CN101779330A - 天线元件和便携式无线装置 - Google Patents

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菊地弘准
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Abstract

一种小型化、具有高增益、可以在波长范围中扩展并且可以适应若干频带的天线元件和便携式无线装置。矩形板状的单极元件包括近似矩形的第一导体板(51)，其安排在铰链部分(4)附近，以预定距离(S)离开下电路板(底部板)(21)；近似矩形的第二导体板(52)，其与所述第一导体板(51)共享宽度方向上的一边，并且被布置为相对于所述第一导体板弯曲近似90°；近似矩形的第三导体板(53)，其与所述第二导体板(52)共享所述第二导体板(52)宽度方向上的、和所述第二导体板(52)与所述第一导体板(51)共享的一边相对的一边，并且被布置为相对于所述第二导体板(52)弯曲近似90°以便面对所述第一导体板(51)。所述单极元件通过两个或更多个面折叠起来以构造长方体天线元件(5)。

Description

天线元件和便携式无线装置
技术领域
本发明涉及天线元件以及配备有该天线元件的便携式无线装置。
背景技术
关于配备有这种天线的便携式无线装置(如，移动电话)，近来，对多个无线***功能(例如，GPS和蓝
Figure GPA00001026029800011
)的添加存在着增长的需求。当试图为移动电话提供多个无线***时，工作频带的范围变宽。例如，必须使得便携式无线装置与用于移动电话通信的800MHz频带、1.7GHz频带和2GHz频带兼容。具体地，必须使得便携式无线装置与用于GPS的1.5GHz频带以及用于蓝牙的2.4GHz兼容。于是，当试图为移动电话配备这样的多个无线***时，内置天线必须确保对于多个频带的预定天线性能。
如图7所示，目前已经提出了长方体形的天线元件200(例如，参见专利文档1)。在天线200中，最小边小于λ/8(λ：波长)的长方体形天线元件201与同轴线缆202连接，并被安排为紧密地接近于接地板202。示出了：长方体形天线元件200的使用使得带宽更宽。
图8所示的结合专利文档2所述的天线元件已经作为这种长方体形天线元件而公知。在结合(例如)专利文档2所述的天线元件300中，如图8的(A)中所示那样，导体板301通过金属线302而与导体接地板303连接，并且通过金属线304而从馈送点305馈送电力。同时，导体壁306在另一端与电磁耦合调节板307电连接，并且在一端与导体板301电连接。如图8的(B)中所示，布置电磁耦合调节板307，同时其离开导体接地板303预定间隙而隔开，由此在导体接地板303和电磁耦合调节板307之间形成电容器。
顺便提及，天线元件300通过例如以如下的方式布置导体壁306和电磁耦合调节板307而使得频率较低，所述方式为：从金属线302连接至导体板301的短路区域到电磁耦合调节板307的开口端的路径变长。具体而言，以从金属线304连接至导体板301的馈送点到短路区域的电流路径达到期望谐振频率的一半波长的方式来进行配置，从而完成了降低的天线谐振频率与更宽的频率特性频带两者。
专利文档1：JP-A-2006-279159
专利文档2：JP-A-2002-223114
发明内容
本发明要解决的问题
然而，即使是小型天线(如结合专利文档2所述的天线)也需要增大天线元件的尺寸，以便覆盖较低的频带。此外，天线元件是板状的倒置F天线，并且需要将接地板置于该元件下。为了取得更宽的频带，元件和基板之间需要的距离是7mm的量级，而天线元件不适用于诸如便携式无线装置之类的细长设备中。
相反，如结合专利文档1中所述，当天线元件202的一半被邻近的接地板202所围绕时，相比于没有提供接地板的情况，频带趋向于变窄，并且，辐射效率也趋向于变差。
本发明是鉴于该情况而构思的，其目标在于提供如下这样的天线元件和便携式无线装置，其使得可以小型化、实现高增益和拓宽频带，并且也可以处理多个频带。
解决问题的手段
根据本发明的天线元件包括：大致矩形的第一导体板，其被布置在离开接地板的预定间隔处；大致矩形的第二导体板，其共享所述第一导体板的宽度方向的一边，并被布置为相对于所述第一导体板大约90°的角度；以及大致矩形的第三导体板，其共享与由所述第一导体板和所述第二导体板共享的一边相对的、所述第二导体板的另一宽度方向的一边，并被布置为大约90°的角度，以便与所述第一导体板相对，且在天线元件中，将电力从所述接地板的大致角落处馈送给所述第一导体板。
