JP6515156B2

JP6515156B2 - アンテナシステム及び通信機器

Info

Publication number: JP6515156B2
Application number: JP2017174745A
Authority: JP
Inventors: ホンジュアンハン; ユエファユエ
Original assignee: AAC Technologies Pte Ltd
Current assignee: AAC Technologies Pte Ltd
Priority date: 2017-06-22
Filing date: 2017-09-12
Publication date: 2019-05-15
Anticipated expiration: 2037-09-12
Also published as: CN107453056B; CN107453056A; JP2019009760A; US20180375196A1; US10389012B2

Description

本願はアンテナシステムの技術分野に関し、特にアンテナシステム及び通信機器に関する。

現在、金属ハウジングを有する通信機器、例えば携帯電話は、既に各有名なブランドの携帯電話の主流的な構造になっている。この携帯電話のアンテナを設計する際には、通常ハウジングに割れ目を設置する。一般的には、割れ目は携帯電話の幅方向に沿ってハウジングを貫通し、ハウジングを上部、中間部及び底部からなる三段式構造に分け、そしてプラスチック構造によって割れ目を埋める。このオールメタルのハウジングにおける割れ目の面積は比較的大きく、ハウジング全体としての構造強度及び外観の質感に影響を与えてしまうことは、明らかである。

本発明は、上記の課題を克服できるアンテナシステム及び通信機器を提供する。

本発明の第１局面において、アンテナシステムであって、バックシェル、前記バックシェルの周方向に沿って前記バックシェルを取り囲むように前記バックシェルに接続される金属中間フレーム、マザーボード、及び第１チューニングスイッチを備え、
前記金属中間フレームは、対向するように設けられる２つのサイドフレームと、２つの前記サイドフレームを接続するボトムフレームを備え、前記ボトムフレームには第１割れ目と第２割れ目が設けられ、前記サイドフレームの延出方向に沿って、前記バックシェルと前記ボトムフレームとの間に第３割れ目が設けられ、且つ前記第３割れ目の両端はそれぞれ前記第１割れ目と前記第２割れ目と連通し、
前記マザーボードには給電点、第１接地点及び第２接地点が設けられ、前記給電点は前記ボトムフレームの第１位置に接続され、前記第１接地点は前記ボトムフレームの第２位置に接続され、前記第２接地点は前記第１チューニングスイッチを介して前記ボトムフレームの第３位置に接続され、第１アンテナ、第２アンテナ、及び第３アンテナが形成されるように、前記第１位置、前記第２位置及び前記第３位置は何れも前記第１割れ目と前記第２割れ目との間に位置し、且つ前記第２位置は前記第１位置と前記第３位置との間に位置する。

好ましくは、前記第１チューニングスイッチはオン状態、オフ状態、インダクタンス挿入状態及びコンデンサ挿入状態を有し、
前記第１チューニングスイッチがオン状態にある時、前記第２接地点は前記ボトムフレームと接続され、
前記第１チューニングスイッチがオフ状態にある時、前記第２接地点は前記ボトムフレームと切断され、
前記第１チューニングスイッチがインダクタンス挿入状態にある時、前記第２接地点はインダクタンス素子を介して前記金属中間フレームと接続され、
前記第１チューニングスイッチがコンデンサ挿入状態にある時、前記第２接地点はコンデンサ素子を介して前記ボトムフレームと接続される。

好ましくは、前記コンデンサ素子は可変コンデンサ素子である。

好ましくは、さらにアンテナユニットと第２チューニングスイッチを備え、第４アンテナが形成されるように、前記アンテナユニットは前記第２チューニングスイッチを介して前記ボトムフレームと接続され、且つ前記第２チューニングスイッチは前記第２割れ目の前記第１割れ目から離れた側に位置する。

好ましくは、前記アンテナユニットは金属配線を備え、前記金属配線は前記ボトムフレームと対向し、且つ離間して設置され、前記金属配線は、一方端が前記第２チューニングスイッチを介して前記ボトムフレームと接続され、他方端が自由端である。

