CN104377433A - 天线设备 - Google Patents

Abstract

公开了一种天线设备。本发明的目的是提供一种具有减小尺寸的天线设备。该天线设备包括：接地平面，在平面视图中具有矩形形状；以及四个倒F型天线元件，放置在接地平面的表面上并且以在平面视图中相对于接地平面的中心点对称的方式来布置，其中，四个倒F型天线元件中的每个均包括：短带，从主带的一端延伸到短端v；馈电带；开放带，从主带的另一端朝向开放端延伸至以低于第一高度的第二高度放置的位置；以及末端带，从开放带的远端延伸到开放端并且以第二高度平行于接地平面放置。

Description

天线设备

技术领域

这里讨论的实施例涉及一种天线设备。

背景技术

传统地，存在包括第一辐射元件和第二辐射元件的平面倒F型天线，该第二辐射元件平行于接地平面放置并且沿着第一辐射元件的纵向延伸。第二辐射元件比第一辐射元件短。第二辐射元件以使得第二辐射元件在馈电点附近大大加宽第一辐射元件的宽度的方式来设置（例如，参见专利文献1）。

尽管传统的平面倒F型天线具有低的轮廓并且实现了较宽的带宽，但是没有进行用于减小尺寸的优化。

本发明的目的是提供一种具有减小尺寸的天线设备。

[现有技术参考文献]

[专利文献]

[专利文献1]日本专利早期公开第2012-231219号

发明内容

根据实施例的一方面，提供了一种天线设备，该天线设备包括：接地平面，在平面视图中具有矩形形状；以及四个倒F型天线元件，放置在接地平面的表面上、并且以在平面视图中相对于接地平面的中心点对称的方式来布置，这四个倒F型天线元件分别包括连接到接地平面的短端和设置在短端的相对侧的开放端，其中，四个倒F型天线元件中的每个均包括：主带，设置在短端与开放端之间、并且以第一高度平行于接地平面放置；短带，从主带的一端延伸到短端；馈电带，从主带的中间点延伸到接地平面以及具有在远端的馈电点；开放带，从主带的另一端朝向开放端延伸至以低于第一高度的第二高度放置的位置；以及末端带，从开放带的远端延伸到开放端并且以第二高度平行于接地平面放置。

本发明的效果

提供了具有减小尺寸的天线设备。

附图说明

图1是示出实施例的天线设备的倾斜透视图，

图2A是以倾斜透视图示出实施例的天线设备100的图，

图2B是以平面视图示出实施例的天线设备100的图，

图3是示出作为最终产品的天线设备的配置的示例的图，

图4是示出设置在天线设备的基板的底表面上的混合RF装置的图，

图5A是以倾斜透视图示出实施例的天线设备100的天线元件110A的图，

图5B是以侧视图示出实施例的天线设备100的天线元件110A的图，

图6A是示出比较示例的天线元件10的图，

图6B是示出本实施例的天线元件110A和比较示例的天线元件10的S1,1参数的频率特性的图，

图7是示出本实施例的天线设备的电场分布的图，

图8A是示出实施例的天线设备100的S参数的图，

图8B是示出实施例的天线设备100的史密斯图的图，

图9A是示出实施例的天线设备100的方向性（3D辐射图案）的图，

图9B是示出实施例的天线设备100的方向性（AR图案）的图，

图10A是示出实施例的天线设备和比较示例的天线设备的电流分布的图，

图10B是示出实施例的天线设备和比较示例的天线设备的电流分布的图，

图10C是示出实施例的天线设备和比较示例的天线设备的电流分布的图，

图11是示出实施例的天线设备以上获得的电场分布的图，以及

图12是示出本实施例的变型例的天线元件的图。

具体实施方式

参照附图，给出了天线设备的实施例的描述。

<实施例>

图1是示出实施例的天线设备100的倾斜透视图。在下文中，将通过使用XYZ坐标系作为正交坐标系来描述天线设备100。

天线设备100包括天线元件110A、110B、110C和110D，电容器120A、120B、120C和120D，以及接地平面150。

天线元件110A、110B、110C和110D设置在具有矩形形状的接地平面150的顶表面上，并且分别沿着接地平面150的边150A、150B、150C和150D布置。

天线元件110A至110D是平面倒F型天线元件并且具有彼此相同的配置。天线元件110A至110D以在平面视图中相对于接地平面150的中心点对称的方式来布置。

天线元件110A至110D分别包括主带111A、111B、111C和111D，短带112A、112B、112C和112D，馈电带113A、113B、113C和113D，开放带114A、114B、114C和114D，以及末端带115A、115B、115C和115D。

短带112A至112D分别经由电容器120A至120D连接到接地平面150。因此，交流电流可以在短带112A至112D与接地平面150之间流动。

馈电点113A1、113B1、113C1和113D1位于末端部分，这些末端部分位于馈电带113A至113D的Z轴方向上的负侧。

开放带114A至114D和末端带115A至115D分别连接到主带111A至111D。末端带115A至115D的远端分别构成开放端。

关于天线元件110A，短带112A经由电容器120A连接到接地平面150，馈电点131A1设置在馈电带113A的远端，并且末端带115A的远端构成开放端。因此，天线元件110A构成倒F型天线元件。