此外，根据本发明的便携式无线装置是如下这样的便携式无线装置，其包括：第一外壳，其容纳所述便携式无线装置的接地板；第二外壳，其配备有第一天线元件；以及铰链，其用于将所述第一外壳连接至所述第二外壳，并且保持所述第二外壳相对于所述第一外壳可旋转，其中，在所述铰链的附近，提供在权利要求1中所定义的所述天线元件。
优选地，在所述第二外壳中提供的所述第一天线元件与在权利要求1中定义的所述天线元件中提供的第一导体板、第二导体板和第三导体板之一电容性耦合，由此作为合成天线工作。
优选地，除了具有用于构成在权利要求1中所定义的天线元件的所述第一导体板、所述第二导体板和所述第三导体板之外，所述天线元件还具有第四导体板，该第四导体板共享所述第一导体板的一边、所述第二导体板的一边、以及所述第三导体板的一边。
本发明的优点
根据本发明，通过将具有矩形形状的板形单极天线元件的两个或更多个面进行折叠而形成长方体形的天线元件，以使得该天线元件具有：第一导体板，其被布置在离开接地板的预定间隔处；第二导体板，其共享所述第一导体板的宽度方向的一边；以及第三导体板，其共享所述第二导体板的另一宽度方向的一边，所述第二导体板的另一宽度方向的一边与由所述第一导体板和所述第二导体板共享的一边相对。当相比于具有相同体积的立方体天线元件时，该天线元件可以大幅拓宽频带。因此，可以实现小型和宽带的天线。此外，将电力从接地板的大致角落处馈送至长方体天线元件的大致角落处，从而在各个频带中出现谐振。因此，可以实现多频带天线。
此外，根据本发明，在具有铰链的折叠便携式无线装置中，将天线元件置于铰链附近，从而在闭合状态和打开状态下都在宽频带上获得了高天线增益。于是，可以提供可实现多频带的小型的便携式无线装置。
附图说明
图1是示出本发明第一实施例的便携式无线装置处于闭合状态下的透视图。
图2是示出第一实施例的便携式无线装置处于打开状态下的透视图。
图3是示出在第一实施例的便携式无线装置处于闭合状态时所获得的VSWR特性的曲线图。
图4是示出在第一实施例的便携式无线装置处于打开状态时所获得的VSWR特性的曲线图。
图5是示出第二实施例的便携式无线装置处于闭合状态下的透视图。
图6是示出在第二实施例的便携式无线装置处于闭合状态时所获得的VSWR特性的曲线图。
图7是示出另一现有技术的天线元件的原理特征的透视图。
在图8中，(A)是示出又一现有技术的天线元件的透视图，而(B)是该天线元件的侧视图。
附图标记和标号的描述
10，20：便携式无线装置
2：下外壳(第一外壳)
21：下电路板(接地板)
22：第一无线电路
23：第二无线电路
24：第三无线电路
25：第四无线电路
26：双工器
27：匹配电路
3：上外壳(第二外壳)
31：上电路板
4：铰链
5：天线元件
51：第一导体板
52：第二导体板
53：第三导体板
54：第四导体板
55：馈送导体
具体实施方式
在下文中通过参考附图详细描述本发明的实施例。
(第一实施例)
图1和图2示出本发明第一实施例的折叠便携式无线装置10。便携式无线装置10具有：下外壳2，其为第一外壳；上外壳3，其为第二外壳；铰链4，其将下外壳2可旋转地接合至上外壳3；以及天线元件5，其构成单极天线。
下外壳2容纳构成便携式无线装置10的接地板(接地)的下电路板21，并被配置为将电力从接地板的角落处馈送至天线元件5。本实施例的下外壳2是由树脂框制造的。
第一无线电路22、第二无线电路23、第三无线电路24、第四无线电路25、双工器26和匹配电路27被安装在下电路板21上，并且在本实施例中将其安排为例如45mm×85mm的尺寸。
本实施例的第一无线电路22、第二无线电路23、第三无线电路24、第四无线电路25分别与1.5GHz频带、1.7GHz频带、2GHz频带和2.4GHz频带兼容。
双工器26用于在多个无线电频带之间共享天线。在本实施例中，双工器26例如配备有遵循各个频带的带通滤波器。
匹配电路27执行在天线元件5和电路阻抗(一般为50Ω)之间查找匹配的功能。
上外壳3包含上电路板31。当上外壳和下外壳打开时，上电路板31和天线元件5电容性耦合，由此用作外壳天线(作为合成天线工作)。如下外壳2那样，本实施例的上外壳3也是由树脂框制造的。在本实施例中，将上电路板31安排为例如45mm×75mm的尺寸。
