天線L1，L2與可變電容TVC和變?nèi)荻O管DVC并聯(lián)。
設(shè)置可變電容TVC以吸收天線的電感變化。天線L1，L2的共振頻率可以通過改變電容而改變，設(shè)置到接收頻率f0。設(shè)置變?nèi)荻O管DVC以把一個(gè)接收頻率改變到另一個(gè)接收頻率。接收頻率可以通過施加來自CPU 104每個(gè)頻道的控制電壓來設(shè)置。可以通過這種方式調(diào)節(jié)阻抗來改變接收頻率。
環(huán)形天線有一個(gè)問題，即如果這種環(huán)形天線遠(yuǎn)離人體定位，則會(huì)因?yàn)槿梭w效應(yīng)的喪失而引起例如天線增益在280MHz的頻帶處有大約5dB的下降。近來，無線電傳呼接收器的應(yīng)用被擴(kuò)展，不用作所謂的“呼叫端”。例如，用作信息接收端，設(shè)備控制接收端等。如果無線電傳呼接收器用作信息接收端或設(shè)備控制接收端，則經(jīng)常在自由空間使用而非鄰近人體。在這種情況下，不可能獲得由人體效應(yīng)帶來的天線增益的提高。另外，因環(huán)形天線的方向性顯示“8”字形的特征，所以在天線輻射圖中產(chǎn)生一個(gè)零點(diǎn)，以致形成一個(gè)這樣的情形，即不能確保作為接收器的天線的全部特征的情形。
根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)中上述實(shí)例的結(jié)構(gòu)，為了在接收頻率f0處設(shè)置阻抗，需要阻抗匹配電路以增加裝置結(jié)構(gòu)的大小，阻抗匹配電路由諸如可變電容TVC、變?nèi)荻O管DVC的可變電容元件組成。這從通過減少部件組裝面積而達(dá)到微型化和降低成本的角度來看是不利的。另外，為了把接收頻率f0改成另一個(gè)接收頻率，需要接收頻率轉(zhuǎn)換電路，該電路可在每次改變頻道時(shí)通過向變?nèi)荻O管DVC施加來自CPU的控制電壓而設(shè)置頻道。因此存在裝置結(jié)構(gòu)及其操作均很復(fù)雜的問題。特別是如果天線裝置與接收器分離用作一個(gè)外部天線裝置，則除接收信號(hào)傳輸線外還需要一條控制線，用于施加來自CPU的天線控制電壓。因此，導(dǎo)致一個(gè)電纜線布線變復(fù)雜的問題。
在把鞭狀天線用作外部天線裝置的情況中，例如即使采用1/4λ天線，在280MHz處需要一個(gè)大尺寸的天線，該天線具有25cm的垂直長(zhǎng)度，并且更為理想的是把鞭狀天線安裝在接地板(以下稱為“GND板”)如鐵板等上作為安裝地點(diǎn)。因此存在的問題是不僅裝置的尺寸增加，而且天線裝置的安裝地點(diǎn)受限制。
本發(fā)明根據(jù)上述問題而產(chǎn)生，并且本發(fā)明的目的是提供一種可以用在信息接收端、設(shè)備控制接收端等的天線裝置，主要用在自由空間，可以消除復(fù)雜的阻抗匹配電路、頻率改變電路等，可以有無定向的方向性，無零點(diǎn)，可以制成比環(huán)形天線小的尺寸和低的制造成本，可以在所有方向上確保所有的天線特性并實(shí)現(xiàn)尺寸的減小和結(jié)構(gòu)的簡(jiǎn)化以及成本的降低，本發(fā)明還提供一種使用該天線的無線電接收裝置。
為了克服上述問題，本發(fā)明第一方面提出的天線裝置包括一個(gè)其上安裝接收電路的電路基板；和一個(gè)連接到電路基板并大致沿電路基板的一側(cè)分布的螺旋天線；其特征在于天線的阻抗可通過改變螺旋天線相對(duì)于電路基板的角度而調(diào)節(jié)到一個(gè)理想的頻率。
本發(fā)明第二方面提出的天線裝置，包括一個(gè)其上安裝接收電路的電路基板；和一個(gè)連接到電路基板并大致沿電路基板的一側(cè)布置的螺旋天線；其特征在于天線裝置的阻抗可以在希望的頻率通過布置螺旋天線使其相對(duì)于電路基板的角度為一預(yù)定值來設(shè)置。
根據(jù)第一方面的結(jié)構(gòu)，尺寸小、成本低且無零點(diǎn)的非定向性天線裝置可以通過提供具有螺旋天線和電路基板的天線裝置來提供。同樣，在第一方面，因?yàn)樘炀€裝置的阻抗可在希望的頻率處通過改變螺旋天線相對(duì)于電路基板的角度來調(diào)整，可以實(shí)現(xiàn)接收電路和天線裝置之間的阻抗匹配而不需要復(fù)雜的阻抗匹配電路，并且還可以改變接收頻率而不需要頻率改變電路等。另外，在第二方面，因?yàn)榭梢酝ㄟ^布置螺旋天線使得螺旋天線相對(duì)于電路基板的角度為一預(yù)定值而在希望的頻率處設(shè)置天線裝置的阻抗，所以可以方便地進(jìn)行接收電路和天線裝置之間的阻抗匹配或接收頻率的改變。