类似地，关于天线元件110B、110C和110D，短带112B、112C和112D分别经由电容器120B、120C和120D连接到接地平面150，馈电点131B1、113C1和113D1分别设置在馈电带113B、113C和113D的远端，并且末端带115B、115C和115D的远端分别构成开放端。因此，天线元件110B、110C和110D分别构成倒F型天线元件。

图2A是以倾斜透视图示出实施例的天线设备100的图。图2B是以平面视图示出实施例的天线设备100的图。图2A是通过从如图1所示的天线设备100省略了电容器120A至120D和馈电点113A1至113D1而获得的。图2B以平面视图示出了天线元件110A至110D和接地平面150的布置。

如图2B所示，天线元件110A至110D以使得主带111A至111D的末端部分111A1、111B1、111C1和111D1位于靠近接地平面150的拐角部分151A、151B、151C和151D的方式来放置。

主带111A至111D的末端部分111A2、111B2、111C2和111D2位于末端部分111A1至111D1的相对侧。开放带114A至111D分别连接到末端部分111A2至111D2。

关于天线元件110A至110D，短带112A至112D和馈电带113A至113D分别位于靠近接地平面150的拐角部分151A至151D。

在天线元件110A至110D中，短带112A至112D和馈电带113A至113D位于平面视图中的顺时针方向上的近侧。

在天线元件110A至110D中，开放带114A至114D和末端带115A至115D位于平面视图中的顺时针方向上的远侧。

因此，开放带114A和末端带115A位于靠近短带112B和馈电带113B。类似地，开放带114B和末端带115B位于靠近短带112C和馈电带113C。开放带114C和末端带115C位于靠近短带112D和馈电带113D。开放带114D和末端带115D位于靠近短带112A和馈电带113A。

天线元件110A至110D以使得在平面视图中主带111A至111D的外侧111A3、111B3、111C3和111D3分别对应于接地平面150的边150A、150B、150C和150D的方式来设置。

如上所述的天线设备100的天线元件110A至110D构成了平面倒F型天线（PIFA），并且用于读取射频识别（RFID）标签的标识（ID）。

天线元件110A至110D具有实现了减小的相互耦合的配置，并且读取彼此不同的RFID标签。

以此顺序依次具有90度相位差的读取信号被输入到天线元件110A至110D的馈电点113A1至113D1。输入到馈电点113B1至113D1的读取信号的相位相对于输入到馈电点113A1的读取信号的相位被延迟90度、180度和270度。这里，360度对应于读取信号的一个周期。因此，天线元件110A至110D辐射以此顺序依次具有90度相位差的读取信号。

天线设备100通过使得天线元件110A至110D辐射以此顺序依次具有90度相位差的读取信号、向正z轴方向辐射圆形极化读取信号。

例如，天线设备100可以如下来使用。如果连接到读写器的天线设备100的用户用一只手持有天线设备100、并且操作读写器以使得天线设备100朝向附有RFID标签的物品辐射读取信号，则读写器读取RFID标签的ID。

由于天线设备100用于如上所述的目的，例如，优选地减小天线设备100的尺寸以使得用户可以一只手持有天线设备100。

接下来，将参照图3描述作为最终产品的天线设备100的配置的示例。

图3是示出作为最终产品的天线设备100的配置的示例的图。

除了如图1和图2所示的元件之外，天线设备100还包括支柱130A1、130A2、130B1、130B2、130C1、130C2、130D1和130D2，基板160和盖170。

支柱130A1、130A2、130B1、130B2、130C1、130C2、130D1和130D2由绝缘材料制成并且被设置用于将天线元件110A至110D支撑在接地平面150上。

支柱130A1和130A2分别将天线元件110A的末端部分111A2和第二带115A2支撑在接地平面150上。类似地，支柱130B1和130B2分别将天线元件110B的末端部分111B2和第二带115B2支撑在接地平面150上。支柱130C1和130C2分别将天线元件110C的末端部分111C2和第二带115C2支撑在接地平面150上。支柱130D1和130D2分别将天线元件110D的末端部分111D2和第二带115D2支撑在接地平面150上。

短带112A至112D分别经由电容器120A至120D在接地平面150上被固定到基板160。

馈电带113A至113D分别在馈电点113A1至113D1处固定到基板160。

例如，除了支柱130A1、130A2、130B1、130B2、130C1、130C2、130D1和130D2之外，由绝缘材料制成的支柱可设置在末端部分111A1至111D1与接地平面150之间。