天线元件5被设置在铰链附近。天线元件5具有第一导体板51、第二导体板52、第三导体板53和馈送导体55，并被配置为通过馈送导体55而将电力从接地板的角落处馈送至第一导体板51。具体而言，关于本实施例的电力的馈送，电力通过馈送导体55而从下电路板21的大致角落处馈送至第一导体板51的大致角落处。本实施例的导体板51至53的每个具有例如0.1mm的厚度。关于本实施例的第一至第三导体板51至53的具体尺寸，第一导体板51例如具有22×6mm的尺寸；第二导体板52例如具有22×5mm的尺寸；且第三导体板53例如具有22×6mm的尺寸。
在本实施例中，例如借助于具有低介电常数的绝缘性固定器而将天线元件5紧固。
第一导体板51由大致矩形形状的物质制造，该物质被设置在铰链4的附近，同时被布置为离开接地板预定间隔；并且，第一导体板51通过馈送导体55连接至接地板上的匹配电路27。第一导体板51和第二导体板52共享长边，并被布置为弯曲大约90°的角度。
第一导体板51是具有大致矩形形状的薄导体，并且通过匹配电路27而连接至双工器26。双工器26分别连接至作为各个通信***的无线部分的第一无线电路22至第四无线电路25。
类似地，第二导体板52是具有大致矩形形状的薄导体，并且由大致矩形的物质制造，其共享第一导体板51的宽度方向的一边，且相对于第一导体板51(的平面的方向)弯曲大约90°的角度。第二导体板52和第三导体板53共享其宽度方向的一边(长边)，并且被布置为弯曲大约90°的角度。因此，第一导体板51和第三导体板53彼此相对。
类似地，第三导体板53是具有大致矩形形状的薄导体，并且共享第二导体板52的两个宽度方向的边(长边)之中的未被第一导体板51共享的一边。第三导体板53由大致矩形物质制造，其被布置为相对于第二导体板52弯曲大约90°的角度，使得面对第一导体板51。在本实施例中，第一导体板51、第三导体板53和下电路基板21之间的间隔S为5mm的量级。
现在描述本实施例的操作。
图3和图4是示出在上外壳和下外壳23处于打开和闭合时得到的VSWR特性的图。在本发明中，将满足VSWR≤3的频率范围定义为带宽(工作频带)。横轴表示频率，而竖轴表示电压驻波比(下文中将其称作VSWR)。
作为在闭合和打开外壳时所获取的频带比(带宽与中心频率的比)的检查的结果，获得下列结果。
在本实施例中，当外壳闭合时，满足条件VSWR≤3的频带的范围是从1.43GHz至2.68GHz(中心频率：2.055GHz，带宽：1.25GHz)，且频带比为60.8％。
同时，在本实施例中，当打开外壳时，满足条件VSWR≤3的频带的范围是从1.43GHz至2.73GHz(中心频率：2.08GHz，带宽：1.3GHz)，频带比为62.5％。
现在描述本实施例的天线元件5的原理。
(i)宽带的原理
a)将电力馈送至第一导体板51(矩形、板状的导体板)的角落处，从而在各个频带中出现谐振，由此实现多个频带。具体而言，将电力馈送至第一导体板51(板状的导体板)的角落处、而不是其中心，从而可以覆盖从较低频带到较高频带的频带。
b)其同样适用于来自作为接地板的下电路板21的电力馈送。由于元件的长度是一半波长或更小，因此在接地板中存在天线电流的分布。为此原因，从下电路板21的角落处、而不是从其中心馈送电力适用于范围从低频带起的多个频带。从而，小型天线可以实现多个频带。
c)关于天线元件5的三维形状，如结合本实施例所述的那样，相比于具有相同体积的立方体(每个导体板均是正方形)，长方体(每一个导体板均是矩形)实现了更宽的频带。具体地，其原因在于：谐振频带由于长方体的形状不对称而增大。
(ii)实施宽频带的导体板的长宽比：
a)对于第一导体板51(板状的导体板)来说，矩形形状(矩形)是优选的。然而，关键要求在于，长宽比应当变化20％或更多(尤其更好的是，与下电路板21(电路板)的宽度方向相对的第一导体板的边比与该宽度方向垂直的第一导体板的边长)。
b)在上外壳和下外壳打开时执行的操作：
上外壳3的上电路板31与下外壳2的第二导体板(板状的导体板)52或第三导体板(板状的导体板)53电容性地耦合，从而激励上电路板31，由此用作天线(第一天线)。由于天线的体积最终变大，因此相比于上外壳和下外壳闭合的状态，宽带的实现变为可行。尤其是在低频带上获得了比闭合状态下实现的天线增益更高的天线增益。
因此，根据本实施例，尽管天线元件尺寸小，但是通过将电力从用作接地板的下电路板21的角落处馈送至第一导体板51(板状的导体板)的角落处，即使从低频带也可以获取优良的天线特性，从而可以实现宽带特性。