同樣，在第三方面提出的天線裝置中，天線裝置的阻抗可以在第一方面中希望的頻率處被感性地設(shè)置。
根據(jù)本發(fā)明的第三方面，因?yàn)樘炀€裝置的阻抗可以在希望的頻率處被感性地設(shè)置，所以天線裝置可以直接連接到具有容抗如設(shè)置在接收電路輸入階段的放大電路。在這種情況下，無阻抗轉(zhuǎn)換電路即可執(zhí)行天線裝置的阻抗匹配。其結(jié)果是可以實(shí)現(xiàn)裝置尺寸的減小和制作成本的降低。
本發(fā)明第四方面提出的天線裝置，包括一個(gè)其上安裝接收電路的電路基板；和一個(gè)連接到電路基板并大致沿電路基板的一側(cè)布置的螺旋天線；其特征在于把包括螺旋天線單體的第一天線和包括螺旋天線及電路基板的第二天線布置成第一和第二天線的主要偏振方向大致正交。
根據(jù)第四方面的結(jié)構(gòu)，因?yàn)榉较蛐缘牧泓c(diǎn)通過包括螺旋天線單體的第一天線和包括螺旋天線及電路基板的第二天線互相補(bǔ)償，所以可以實(shí)現(xiàn)能確保天線在所有方向上的全部特性的非定向性天線裝置。另外，無論到達(dá)的無線電波的偏振面和到達(dá)方向如何，總可以得到高品質(zhì)的天線特性，尤其是即使天線裝置用在自由空間，也可以確保穩(wěn)定和高接收性能。
本發(fā)明第五方面提出的天線裝置，包括一個(gè)其上安裝接收電路的電路基板；和一個(gè)連接到電路基板并大致沿電路基板的一側(cè)布置的螺旋天線；其特征在于設(shè)置于接收電路輸入階段的放大器直接連接到螺旋天線。
根據(jù)第五方面的結(jié)構(gòu)，因?yàn)樵O(shè)置于接收電路輸入階段的放大器直接連接到螺旋天線，并且天線裝置的阻抗匹配無需阻抗匹配電路即可完成，所以可以達(dá)到裝置尺寸的減小和制作成本的降低。
本發(fā)明第六方面提出的天線裝置，包括金屬板材料；和一個(gè)連接到金屬板材料并基本上沿金屬板材料的一側(cè)布置的螺旋天線；其特征在于天線裝置與其中設(shè)置接收電路的無線電接收裝置主體分離設(shè)置，并且之后天線裝置通過電纜連接到無線電接收裝置主體的外側(cè)。
根據(jù)第六方面的結(jié)構(gòu)，因?yàn)樵O(shè)置了具有螺旋天線的天線裝置和金屬板材料，所以可以提供小尺寸、低成本且無零點(diǎn)的非定向天線。另外，因?yàn)樘炀€裝置通過電纜連接到無線電接收裝置主體的外側(cè)，所以無論裝置的結(jié)構(gòu)如何都可得到穩(wěn)定和理想的接收性能。
同樣，在第七方面提出的天線裝置中，可以通過改變第六方面中螺旋天線相對(duì)于金屬板材料的角度而在希望的頻率處調(diào)節(jié)天線裝置的阻抗。
同樣，在第八方面提出的天線裝置中，在第七方面中從連接到天線裝置的電纜的頂端測(cè)到的天線一側(cè)的阻抗可以在一理想的頻率處感性設(shè)置。
根據(jù)第七方面的結(jié)構(gòu)，如同在第一方面一樣，因?yàn)榭梢酝ㄟ^改變螺旋天線相對(duì)于金屬材料板的角度而在希望的頻率處設(shè)置天線裝置的阻抗，所以無需復(fù)雜的阻抗匹配電路即可實(shí)現(xiàn)接收電路和天線裝置之間的阻抗匹配，并且無需阻抗改變電路也可改變接收頻率。
同樣，根據(jù)第八方面的結(jié)構(gòu)，如同在第三方面一樣，因?yàn)楦行蕴炀€裝置可以直接連接到具有容抗如設(shè)置在接收電路輸入階段的放大電路的電路。在這種情況下，無需阻抗改變電路即可實(shí)現(xiàn)天線裝置的阻抗匹配。其結(jié)果是可以實(shí)現(xiàn)裝置尺寸的減小和制作成本的降低。
利用本發(fā)明第九方面提出的天線裝置的無線電接收裝置包括一個(gè)包含金屬板材料的天線裝置，和一個(gè)連接到金屬板材料并基本上沿金屬板材料的一側(cè)布置的螺旋天線；其特征在于天線裝置與其中設(shè)置接收電路的無線電接收裝置的主體分離設(shè)置，之后，天線裝置在一定距離處通過電纜連接到無線電接收裝置主體的外側(cè)，并且設(shè)置在接收電路輸入階段的放大器直接連接到天線裝置。