否则，除了这些支柱之外或者取代这些支柱，可使用泡沫状构件（诸如聚氨酯泡沫）以便支撑天线元件110A至110D。

基板160可以是诸如印刷电路板或柔性基板的基板类型。印刷电路板的示例是阻燃4型（FR4）基板。柔性基板的示例的聚酰亚胺膜基板。接地平面150形成在基板160的顶表面上。基板160的顶表面位于Z轴方向上的正侧。

混合RF装置设置在基板160的底表面上。提供混合RF装置以便将以此顺序依次具有90度相位差的读取信号输入到馈电点113A1至113D1。基板160的底表面位于Z轴方向上的负侧。将参照图4描述混合RF装置。

盖170覆盖除基板160和基板160上的盖170之外的天线元件100的元件。盖170是如下壳体类型：其由树脂制成，并且以在Z轴方向上的负侧具有方形开口的立方体形状形成。

在该实施例中，支柱130A1、130A2、130B1、130B2、130C1、130C2、130D1和130D2如上所述用于支撑天线设备100的天线元件110A至110D。

然而，天线元件100不限于如上所述的实施例。

例如，取代使用130A1、130A2、130B1、130B2、130C1、130C2、130D1和130D2，天线元件110A至110D可被形成在柔性基板上，并且如图3所示的天线元件110A至110D的配置可通过使得柔性基板弯曲来实现。

图4是示出设置在天线设备100的基板160的底表面上的混合RF装置181、182和183的图。

混合RF装置181、182和183分别包括输入端181A、182A和183A以及输出端181B和181C、182B和182C及183B和183C。

读写器的读取信号被输入到混合RF装置181的输入端181A。混合RF装置181将输入到输入端181A的读取信号输出到输出端181B而不改变或偏移读取信号的相位。混合RF装置181将输入到输入端181A的读取信号的相位延迟180度并且将延迟的读取信号输出到输出端181B而不改变或偏移读取信号的相位。

因此，混合RF装置181从输出端181B和181C输出具有180度相位差的两个读取信号。

混合RF装置181的输出端181C连接到混合RF装置182的输入端182A。其相位相对于从读写器输出的原始读取信号的相位被延迟了180度的延迟读取信号被输入到输入端182A。

混合RF装置182将输入到输入端182A的读取信号输出到输出单182B而不改变或偏移读取信号的相位。混合RF装置182将输入到输入端182A的读取信号的相位延迟90度并且将延迟的读取信号输出到输出端182C。

因此，混合RF装置182从输出端182B和182C输出具有90度相位差的两个读取信号。

由于输入到混合RF装置182的读取信号相对于从读写器输出的原始读取信号被延迟了180度，因此从输出端182B和182C输出的读取信号相对于原始读取信号被延迟了180度和270度。

混合RF装置182的输出端182B和182C分别连接到馈电点113C1和113D1。

混合RF装置181的输出端181B连接到混合RF装置183的输入端183A。具有与从读写器输出的读取信号的相位相同的相位的读取信号被输入到输入端183A。

混合RF装置183将输入到输入端183A的读取信号输出到输出端183B而不改变或偏移读取信号的相位。混合RF装置183将输入到输入端183A的读取信号的相位延迟90度并且将延迟的读取信号输出到输出端183C。

因此，混合RF装置183从输出端183B和183C输出具有90度相位差的两个读取信号。

由于输入到混合RF装置183的读取信号具有与从读写器输出的原始读取信号的相位相同的相位，因此从输出端183B和183C输出的读取信号相对于原始读取信号被延迟0度和90度。

混合RF装置183的输出端183B和183C分别连接到馈电点113A1和113B1。

通过利用混合RF装置181、182和183，可以将相对于从读写器输出的原始读取信号被延迟了0度、90度、180度和270度的读取信号分别输入到馈电点113A1至113D1。

天线设备100通过使得天线元件110A至110D辐射以此顺序依次具有90度相位差的读取信号、向正Z轴方向辐射圆形极化读取信号。

接下来，将参照图5A和图5B描述天线元件110A的详细配置。

图5A是以倾斜透视图示出实施例的天线设备100的天线元件110A的图。图5B是以侧视图示出实施例的天线设备100的天线元件110A的图。图5B是从X轴的正侧观看的天线元件110A的侧视图。在图5A和图5B中，除了天线元件110A之外，还示出了电容器120A和接地平面150。

天线元件110A包括主带111A、短带112A、馈电带113A、开放带114A和末端带115A。

主带111A沿着接地平面150的边150A在Y轴方向上延伸。主带111A平行于接地平面150。换言之，主带111A平行于X-Y平面。

位于主带111A的Y轴方向上的负侧的末端部分111A1连接到短带112A的末端部分112A2，并且位于主带111A的Y轴方向上的正侧的末端部分111A2连接到开放带114A的第一带114A1。

馈电带113A的末端部分113A2连接到位于末端部分111A1与末端部分111A2之间的、主带111A的Z轴方向上的负侧的表面。末端部分113A2可通过例如焊接等而连接到主带111A。