好ましくは、前記金属配線は、前記ボトムフレームにおける前記第２割れ目の両側に位置する部分と前記第２割れ目の何れにも対向している。

好ましくは、前記第２チューニングスイッチはオン状態とオフ状態を有し、
前記第２チューニングスイッチがオン状態にある時、前記アンテナユニットは前記ボトムフレームと接続され、前記アンテナユニットを前記ボトムフレームとカップリングさせ、第４アンテナが形成されるようにし、
前記第２チューニングスイッチがオフ状態にある時、前記第２アンテナは前記ボトムフレームと切断される。

好ましくは、前記第４アンテナの主放射体は、前記アンテナユニットと、前記ボトムフレームにおける前記第１位置の前記第２位置から離れた側に位置する部分とを含む。

好ましくは、前記第１アンテナ及び前記第２アンテナの主放射体は、前記ボトムフレームにおける前記第１位置の前記第２割れ目から離れた側に位置する部分を含み、
前記第３アンテナの主放射体は、前記ボトムフレームにおける前記第１位置の前記第２位置から離れた側に位置する部分を含む。

本発明の第２局面において、上記のいずれか１項に記載のアンテナシステムを備える通信機器を提供する。

本発明が提供する技術案は以下の有益な効果を奏することができる。

本発明が提供するアンテナシステムは、ハウジングを金属中間フレームとバックシェルに分割し、金属中間フレームのボトムフレーム及びボトムフレームとバックシェルの間の一部分に割れ目を設置し、一本の連通する隙間を設置するだけで、ハウジングを大きめの部分と小さめの部分に分ける。この構造は、三段式構造と比べ、割れ目の面積が大幅に減少され、かつボトムフレームの小さい部分だけが切り離されることになり、ハウジング全体としての構造強度を向上でき、外観の質感を増すことができることは、明らかである。
以上の一般的な記載と下記の詳細な記載はただ例示的であって、今発明を制限できるものではないと、理解すべきである。

本発明に係るアンテナシステムの具体的な実施例の構成を示す概略図である。本発明に係るアンテナシステムの具体的な実施例の一部構成を示す概略図である。本発明に係るアンテナシステムの具体的な実施例の、バックシェルを外した裏面図である。本発明に係るアンテナシステムの具体的な実施例のリターンロス図である。本発明に係るアンテナシステムの具体的な実施例のアンテナ効率図である。

ここでの図面は明細書に含まれ、かつ本明細書の一部を構成し、本発明に合致する実施例を示し、しかも明細書とともに本発明の原理を解釈するのに用いられる。

以下では、本発明に対し、具体的な実施例を介して、かつ図面に関連して、更なる詳細な説明を行う。

図１〜３に示すように、本発明に係る実施例は携帯電話のようなモバイル端末に使用できるアンテナシステムを提供する。アンテナシステムはバックシェル１０、マザーボード３０、第１チューニングスイッチ４０、バックシェル１０の周方向に沿ってバックシェル１０を取り囲むように、バックシェル１０に接続される金属中間フレーム２０を備える。図１に示すように、金属中間フレーム２０は対向するように設けられた２つのサイドフレーム２１と２つのサイドフレーム２１を接続するボトムフレーム２２を備える。金属中間フレーム２０はさらに、ボトムフレーム２２と対向するトップフレーム２３を備える。つまり、トップフレーム２３、一つのサイドフレーム２１、ボトムフレーム２２、もう一つのサイドフレーム２１がエンドツーエンドにこの順番で接続され金属中間フレーム２０を構成し、バックシェル１０はこの金属中間フレーム２０の厚さ方向に沿う一方に設けられている。ボトムフレーム２２上には、第１割れ目２２１と第２割れ目２２２が設けられている。サイドフレーム２１の延出方向に沿って、バックシェル１０とボトムフレーム２２との間には、第３割れ目５０が設けられている。また、第３割れ目５０の両端はそれぞれ第１割れ目２２１と第２割れ目２２２と連通する。これにて分かるように、第１割れ目２２１と第２割れ目２２２はボトムフレーム２２を３つのセグメントに分割する。そして第１割れ目２２１と第２割れ目２２２との間に位置する中間セグメントはバックシェル１０との間で第３割れ目５０を形成し、中間セグメントの両側に位置するサイドセグメントはそれぞれ同じ側のサイドフレーム２１と接続されることで、ハウジングが全体として１つの大きめの部分（バックシェル１０、トップフレーム２３、サイドフレーム２１及びサイドセグメントを含む）と１つの小さめの部分（中間セグメントを含む）を形成するように、第１割れ目２２１、第２割れ目２２２及び第３割れ目５０がｎ型に類似する隙間を形成する。