根據(jù)第九方面中的結(jié)構(gòu)，可以提供小尺寸、低成本的非定向天線。利用本發(fā)明第十方面提出的天線裝置的無線電接收裝置包括一個(gè)天線裝置，天線裝置包括一個(gè)其上安裝接收電路的電路基板，和一個(gè)連接到電路基板并大致沿電路基板的一側(cè)布置的螺旋天線；其特征在于天線裝置與無線電接收裝置的主體分離設(shè)置，之后，天線裝置在一定距離處通過電纜連接到無線電接收裝置主體的外側(cè)。
根據(jù)第十方面的結(jié)構(gòu)，可以通過具有螺旋天線和電路基板提供小尺寸、低成本且無零點(diǎn)的非定向天線。另外，因?yàn)樘炀€裝置在一定距離處通過電纜連接到無線電接收裝置主體的外側(cè)，所以無論裝置的結(jié)構(gòu)如何都可以避免噪聲的影響并確保穩(wěn)定和希望的接收性能，并通過具有螺旋天線和金屬材料板的天線裝置可以提供無零點(diǎn)的天線。同樣，通過直接把設(shè)置在接收電路輸入階段的放大器連接到天線裝置，可以無需阻抗匹配電路而提供天線裝置的阻抗匹配。另外，因?yàn)樘炀€裝置通過電纜連接到無線電接收裝置主體的外側(cè)，所以無論裝置的結(jié)構(gòu)如何都可以避免噪聲的影響并獲得穩(wěn)定和理想的接收性能，本發(fā)明公開的內(nèi)容涉及包含在日本專利申請(qǐng)10-252743(1998年9月7日申請(qǐng))的主題，該專利在此引為參考。
圖1是根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施例的天線裝置的基本結(jié)構(gòu)圖；圖2是由螺旋天線單體形成的天線結(jié)構(gòu)的等價(jià)示意圖；圖3是由螺旋天線單體和電路基板形成的天線結(jié)構(gòu)的等價(jià)示意圖；圖4是設(shè)置在電路基板上的環(huán)形天線的結(jié)構(gòu)實(shí)例。
圖5表示在X-Y平面上天線裝置的方向特性。
圖6表示在X-Z平面上天線裝置的方向特性。
圖7是根據(jù)本發(fā)明第二實(shí)施例的天線裝置的基本結(jié)構(gòu)圖；圖8是根據(jù)本發(fā)明第三實(shí)施例的天線裝置的基本結(jié)構(gòu)圖；圖9是根據(jù)本發(fā)明第四實(shí)施例的天線裝置的基本結(jié)構(gòu)圖；圖10表示天線側(cè)的阻抗特性。
圖11是無線電傳呼接收裝置的基本結(jié)構(gòu)圖，其中根據(jù)本發(fā)明第五實(shí)施例的天線裝置組裝其中；圖12是無線電傳呼接收裝置的基本結(jié)構(gòu)圖，其中根據(jù)本發(fā)明第六實(shí)施例的天線裝置組裝其中；圖13是環(huán)形天線中天線調(diào)諧控制電路的結(jié)構(gòu)框圖；圖14是圖13所示電路的具體結(jié)構(gòu)示意圖。
下面參考附圖對(duì)本發(fā)明的實(shí)施例進(jìn)行解釋。本實(shí)施例中所示的是采用螺旋天線的天線裝置的實(shí)例。圖1是根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施例的天線裝置的基本結(jié)構(gòu)圖。天線裝置設(shè)計(jì)為與無線電接收裝置例如無線傳呼接收機(jī)等結(jié)合在一起，并包括一個(gè)螺旋天線1、一個(gè)阻抗匹配電路2、一個(gè)接收電路3、和一個(gè)電路基板4。接地端(此后稱作“GND”)5對(duì)于阻抗匹配電路2和接收電路3是地電勢(shì)，并且還與形成電路基板4內(nèi)層的GND板(地面板)相連接。
通常螺旋天線1通過螺旋纏繞一個(gè)大約1/4波長(zhǎng)的金屬線棒(如銅線)構(gòu)成。在280MHz時(shí)的無線電傳呼接收機(jī)中，螺旋天線1通過螺旋纏繞大約25cm長(zhǎng)的銅線構(gòu)成。在圖1的坐標(biāo)系中電路基板4平行于ZY平面定位。螺旋天線1沿電路基板4四側(cè)中的一側(cè)平行于Z軸方向放置。因此，螺旋天線1的偏振方向是Z軸方向。由螺旋天線1的單體組成的第一天線可以被認(rèn)為同等地具有圖2所示結(jié)構(gòu)。在這種情況下，作為螺旋天線1的方向的Z軸方向變?yōu)橹髌穹较颉?br> 同樣地，在圖1中螺旋天線1和電路基板4在Y軸方向成為一對(duì)，由此可構(gòu)成一端為螺旋天線1而另一端為電路基板4的偶極天線。螺旋天線1和電路基板4布置成二者在一個(gè)理想的頻率處均可彼此共振。由螺旋天線1和電路基板4組成的第二天線可以被認(rèn)為同等地具有圖3所示結(jié)構(gòu)。在這種情況下，主偏振方向?yàn)閅軸方向。