主带111A的X轴方向上的宽度X1是例如5mm，并且等于短带112A的X轴方向上的宽度。主带111A的Y轴方向上的长度Y1是例如33mm。主带111A的厚度是例如0.1mm。

位于短带112A的Z轴方向上的负侧的末端部分112A1经由电容器120A连接到接地平面150。位于短带112A的Z轴方向上的正侧的末端部分112A2连接到主带111A的末端部分111A1。

由于短带112A平行于X-Z平面，因此短带112A相对于接地平面150直立。

电容器120A连接到位于末端部分112A1的X轴方向上的正侧的最末端部分。根据电磁场仿真，如果电容器120A连接到位于末端部分112A1的X轴方向上的负侧的最末端部分，则确定天线元件110A的阻抗特性是退化的。因此，优选地，将电容器120A连接到末端部分112A1的X轴方向上的与负侧最末端相比位于更靠近正侧最末端的部分。最优选的是，将电容器120A连接到末端部分112A1的X轴方向上的正侧最末端。末端部分112A1是短端的一个示例。

短带112A可例如以集成形式由主带111A形成。主带111A的X轴方向上的宽度X1是例如5mm，并且等于短带112A的X轴方向上的宽度。短带112A的Z轴方向上的长度Z1是例如15mm。短带112A的厚度是例如0.1mm。

短带112A以使得交流电流可以在短带112A与接地平面150之间流动的方式连接到接地平面150。

馈电带113A的Z轴方向上的负侧的末端部分是馈电点113A1，并且位于馈电带113A的Z轴方向上的正侧的末端部分113A2连接到主带111A的位于Z轴方向上的负侧的表面。末端部分113A2可通过例如焊接等连接到主带111A。馈电带113可例如是由金属制成的支柱状构件。

馈电点113A1可由例如具有50欧姆的特性阻抗的同轴电缆的电缆芯来馈电。在接地平面150形成在基板160的位于Z轴方向上的正侧的表面上的情况下，馈电点113A1可经由形成在基板160的相对表面上的带线和穿过基板的通孔来馈电。

馈电带113A的Z轴方向上的长度Z1和短带112A的Z轴方向上的长度Z1彼此相等。两个Z1的长度均是例如15mm。Y轴方向上的馈电点113A1与短带112A的末端部分112A1之间的距离Y2是例如3.5mm。

开放带114A包括第一带114A1和第二带114A2。第一带114A1从主带111A的末端部分111A2延伸到正X轴方向。第一带114A1平行于接地平面150。换言之，第一带114A1平行于X-Y平面。

第二带114A2从位于第一带114A1的X轴方向上的正侧的末端部分延伸到负Z轴方向。末端带115A连接到位于第二带114A2的Z轴方向上的负侧的末端部分。

Y轴方向上的第一带114A1的宽度Y3和第二带114A2的宽度Y3彼此相等。两个宽度Y3均是例如2mm。第一带114A1的X轴方向上的长度X2是例如2mm，并且第二带114A2的Z轴方向上的长度Z2是例如12mm。

第二带114A2相对于第一带114A1在负Z轴方向上以直角弯曲。因此，第二带114A2平行于Z轴。

末端带115A包括第一带115A1和第二带115A2。第一带115A1和第二带115A2平行于接地平面150。换言之，第一带115A1和第二带115A2平行于X-Y平面。

第一带115A1从位于第二带114A2的X轴方向上的负侧的末端部分延伸到正X轴方向。第二带115A2从位于第一带115A1的X轴方向上的正侧的末端部分延伸到负Y轴方向。第二带115A2的远端是开放端115A3。

第一带115A1的Y轴方向上的宽度和第二带115A2的X轴方向上的宽度等于开放带114A的第一带114A1和第二带114A2的宽度Y3，并且是2mm。

第一带115A1的X轴方向上的长度X3是例如6mm，并且第二带115A2的Y轴方向上的长度Y4是例如6mm。

Z轴方向上的第一带115A1和第二带115A2的位置等于位于第二带114A2的Z轴方向上的负侧的末端部分的位置。因此，第一带115A1与接地平面150之间的Z轴方向上的距离Z3是3mm，并且第二带115A2与接地平面150之间的Z轴方向上的距离Z3是3mm。

开放带114A和末端带115A被设置用于通过增加天线元件110A的开放端115A3的容量、最小化天线元件110A。通过与主带111A相比将开放带114A和末端带115A放置得更近来增加开放端115A3的容量。此外，开放带114A和末端带115A被设置用于减小天线元件110A与其它三个天线元件110B、110C和110D之间的相互耦合。

电容器120A以串联方式***在短带112A的末端部分112A1与接地平面150之间。电容器120A的容量是例如150pF。电容器120A以使得交流电流可以在短带112A与接地平面150之间流动的方式来连接短带112A和接地平面150。

电容器120A不是总是需要***在末端部分112A1与接地平面150之间。在电容器120A没有***在末端部分112A1与接地平面150之间的情况下，末端部分112A1直接连接到接地平面150。