在本实施例中，作为盒形天线的天线元件5被布置为与折叠便携式无线装置10的铰链4邻近，从而，可以以小型尺寸来构造便携式无线装置10。此外，可以获得多个通信***的高通信增益和频带。即使在用作第一外壳的下外壳2和用作第二外壳的上外壳3的闭合状态与打开状态两个状态下，也可以获得高通信增益。
(第二实施例)
接下来通过参考图5和6描述本发明的第二实施例。本实施例中与第一实施例的元件相同的元件分配了相同的附图标记，并且省略了其重复说明。
图5示出本实施例的便携式无线装置20。便携式无线装置20与第一实施例的便携式无线装置10的不同之处在于：除了具有第一导体板51至第三导体板53之外，构成第一天线的天线元件6还具有第四导体板54。
第四导体板54是如其他导体板那样具有大致矩形形状的薄导体，并且共享第一导体板51的一边、第二导体板52的一边和第三导体板53的一边(总共计三个边)。在本实施例中，将第四导体板54提供在处于布置馈送导体55的相同边上的端面上。本实施例的第四导体板54的尺寸为5mm长×6mm宽。即使在本实施例中，也如同第一实施例的情况下那样，借助于例如具有低介电常数的绝缘性固定器而将天线元件6紧固。
图6是示出在外壳闭合时获得的VSWR特性的图。即使结合图6，也假设将可满足VSWR≤3的频率范围定义为带宽(工作频带)。
根据图6所示的曲线图，外壳闭合时获得的VSWR≤3的频带的范围是从1.46GHz至2.75GHz(中心频率：2.105GHz，带宽：1.29GHz)，且频带比为61.3％。
根据本实施例，在外壳闭合时，当与等于60.8％的天线元件5的频带比相比时，本实施例的天线元件6的频带比为61.3％。可以试图使得频带比第一实施例的天线元件5所获取的频带略微更宽。如上所提到的那样，由于可以实现更宽的频带，因此可以依照期望的频带使得天线更加小型化。
本发明不限于所述实施例，而是可以在不脱离本发明主旨范围的情况下以各种形式进行实施。
具体而言，除了如结合第一和第二实施例所述的折叠便携式无线装置之外，还可以将本发明的天线元件置于直立型或滑动型便携式无线装置的上端。在滑动型便携式无线装置的情况下，产生了与在闭合状态产生的优点基本一致的优点。构成天线元件的导体元件也可以是替代板形导体板的柔性基板。
虽然已经参考特定实施例详细描述了本发明，但是对于本领域技术人员显而易见的是，在不脱离本发明精神范围的情况下，本发明容易受到各种变更和修改。在第一和第二实施例中，将天线元件5和6被配置为借助于例如具有低介电常数的绝缘性固定器而被紧固。然而，配置不限于以上所述配置，只要产生类似的优点即可。
产业应用性
如上所述，根据本发明，将具有矩形形状的板形单极元件的两个或更多个面折叠，从而构成长方体形的天线元件。该天线元件就天线特性而言优于立方体天线元件。实现小型化、高增益的获取和宽带的实施成为可能。因而，该天线元件适用于可以添加功能(如GPS、蓝牙等)的多个无线***，并且通过扩展而适用于对于诸如移动电话和PDA的便携式无线装置的天线的应用。

Claims (4)

1.一种天线元件，包括：
大致矩形的第一导体板，其被布置在离开接地板的预定间隔处；
大致矩形的第二导体板，其共享所述第一导体板的宽度方向的一边，并被布置为相对于所述第一导体板大约90°的角度；以及
大致矩形的第三导体板，其共享与由所述第一导体板和所述第二导体板共享的一边相对的、所述第二导体板的另一宽度方向的一边，并被布置为大约90°的角度，以便与所述第一导体板相对，其中
将电力从所述接地板的大致角落处馈送给所述第一导体板。
2.一种便携式无线装置，包括：第一外壳，其容纳所述便携式无线装置的接地板；第二外壳，其配备有第一天线元件；以及铰链，其用于将所述第一外壳连接至所述第二外壳，并且保持所述第二外壳相对于所述第一外壳可旋转，其中
在所述铰链的附近，提供在权利要求1中所定义的所述天线元件。
3.如权利要求2所述的便携式无线装置，其中，在所述第二外壳中提供的所述第一天线元件与在权利要求1中定义的所述天线元件中提供的第一导体板、第二导体板和第三导体板之一电容性耦合，由此作为合成天线工作。
4.如权利要求2或3所述的便携式无线装置，其中，除了具有用于构成在权利要求1中所定义的天线元件的所述第一导体板、所述第二导体板和所述第三导体板之外，所述天线元件还具有第四导体板，该第四导体板共享所述第一导体板的一边、所述第二导体板的一边、以及所述第三导体板的一边。
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