阻抗匹配電路2用接收電路3的輸入阻抗與螺旋天線1的阻抗相匹配。通常阻抗匹配電路2由表面安置型電容元件和表面安置型電感元件的組合構(gòu)成。接收電路3探測(cè)接收到的信號(hào)以導(dǎo)出通訊數(shù)據(jù)。通訊數(shù)據(jù)在CPU(未示出)的控制下被轉(zhuǎn)換并被輸出到液晶顯示裝置如蜂鳴器等，以通過聲音顯示通訊數(shù)據(jù)和/或告知用戶通訊數(shù)據(jù)的到達(dá)。
如上所述，由螺旋天線1的單體組成的第一天線的主偏振方向變?yōu)閆軸方向，同時(shí)由包括螺旋天線1和電路基板4的偶極天線形成的第二天線的主偏振方向變?yōu)閅軸方向。因此，通過螺旋天線1的單體的天線工作和通過螺旋天線1和電路基板4的天線工作在ZY平面正交地進(jìn)行。另外，螺旋天線1方向性的零點(diǎn)位于Y軸方向上，而螺旋天線1和電路基板4二者方向性的零點(diǎn)位于Z軸方向上。
因此，對(duì)于沿ZY平面方向到達(dá)的無線電波，螺旋天線1的方向性和螺旋天線1與電路基板4二者的方向性互相補(bǔ)償。因?yàn)橛陕菪炀€和偶極天線組成的天線裝置可以根據(jù)電場(chǎng)分量工作，所以如果用在遠(yuǎn)離人體的地方即自由空間，此天線裝置比根據(jù)磁場(chǎng)分量工作的偶極天線有較高的天線增益。作為方向性，本實(shí)施例的天線裝置顯示在所有方向上具有高天線增益的無定向的方向特性，從而補(bǔ)償設(shè)置在電路基板4上的環(huán)形天線50的方向性的零點(diǎn)，如圖4所述。
圖5和圖6分別是本實(shí)施例天線裝置的方向性。圖5表示天線裝置對(duì)于X-Y平面中垂直偏振波的方向性。圖6表示天線裝置對(duì)于X-Z平面中垂直偏振波的方向性。在X-Y平面和X-Z平面中，本實(shí)施例的方向性顯示無零點(diǎn)的方向性，并且在所有的方向上顯示高的天線增益，而非環(huán)形天線的方向特性12，分別由圖5和圖6中的虛線表示。
同樣地，雖然沒有示出，但本實(shí)施例的天線裝置可以有大于10MHz的寬帶作為天線帶寬(3dB帶寬)，并因此可以完全覆蓋用于無線電傳呼接收器的頻率而無需由變?nèi)荻O管等構(gòu)成的頻率改變電路。
如上所述，根據(jù)本實(shí)施例的結(jié)構(gòu)，無論到達(dá)的無線電波的偏振面以及到達(dá)的方向如何總可以獲得較好的天線特性，尤其是即使天線裝置用在自由空間仍可確保穩(wěn)定和較好的接收性能。同樣地，不需要由變?nèi)荻O管組成的頻率變化電路改變接收頻率。其結(jié)果是可以提供一種非定向、高性能的天線裝置，利用小而簡(jiǎn)單的結(jié)構(gòu)充分地實(shí)現(xiàn)天線的性能。
圖7是根據(jù)本發(fā)明第二實(shí)施例的天線裝置的基本結(jié)構(gòu)圖。在圖7中，(a)是天線裝置的透視圖，(b)是從電路基板的底面看去的側(cè)視圖，其中螺旋天線設(shè)置在電路基板上。
天線裝置包括一個(gè)螺旋天線1，一個(gè)匹配電路2，一個(gè)接收電路3和一個(gè)電路基板4。GND5對(duì)于匹配電路2和接收電路3是地電位并還連接到成為電路基板4的內(nèi)層的GND板。螺旋天線1的基本結(jié)構(gòu)類似于第一實(shí)施例中的情況并因而省去詳述。
第二實(shí)施例的螺旋天線1布置成相對(duì)于電路基板4四側(cè)中的一側(cè)傾斜，從Z軸方向向X軸方向傾斜一預(yù)定的角度α，其中四側(cè)中的一側(cè)平行于ZY平面。因?yàn)槁菪炀€1以此種方式被定位成與電路基板4有一角度，所以由于螺旋天線1和電路基板4之間的相互干擾所致的電容耦合量可被改變，并由此相應(yīng)地改變天線阻抗。其結(jié)果是因?yàn)轭A(yù)定的天線角度α的提供，可以通過改變螺旋天線1和電路基板4之間的電容耦合量調(diào)節(jié)天線阻抗。