电容器120A***在末端部分112A1与接地平面150之间以用于控制天线元件110A的谐振频率，改进天线元件110A的阻抗特性和/或最小化天线元件110A。

在接地平面150形成在基板160的顶表面上的情况下，电容器120A可设置在基板160的底表面上并且可经由穿过基板160的通孔而连接在末端部分112A1与接地平面150之间。

接地平面150可以是例如在平面视图中具有方形形状的金属箔类型。接地平面150的X轴方向上的长度X10和Y轴方向上的长度Y10可以是例如50mm。接地平面150是所谓的“接地板”并且被保持在地电势。接地平面150例如形成在基板160上。

接地平面150的边150D与短带112A之间的Y轴方向上的距离是例如5mm。天线元件110A被放置在位于拐角部分151A与151B之间的位置并且相对于拐角部分151A与151B之间的中心点偏向拐角部分151A。

天线元件110A的主带111A以使得在平面视图中外侧113A3对应于接地平面150的边150A的方式沿着边150A放置。

如上所述，天线元件110A具有通过将开放带114A和末端带115A添加到末端部分111A2而获得的配置，该末端部分111A2作为由主带111A、短带112A和馈电带113A构成的倒F型天线元件的开放端。

天线元件110A是通过将开放带114A和末端带115A添加到作为主带111A的开放端的末端部分111A2而获得的倒F型天线元件的类型。

在下文中，如上所述的尺寸是例如在天线设备100的谐振频率被设置为919MHz的情况下而设置的示例。在天线设备100的谐振频率被设置为除919MHz之外的指定频率的情况下，可与指定的谐振频率相对应地来优化天线设备100的尺寸。

天线元件110A可通过在例如将金属箔或金属板切割或冲压成与主带111A、短带112A、开放带114A和末端带115A对应的形状并且将其弯曲成如图5A所示的形状之后、将馈电带113A焊接到主带111A来形成。

天线元件110A可例如由诸如铜、铝等的金属制成。接地平面150可例如由诸如铜、铝等的金属制成。优选地，通过使用相同的金属材料来形成天线元件110A和接地平面150。

接下来，将参照图6A和图6B来描述天线元件110A和比较示例的天线元件10的S1,1参数的频率特性。

图6A是示出比较示例的天线元件10的图。图6B是示出本实施例的天线元件110A和比较示例的天线元件10的S1,1参数的频率特性的图。

如图6A所示的比较示例的天线元件10具有如下配置：其取代天线元件110A的开放带114A和末端带115A而包括连接到主带111A的末端部分111A2的开放带14。

开放带14从主带111A的末端部分111A2延伸到正X轴方向。从主带111A的末端部分111A2到其远端的开放带14的长度X14是例如31mm，并且距接地平面150的高度Z2是例如15mm。

如上所述，开放带14相对于接地平面150与主带111A一样高。

在图6B中，天线元件110A的S1,1参数的频率特性由实线来表示，并且天线元件10的S1,1参数的频率特性由虚线来表示。

如图6B所示，天线元件110A的谐振频率（中心频率）是大约920MHz，并且S1,1参数的最小值是大约-17dB。

天线元件10的谐振频率（中心频率）是大约950MHz，并且S1,1参数的最小值是大约-30dB。

根据本实施例，与比较示例的天线元件10相比，变得可以减小天线元件110A的谐振频率。这意味着可以使得天线元件110A相对比较示例的天线元件10更小。

实际上，对于天线元件110A，开放带114A和末端带115A的长度是26mm（=X2+Z2+X3+X4），并且如果将开放带114A的宽度Y3与其相加则变为28mm。

天线元件10的开放带14的长度是31mm（=X14），并且如果将主带111A的宽度X1与其相加则变为36mm。

如上所述，天线元件110A的开放端侧的长度相对比较示例的天线元件10的开放带14的长度更短。

尽管天线元件110A的S1,1参数的值高于天线元件10的S1,1参数的值，但是天线元件110A的最小值（大约-17dB）是良好的值并且足够低。

根据本实施例，变得可以通过经由增加开放端115A3侧的容量而实现的减小谐振频率来减小天线元件110A的尺寸。通过将开放带114A和末端带115A连接到主带111A的末端部分111A2来增加容量。

接下来，将参照图7描述根据本实施例的天线设备100的电场分布。

图7是示出本实施例的天线设备100的电场分布的图。通过由电磁场仿真器执行的仿真来获得如图7所示的电场分布。

如图7所示的天线设备100与图1所示的相同，但是省略了除天线元件110A至110D和接地平面150之外的附图标记。

如图7所示的天线设备100的电场分布是在仅对天线元件110A馈电的条件下获得的。

在图7中，电场分布由灰度级来表示，并且电场的方向由箭头来表示。箭头变得越粗，则电场变得越强。箭头变得越细，则电场变得越弱。在电场相当弱的区域中，电场不是由箭头而是由点来表示。

如图7所示，在天线元件110A正被馈电的条件下，电场集中在开放带114A和末端带115A附近。具体地，末端带115A附近的电场变得最强（参见如图7所示的圆圈）。

末端带115A附近的电场变得最强的原因是由于与主带111A相比开放带114A和末端带115A被放置得更靠近接地平面150，因此天线元件110A的开放端115A3附近的容量大于主带111A的容量。

接下来，将参照图8A和图8B描述天线设备100获得的S参数和史密斯图。

图8A是示出实施例的天线设备100的S参数的图。图8B是示出实施例的天线设备100的史密斯图的图。

图8A示出了天线设备100的S参数。天线设备100的S参数是通过将天线元件110A至110D分别视为1号端口至4号端口而获得的。

S1,1、S2,2、S3,3、S4,4参数分别由实线来表示，S1,2、S2,3、S3,4、S4,1参数分别由虚线来表示，并且S1,3、S2,4、S3,1、S4,2参数分别由点划线来表示。

由实线表示的S1,1、S2,2、S3,3、S4,4参数指示反射功率与输入功率的比率。由虚线表示的S1,2、S2,3、S3,4、S4,1参数和由点划线表示的S1,3、S2,4、S3,1、S4,2参数指示功率增益。

如图8A所示，S1,1、S2,2、S3,3、S4,4参数的值在919MHz的谐振频率处是大约-20dB。这些值指示获得了天线元件110A至110D的阻抗匹配。

S1,2、S2,3、S3,4、S4,1参数和S1,3、S2,4、S3,1、S4,2参数在919MHz的谐振频率处是良好均衡的，并且参数的值是大约-10dB。因此，获得了高功率增益。

根据如图8B所示的史密斯图，表明天线设备100的阻抗被控制为在三角点1处为50欧姆。S1,1、S2,2、S3,3、S4,4参数全部被控制为50欧姆。根据实施例，使用电容器120A至120D以便改进史密斯图的特性。

接下来，将参照图9A和图9B描述根据本实施例的天线设备100的方向性。

图9A是示出实施例的天线设备100的方向性（3D辐射图案）的图。图9B是示出实施例的天线设备100的方向性（AR图案）的图。

图9A示出了天线设备100的3D辐射图案，并且图9B示出了天线设备100的AR图案。

如图9A所示的3D辐射图案和如图9B所示的AR图案是在XYZ坐标系的原点位于接地平面150的顶表面上的拐角部分150A至150D的中心点的情况下而获得的。

如图9A所示的良好均衡的3D辐射图案是通过从四个天线元件110A至110D辐射具有90度相位差和相同幅度的读取信号而获得的。信号的谐振频率是919MHz。

最大增益是大约4.4dB。这表明所获得的增益非常高并且在919MHz处大于3dB。

天线元件110A至110D的总效率是-0.69dB，并且总辐射效率是-0.07dB。

如图9B所示，轴比（AR）图案指示中心轴（Z轴）附近的减小增益。因此，可以通过从四个天线元件110A至110D辐射具有90度相位差和相同幅度的读取信号、辐射在圆形极化的中心处具有小增益的良好均衡圆形极化读取信号。

接下来，将参照图10A、图10B和图10C描述本实施例的天线设备100的天线元件110A至110D的相互耦合和比较示例的天线设备11的天线元件10A至10D的相互耦合。

图10A、图10B和图10C是示出实施例的天线设备100和比较示例的天线设备11的电流分布的图。

图10A示出了在仅对天线元件110A馈电的情况下的天线设备100的电流分布。

如图10A所示，在仅对天线元件110A馈电的情况下，非常低的电流流过没有被馈电的天线元件110B、110C和110D。在该情况下，电流仅流过天线元件110A。

图10B示出了在仅对天线元件110C馈电的情况下的天线设备100的电流分布。

如图10B所示，在仅对天线元件110C馈电的情况下，非常低的电流流过没有被馈电的天线元件110A、110B和110D。在该情况下，电流仅流过天线元件110C。

根据图10A和图10B，表明天线设备100的天线元件110A至110D的相互耦合减小。

图10C示出了取代天线元件110A至110D而包括天线元件10A、10B、10C和10D的比较示例的天线设备11的电流分布。如图10C所示的电流分布是在仅对天线元件10A馈电的情况下获得的。

天线元件10A、10B、10C和10D中的每个与如图6A所示的天线元件10相同。因此，比较示例的天线设备11具有包括接地平面150和设置在接地平面150上的天线元件10A、10B、10C和10D的配置。

根据图10C，表明在仅对天线元件10A馈电的情况下，电流流过天线元件10A、10B、10C和10D的全部。

在仅对天线元件10A馈电的情况下电流流过天线元件10A、10B、10C和10D的全部的原因在于，天线元件10A、10B、10C和10D的相互耦合高。天线元件10A、10B、10C和10D中的每个均包括开放带14（参见图6A）。如图10C所示，天线元件10A、10B、10C和10D当中的一个天线元件的主带111A与天线元件10A、10B、10C和10D当中的相邻天线元件的开放带14彼此平行并且彼此相邻地布置。主带111A分别是天线元件10A、10B、10C和10D的主电流路径。