天線本身的性能如對(duì)于偏振的方向性等同于第一實(shí)施例中的情形。螺旋天線1對(duì)于沿ZY平面到達(dá)的無線電波的方向性和螺旋天線1與電路基板4對(duì)于沿ZY平面到達(dá)的無線電波的方向性互相補(bǔ)償。因?yàn)槁菪炀€和偶極天線組成的天線裝置可以根據(jù)電場(chǎng)分量工作，所以如果用在遠(yuǎn)離人體的地方即自由空間，此天線裝置比根據(jù)磁場(chǎng)分量工作的環(huán)形天線有較高的天線增益。如同圖5和圖6所示的第一實(shí)施例，第二實(shí)施例的天線裝置顯示非定向的方向特性作為方向性，以至于補(bǔ)償環(huán)形天線的方向性的零點(diǎn)。
根據(jù)第二實(shí)施例，如同第一實(shí)施例，無論到達(dá)的無線電波的偏振面和到達(dá)的方向如何總可以獲得較好的天線特性，尤其是即使天線裝置用在自由空間仍可確保穩(wěn)定和較好的接收性能。同樣地，不需要螺旋天線長(zhǎng)度的物理改變就可通過調(diào)節(jié)螺旋天線和電路基板間的夾角α改變接收頻帶。圖8是根據(jù)本發(fā)明第三實(shí)施例的天線裝置的基本結(jié)構(gòu)圖。在圖8中(a)是天線裝置的透視圖，(b)是從電路基板的前側(cè)看去的前視圖。
天線裝置包括一個(gè)螺旋天線1，一個(gè)匹配電路2，一個(gè)接收電路3和一個(gè)電路基板4。GND5對(duì)于匹配電路2和接收電路3是地電位并還連接到成為電路基板4的內(nèi)層的GND板。螺旋天線1的基本結(jié)構(gòu)類似于第一實(shí)施例中的情況并因而省去詳述。
第三實(shí)施例的螺旋天線1布置成相對(duì)于電路基板4四側(cè)中的一側(cè)傾斜，從Z軸方向向X軸方向傾斜一預(yù)定的角度θ，其中四側(cè)中的一側(cè)平行于ZY平面。因?yàn)槁菪炀€1以此種方式被定位成與電路基板4有一角度，所以由于螺旋天線1和電路基板4之間的相互干擾所致的電容耦合量可被改變，并由此相應(yīng)地改變天線阻抗。其結(jié)果是因?yàn)轭A(yù)定的天線角度θ的提供，可以通過改變螺旋天線1和電路基板4之間的電容耦合量調(diào)節(jié)天線阻抗。
天線本身的性能如對(duì)于偏振的方向性等同于第一實(shí)施例中的情形。螺旋天線1對(duì)于沿ZY平面到達(dá)的無線電波的方向性和螺旋天線1與電路基板4對(duì)于沿ZY平面到達(dá)的無線電波的方向性互相補(bǔ)償。因?yàn)槁菪炀€和偶極天線組成的天線裝置可以根據(jù)電場(chǎng)分量工作，所以如果用在遠(yuǎn)離人體的地方即自由空間，此天線裝置比根據(jù)磁場(chǎng)分量工作的環(huán)形天線有較高的天線增益。如同圖5和圖6所示的第一實(shí)施例，第三實(shí)施例的天線裝置顯示非定向的方向特性作為方向性，以至于補(bǔ)償環(huán)形天線的方向性的零點(diǎn)。
根據(jù)第三實(shí)施例，如同第一實(shí)施例，無論到達(dá)的無線電波的偏振面和到達(dá)的方向如何，總可以獲得較好的天線特性，尤其是即使天線裝置用在自由空間仍可確保穩(wěn)定和較好的接收性能。同樣地，不需要螺旋天線長(zhǎng)度的物理改變就可通過調(diào)節(jié)螺旋天線和電路基板間的夾角θ改變接收頻帶。在第三實(shí)施例中，螺旋天線1和電路基板4之間的分離距離可以通過改變螺旋天線的角度而增加，而不同于第二實(shí)施例，并因而可以增加電容耦合的改變量。其結(jié)果是可以增加接收頻帶的改變量。圖9是根據(jù)本發(fā)明第四實(shí)施例的天線裝置的基本結(jié)構(gòu)示意圖。
在圖9中(a)是天線裝置的透視圖，(b)是從電路基板的底面看去的側(cè)視圖，其中螺旋天線設(shè)置在電路基板上。
天線裝置包括一個(gè)螺旋天線1，一個(gè)接收電路3和一個(gè)電路基板4。在本實(shí)施例中螺旋天線1和接收電路3之間不設(shè)置匹配電路。GND5對(duì)于接收電路3是地電位并還連接到成為電路基板4的內(nèi)層的GND板。螺旋天線1的基本結(jié)構(gòu)類似于第一實(shí)施例中的情況并因而省去詳述。
第三實(shí)施例的螺旋天線1布置成相對(duì)于電路基板4四側(cè)中的一側(cè)傾斜，從Z軸方向向Y軸方向傾斜一預(yù)定的角度α，其中四側(cè)中的一側(cè)平行于ZY平面。因?yàn)槁菪炀€1以此種方式被定位成與電路基板4有一角度，所以由于螺旋天線1和電路基板4之間的相互干擾所致的電容耦合量可被改變，并由此相應(yīng)地改變天線阻抗。其結(jié)果是因?yàn)轭A(yù)定的天線角度α的提供，可以通過改變螺旋天線1和電路基板4之間的電容耦合量調(diào)節(jié)天線阻抗。在本實(shí)施例中，天線的特性如方向性等也與第一實(shí)施例中的情形相同。
圖10是表示天線一側(cè)的阻抗特性。在本實(shí)施例中，因?yàn)榭梢匀缟纤龅卣{(diào)節(jié)天線阻抗，所以天線阻抗13不設(shè)置為在如圖10中表示為水平軸的實(shí)軸上的50Ω，而設(shè)置成包含電感分量的感抗，如圖10所示。換言之，天線一側(cè)的阻抗可以由天線的單體在理想的頻率處感性地設(shè)置。
設(shè)置在接收電路3第一階段的低噪放大器(以下簡(jiǎn)稱“LNA”)的輸入阻抗變?yōu)殡娙菪宰杩?。因此，在第四?shí)施例中，螺旋天線1直接連接到設(shè)置于接收電路3第一階段的LNA的輸入端。為此原因，因?yàn)樵O(shè)置成具有感抗的螺旋天線1直接連接到具有電容性阻抗的LNA的輸入端，所以可以執(zhí)行天線的匹配而無需阻抗轉(zhuǎn)換電路。在這種情況下，因?yàn)榭梢匀コ炀€端和接收電路端兩端上的匹配電路的組裝區(qū)，所以無線電電路尺寸的減小可以使得裝置的尺寸更小。
根據(jù)第四實(shí)施例，以這種方式可以從天線電路端和接收電路端兩端移去匹配電路，并因而可以實(shí)現(xiàn)的天線裝置中匹配電路的組裝區(qū)被減小，把匹配損失抑制到最低值，還可以實(shí)現(xiàn)其中組裝天線裝置的接收裝置。另外，與第一實(shí)施例相同，無論到達(dá)的無線電波的偏振面和到達(dá)的方向如何，總可以獲得較好的天線特性，尤其是即使天線裝置用在自由空間仍可確保穩(wěn)定和較好的接收性能。圖11是無線電接收裝置的基本結(jié)構(gòu)圖，其中根據(jù)本發(fā)明第五實(shí)施例的天線裝置組裝其中。第五實(shí)施例表示的是一個(gè)結(jié)構(gòu)實(shí)例，其中天線裝置被組裝到用作設(shè)備控制接收端的無線電傳呼接收器中。作為一個(gè)受控目標(biāo)裝置21，例如用作電水加熱器，空調(diào)機(jī)等。
在第五實(shí)施例中，如果其中組合了無線電傳呼接收器25的接收電路3的電路基板4必需固定到一個(gè)位置，而在該位置很難接收到無線電波，則因?yàn)橄到y(tǒng)的配置，只有用于接收無線電波的天線裝置與受控目標(biāo)裝置21的主體分離設(shè)置并放置在受控目標(biāo)裝置21的外部作為一個(gè)外部天線裝置20。外部天線裝置20由螺旋天線1和金屬板材料如銅板制成的金屬板22組成。高頻電纜23連接到外部天線裝置20。外部天線裝置20和接收電路3通過高頻電纜23以一定的距離連接。在由螺旋天線1和金屬板22組成本天線的情況下，天線特性如方向性等類似于第一實(shí)施例中的情形。如第四實(shí)施例所述，天線端的阻抗可在一理想的頻率處感性設(shè)置。
接收電路3的輸入部分與高頻電纜23的內(nèi)導(dǎo)體連接。設(shè)置在接收電路3一側(cè)的GND5與高頻電纜23的外部導(dǎo)體連接。在高頻電纜23的另一端，外部天線裝置20的螺旋天線1與高頻電纜23的內(nèi)導(dǎo)體連接，并且外部天線裝置20的金屬板22與高頻電纜23的外部導(dǎo)體連接。接收電路3和CPU 24設(shè)置在無線電傳呼接收器25的電纜基板4上。CPU 24經(jīng)過受控目標(biāo)裝置21的接口(I/F)26與CPU 27連接。
接收信號(hào)被螺旋天線1和金屬板22接收，然后再經(jīng)過高頻電纜23被無線電傳呼接收器25的接收電路3探測(cè)，之后再被無線電傳呼接收器25的CPU 24處理轉(zhuǎn)換成通訊數(shù)據(jù)。接著根據(jù)通訊數(shù)據(jù)發(fā)出的控制信號(hào)經(jīng)接口(I/F)從無線電傳呼接收器25的CPU 24傳遞到受控目標(biāo)裝置21的CPU 27，以執(zhí)行對(duì)受控目標(biāo)裝置21(電水加熱器、空調(diào)機(jī)等)的控制。