因此，认为天线元件10A、10B、10C和10D当中的两个相邻天线元件的相互耦合变强，并且在仅对天线元件10A馈电的情况下，电流不仅流过天线元件10A，而且还流过天线元件10B、10C和10D。

相反，天线设备100包括设置在作为天线元件110A的主带111A的开放端的末端部分111A2侧的开放带114A和末端带115A。开放带114A从主带111A的末端部分111A2延伸到负X轴方向，并且末端带115A连接到开放带114A。

因此，与天线元件10的开放带14相比（参见图6A），天线元件110A的开放带114A和末端带115A设置在远离相邻天线元件110B的主带111B的位置。

末端带115A的第二带115A2在远离天线元件110B、110C和110D当中的位于最靠近（最接近）末端带115A的天线元件110B的方向上延伸。末端带115A在负Y轴方向上延伸。

这同样适用于天线元件110B、110C和110D的配置。

天线设备100通过利用如上所述的配置而减小了天线元件110A至110D的相互耦合。

图11是示出本实施例的天线设备100的以上获得的电场分布的图。电场分布由箭头示出。图11示出了在位于距接地平面150的表面150mm高度处的平行于X-Y平面的平面上获得的电场分布。如图11所示的电场分布是在天线元件110A至110D辐射以此顺序依次具有90度相位差的读取信号时的特定时刻获得的。从天线元件110B、110C和110D辐射的读取信号的相位相对于从天线元件110A辐射的读取信号的相位分别被延迟90度、180度和270度。这里，读取信号的一个周期对应于360度。

如图11所示的电场分布的中心点对应于接地平面150的中心点。

这表明可以形成如图11所示的从正Y轴方向朝向正X轴方向弯曲的电场分布。由于如图11所示的电场分布是在特定时刻获得的，因此示出了从正Y轴方向朝向正X轴方向弯曲的电场分布。在较长时段内获得的电场分布形成圆。

因此，天线设备100可以通过使得天线元件110A至110D辐射以此顺序依次具有90度相位差的读取信号、辐射圆形极化读取信号。

根据本实施例的天线设备100，可以通过包括开放带114A和末端带115A而减小天线元件110A的尺寸，其中开放带114A和末端带115A位于末端部分111A2侧并且与主带111A相比位于更靠近接地平面150。末端部分111A2构成天线元件110A的主带111A的开放端。

天线设备100可以实现天线元件110A的尺寸减小的原因在于，通过包括开放带114A和末端带115A而增加了在天线元件110A与接地平面150之间获得的天线元件110A的电容。这同样适用于天线元件110B、110C和110D。

因此，可以提供对于想要读取附于物品的RFID标签的ID的用户是非常小并且有用且方便的天线设备100。用户可以用一只手持有连接到读写器的天线设备100，并且使得天线设备100朝向物品辐射读取信号。天线设备100是PIFA型天线类型。

由于天线元件110A包括开放带114A和末端带115A，因此可以减小天线元件110A与其它天线元件110B、110C和110D之间的相互耦合。特别地，天线元件110A可以减小天线元件110A与天线元件110B之间的相互耦合，天线元件110B位于与开放端115A3相邻。由于天线元件110A包括开放端114A和末端带115A，因此这得以实现。

由于开放带114A从主带111A水平延伸并且朝向接地平面150垂直弯曲，并且由于末端带115A在远离其它天线元件110B、110C和110D（特别是天线元件110B）的方向上延伸，因此这得以实现。这同样适用于天线元件110B、110C和110D。

天线设备100包括具有四个主带111A至111D的四个天线元件110A至110D，这四个主带111A至111D被布置成在平面视图中绘出具有90度拐角的方形。天线设备100从四个天线元件110A至110D辐射以此顺序依次具有90度相位差的读取信号。

由于如上所述减小了天线元件110A至110D的相互耦合，因此在相互耦合的影响被减小的良好条件下从天线元件110A至110D辐射具有90度相位差的读取信号。

因此，天线设备100可以辐射形成高增益电场并且具有出色的轴比的读取信号。

如果用户用一只手持有天线设备100并且使得天线设备100朝向附有RFID标签的物品辐射读取信号，则甚至在物品容纳在盒子中或者展示在架子上的情况下也可以读取RFID标签的ID。

与通过使得物品朝向安装在诸如门的固定对象中或者读写器中的传统天线来读取ID相比，通过使用本实施例的天线设备100来读取RFID标签的ID更容易。

由于天线设备100用于例如如上所述的目的，因此减小天线设备100的尺寸以使得用户可以容易地用一只手持有天线设备100是有效的。

尽管如上所述天线设备100的天线元件110A包括第二带115A2，但是天线元件110A可不包括第二带115A2，只要天线元件110A可以获得足够的容量并且可以减小尺寸即可。