在這種方式中，根據(jù)第五實(shí)施例的結(jié)構(gòu)，即使在其中安裝有無線電傳呼接收器的接收電路的電路基板不能放置在受控目標(biāo)裝置的外側(cè)而必須放置在無線電波難于被接收的地方之內(nèi)，也總可以實(shí)現(xiàn)較好的天線特性，無論到達(dá)的無線電波的偏振面和到達(dá)的方向如何，總可以獲得較好的天線特性，尤其是即使天線裝置用在自由空間，與第一實(shí)施例同樣地，仍可通過簡(jiǎn)單地結(jié)構(gòu)確保穩(wěn)定和較好的接收性能，其中該結(jié)構(gòu)中僅由天線和金屬板組成的外部天線裝置通過高頻電路與受控目標(biāo)裝置連接。圖12是無線電接收裝置的基本結(jié)構(gòu)圖，其中根據(jù)本發(fā)明第六實(shí)施例的天線裝置組裝其中；第五實(shí)施例表示的是一個(gè)結(jié)構(gòu)實(shí)例，其中天線裝置被組裝到用作設(shè)備控制接收端的無線電傳呼接收器中。作為一個(gè)受控目標(biāo)裝置21a，例如用作電水加熱器，空調(diào)機(jī)等。
在第六實(shí)施例中，為了避免由于從受控目標(biāo)裝置21a直接輸入到接收電路3的噪聲和輸入到螺旋天線1的噪聲造成的影響，電路基板4固定于易于接收到無線電波的位置。無線電傳呼接收器25的接收電路3和CPU 24以及接口26設(shè)置在位于外部天線裝置20a處的電路基板4上。相反，只把CPU 27設(shè)置在遠(yuǎn)離外部天線裝置20a的受控目標(biāo)裝置21a的主體上，其中外部天線裝置20a中組裝了接收電路3和螺旋天線1等。外部天線裝置20a的接口26和受控目標(biāo)裝置21a CPU 27通過設(shè)備控制信號(hào)線28和GND公共線29連接。在本結(jié)構(gòu)的情況下，天線特性如方向性等類似于第一實(shí)施例的情況。
接收信號(hào)被螺旋天線1和金屬板22接收，然后再被接收電路3探測(cè)，之后再被CPU 24處理轉(zhuǎn)換成通訊數(shù)據(jù)。接著根據(jù)通訊數(shù)據(jù)發(fā)出的控制信號(hào)從接口26傳遞到受控目標(biāo)裝置21a的CPU 27，以執(zhí)行對(duì)受控目標(biāo)裝置21(電水加熱器、空調(diào)機(jī)等)的控制，其中受控目標(biāo)裝置21a CPU 27通過設(shè)備控制信號(hào)線28和GND公共線29位于一定的距離處。
與上述類似，根據(jù)第六實(shí)施例受控目標(biāo)裝置的CPU遠(yuǎn)離外部天線裝置的接收電路和螺旋天線定位，并且再利用設(shè)備控制信號(hào)線和GND公共線把通過探測(cè)和轉(zhuǎn)換接收到的信號(hào)而推導(dǎo)出的用于裝置控制的控制信號(hào)與受控目標(biāo)裝置分離。因此，可以避免由受控目標(biāo)裝置產(chǎn)生并再直接進(jìn)入接收電路的噪聲和進(jìn)入螺旋天線的噪聲造成的影響。其結(jié)果是與第一實(shí)施例相同，可以確保穩(wěn)定的接收性能，并且無論到達(dá)的無線電波的偏振面和到達(dá)的方向如何，總可以獲得較好的天線特性，尤其是即使天線裝置用在自由空間，仍可通過簡(jiǎn)單地結(jié)構(gòu)確保穩(wěn)定和較好的接收性能。
根據(jù)上述實(shí)施例，在用于信息接收端、設(shè)備控制接收端等主要用在自由空間里的天線裝置中，因?yàn)樵O(shè)置了兩個(gè)天線，即螺旋天線和包括螺旋天線及電路基板的偶極天線，所以可以提供一種能夠在方向性中顯示無零點(diǎn)的非定向性并確保在自由空間中有較好的天線性能的天線，在接收電路中無需復(fù)雜的阻抗匹配電路和用于改變接收頻率的頻率改變電路。在這種情況下天線裝置的結(jié)構(gòu)可以做得比環(huán)形天線的尺寸低和制作成本低。因此可以在所有的方向上達(dá)到充分的天線性能并實(shí)現(xiàn)裝置結(jié)構(gòu)上的尺寸減小和簡(jiǎn)化以及成本的降低。