在如上所述的实施例中，在倒F型天线元件110A中，短带112A连接到主带111A的末端部分111A1，并且馈电带113A连接到末端部分111A1与末端部分111A2之间的主带111A。这同样适用于天线元件110B、110C和110D。

然而，短带112A和馈电带113A的位置可互换。

图12是示出本实施例的变型例的天线元件210A的图。天线元件210A包括主带111A、短带212A、馈电带213A、开放带114A和末端带115A。

天线元件210A具有如下配置：与如图5A和图5B所示的天线元件110A的短带112A和馈电带113A的位置相比，短带212A和馈电带213A的位置被互换。

取代天线元件110A至110D中的每个，可使用天线元件210A。

短带212A的底端经由电容器120A连接到接地平面150，并且馈电点213A1设置在馈电带213A的底端。

至此已提供了示例性实施例的天线设备的描述。本发明不限于这些实施例，而是可在不背离本发明的范围的情况下进行各种变化和修改。

至此，描述了天线设备的优选实施例的变型例。然而，本发明不限于这些具体描述的实施例及其变型例，并且可在权利要求所述的本发明的范围内进行各种修改和变更。

这里所阐述的所有示例和条件语言旨在用于教导目的以辅助读者理解本发明和发明人为推进现有技术而贡献的构思，并且应被解释为不限于这样具体阐述的示例和条件，说明书中的这样的示例的组织也与示出本发明的优势或劣势的示出无关。

尽管已详细描述了本发明的实施例，但是应理解，可以在不背离本发明的精神和范围的情况下进行各种改变、替换和变更。

Claims (10)

1.一种天线设备，包括：

接地平面，在平面视图中具有矩形形状；以及

四个倒F型天线元件，放置在所述接地平面的表面上、并且以在平面视图中相对于所述接地平面的中心点对称的方式来布置，所述四个倒F型天线元件分别包括连接到所述接地平面的短端和设置在所述短端的相对侧的开放端，

其中，所述四个倒F型天线元件中的每个均包括：

主带，设置在所述短端与所述开放端之间、并且以第一高度平行于所述接地平面放置，

短带，从所述主带的一端延伸到所述短端，

馈电带，从所述主带的中点延伸到所述接地平面、并且具有在远端的馈电点，

开放带，从所述主带的另一端朝向所述开放端延伸至以低于所述第一高度的第二高度放置的位置，以及

末端带，从所述开放带的远端延伸到所述开放端、并且以所述第二高度平行于所述接地平面放置。

2.根据权利要求1所述的天线设备，还包括：

四个电容器，分别串联连接在所述短端与所述接地平面之间。

3.根据权利要求1所述的天线设备，其中，所述四个倒F型天线元件的主带分别沿着所述接地平面的四条边放置，以及

其中，所述四个倒F型天线元件的开放带分别在平面视图中从所述主带的内侧延伸。

4.根据权利要求1所述的天线设备，其中，所述末端带包括：

第一带，从所述开放带的远端延伸；以及

第二带，在远离相邻倒F型天线元件的方向上从所述第一带的远端延伸到所述开放端。

5.根据权利要求1所述的天线设备，其中，所述四个倒F型天线元件以使得所述短端分别靠近所述接地平面的四个拐角部分放置的方式来设置。

6.根据权利要求1所述的天线设备，还包括：

电路，连接到所述四个倒F型天线元件的四个馈电点、并且分别将四个读取信号输入到所述四个馈电点，

其中，所述电路将以此顺序依次具有90度相位差的所述四个读取信号输入到在平面视图中以顺时针或逆时针方向布置的所述四个倒F型天线元件的四个馈电点。

7.根据权利要求1至6中任一项所述的天线设备，还包括：

基板，所述接地平面形成在所述基板上。

8.根据权利要求7所述的天线设备，还包括：

支撑构件，相对于所述接地平面或所述基板支撑所述四个倒F型天线元件。

9.根据权利要求7所述的天线设备，还包括：

盖，放置在所述接地平面或所述基板上、并且覆盖所述四个倒F型天线元件。

10.一种天线设备，包括：

接地平面，在平面视图中具有矩形形状；

四个倒F型天线元件，放置在所述接地平面的表面上、并且以在平面视图中相对于所述接地平面的中心点对称的方式来布置，所述四个倒F型天线元件分别包括设置在一端的馈电点和设置在所述馈电点的相对侧的开放端，

其中，所述四个倒F型天线元件中的每个均包括：

主带，设置在所述馈电点与所述开放端之间、并且以第一高度平行于所述接地平面放置，

馈电带，从所述主带的一端延伸到所述馈电点，

短带，从所述主带的中点延伸到所述接地平面、并且具有连接到所述接地平面的远端，

开放带，从所述主带的另一端朝向所述开放端延伸至以低于所述第一高度的第二高度放置的位置，以及

末端带，从所述开放带的远端延伸到所述开放端、并且以所述第二高度平行于所述接地平面放置。