如上所述，根據(jù)本發(fā)明，在用于信息接收端、設(shè)備控制接收端等主要用在自由空間里的天線裝置中，可以提供一種可實(shí)現(xiàn)阻抗匹配和天線裝置的接收頻率改變的天線裝置而無需復(fù)雜的阻抗匹配電路和頻率改變電路，該天線裝置能夠在方向性中顯示無零點(diǎn)的非定向性，并且天線裝置的結(jié)構(gòu)可以做得比環(huán)形天線的尺寸小和制作成本低。因此，因此可以在所有的方向上達(dá)到充分的天線性能并實(shí)現(xiàn)裝置結(jié)構(gòu)上的尺寸減小和簡(jiǎn)化以及成本的降低。
另外，因?yàn)樘炀€裝置與無線電接收裝置分離并通過電纜與無線電接收裝置的主體連接，所以可以避免噪聲的影響，并且無論裝置的結(jié)構(gòu)如何總可確保穩(wěn)定的和理想的接收性能。
權(quán)利要求
1.一種天線裝置，包括一個(gè)其上安裝接收電路的電路基板；和一個(gè)連接到電路基板并大致沿電路基板的一側(cè)布置的螺旋天線；其特征在于天線裝置的阻抗可在一個(gè)希望的頻率處通過改變螺旋天線相對(duì)于電路基板的角度來調(diào)節(jié)。
2.一種天線裝置，包括一個(gè)其上安裝接收電路的電路基板；和一個(gè)連接到電路基板并大致沿電路基板的一側(cè)布置的螺旋天線；其特征在于天線裝置的阻抗可以在希望的頻率通過布置螺旋天線使其相對(duì)于電路基板的角度為一預(yù)定值來設(shè)置。
3.如權(quán)利要求1所述的天線裝置，其特征在于天線裝置的阻抗可以在希望的頻率處被感性地設(shè)置。
4.一種天線裝置，包括一個(gè)其上安裝接收電路的電路基板；和一個(gè)連接到電路基板并大致沿電路基板的一側(cè)布置的螺旋天線；其特征在于把包括螺旋天線單體的第一天線和包括螺旋天線及電路基板的第二天線布置成第一和第二天線的主要偏振方向大致正交。
5.一種天線裝置，包括一個(gè)其上安裝接收電路的電路基板；和一個(gè)連接到電路基板并大致沿電路基板的一側(cè)布置的螺旋天線；其特征在于設(shè)置于接收電路輸入階段的放大器直接連接到螺旋天線。
6.一種天線裝置，包括金屬板材料；和一個(gè)連接到金屬板材料并基板上沿金屬板材料的一側(cè)布置的螺旋天線；其特征在于天線裝置與其中設(shè)置接收電路的無線電接收裝置主體分離設(shè)置，并且之后天線裝置通過電纜連接到無線電接收裝置主體的外側(cè)。
7.如權(quán)利要求6所述的天線裝置，其特征在于可以通過改變螺旋天線相對(duì)于金屬板材料的角度而在希望的頻率處調(diào)節(jié)天線裝置的阻抗。
8.如權(quán)利要求6所述的天線裝置，其特征在于從連接到天線裝置的電纜的頂端測(cè)到的天線一側(cè)的阻抗可以在一希望的頻率處感性設(shè)置。
9.一種使用天線裝置的無線電接收裝置，包括一個(gè)包含金屬板材料的天線裝置，和一個(gè)連接到金屬板材料并基本上沿金屬板材料的一側(cè)布置的螺旋天線；其特征在于天線裝置與其中設(shè)置接收電路的無線電接收裝置的主體分離設(shè)置，之后，天線裝置在一定距離處通過電纜連接到無線電接收裝置主體的外側(cè)，和設(shè)置在接收電路輸入階段的放大器直接連接到螺旋天線。
10.一種使用天線裝置的無線電接收裝置，包括一個(gè)天線裝置，天線裝置包括一個(gè)其上安裝接收電路的電路基板，和一個(gè)連接到電路基板并大致沿電路基板的一側(cè)布置的螺旋天線；其特征在于天線裝置與無線電接收裝置的主體分離設(shè)置，之后，天線裝置在一定距離處通過電纜連接到無線電接收裝置主體的外側(cè)。
全文摘要
在用于無線電傳呼接收器的天線裝置中,由螺旋天線1和一個(gè)偶極天線構(gòu)成,其中螺旋天線1沿其上安裝接收電路3的電纜基板4的一側(cè)定位,并在Z軸方向有一個(gè)由螺旋天線1的單體形成的主偏振方向,偶極天線在Y軸方向有一個(gè)由螺旋天線1和電路基板4形成的主偏振方向。通過利用主偏振方向基本上正交的天線互相補(bǔ)償在方向性中的零點(diǎn)可以實(shí)現(xiàn)在自由空間中所有方向上具有高天線增益的非定向性的方向特性。
文檔編號(hào)H01Q9/16GK1251949SQ9911777
公開日2000年5月3日 申請(qǐng)日期1999年8月16日 優(yōu)先權(quán)日1998年9月7日
發(fā)明者中西英夫 申請(qǐng)人:松下電器產(chǎn)業(yè)株式會(huì)社