マザーボード３０には、給電点３１、第１接地点３２及び第２接地点３３が設けられている。給電点３１はボトムフレーム２２の第１位置２２３に接続される。第１接地点３２はボトムフレーム２２の第２位置２２４に接続される。第２接地点３３は第１チューニングスイッチ４０を介してボトムフレーム２２の第３位置２２５に接続される。ここで、第１位置２２３、第２位置２２４及び第３位置２２５は何れも第１割れ目２２１と第２割れ目２２２の間に位置し、そして第２位置２２４は第１位置２２３と第３位置２２５の間に位置することで、第１アンテナ、第２アンテナと第３アンテナが形成されるようにする。
上記アンテナシステムを採用することで、ハウジングを金属中間フレーム２０とバックシェル１０に分割し、金属中間フレーム２０のボトムフレーム２２、及びボトムフレーム２２とバックシェル１０の間の一部にだけ割れ目を設置することによって、一本の連通する隙間を設けるだけで、ハウジングを大きめの部分と小さめの部分に分ける。この構造は、三段式構造と比べて、割れ目の面積が大幅に減少し、かつボトムフレーム２２の小さな部分だけが切り離されるので、ハウジングの全体としての構造強度に対する影響が小さく、ハウジングの全体としての構造強度を向上でき、外観の質感を増すことができることは、明らかである。

第１チューニングスイッチ４０はオン状態、オフ状態、インダクタンス挿入状態及びコンデンサ挿入状態を有する。第１チューニングスイッチがオン状態にある時、第２接地点３３とボトムフレーム２２とが接続され、具体的には、第２接地点３３と中間セグメントとが電気的に接続される。第１チューニングスイッチ４０がオフ状態にある時、第２接地点３３とボトムフレーム２２とは分離され、具体的には、第２接地点３３と中間セグメントとが切断される。第１チューニングスイッチ４０がインダクタンス挿入状態にある時、第２接地点３３はインダクタンスを介してボトムフレーム２２と接続され、具体的には、第２接地点３３はインダクタンス素子を介して中間セグメントと接続され、ここで、インダクタンスのインダクタンス値は３ＮＨであってもよい。第１チューニングスイッチ４０がコンデンサ挿入状態にある時、第２接地点３３はコンデンサ素子を介してボトムフレーム２２と接続され、具体的には、第２接地点３３はコンデンサ素子を介して中間セグメントと接続する。上記のチューニングスイッチを用いることにより、第１チューニングスイッチ４０の異なる状態を制御することで、異なる挿入デバイス或いはマザーボードを交換することなく、アンテナシステムの調整を容易にするように、第１アンテナ、第２アンテナの周波数帯域幅を調節できる。

説明する必要があるのは、上記コンデンサ素子は可変コンデンサ素子でもよく、複数の異なるキャパシタンス値のコンデンサ素子を含んでもよい。アンテナシステムの調整をさらに容易にするように、コンデンサ素子が調整可能なコンデンサ素子であることが好ましい。コンデンサ素子が調整可能なコンデンサ素子である場合も、複数の異なるキャパシタンス値のコンデンサ素子を含む場合も、そのコンデンサ素子のキャパシタンス値は０．８ｐｆ、１．２ｐｆ等を選択できる。

上記のアンテナシステムにおいて、ボトムフレーム２２における第１位置２２３の第２割れ目２２２から離れた側に位置する部分、及び該当部分とバックシェル１０の間で互いにカップリングすることにより、協働で一次調波及び高次調波を発生させる。一次調波の共振周波数は第１アンテナの動作周波数バンド範囲内にあり、高次調波の共振周波数は第２アンテナの動作周波数バンド範囲内ある。つまり、第１アンテナ及び第２アンテナの主放射体は、ボトムフレーム２２における第１位置２２３の第２割れ目２２２から離れた側に位置する部分を含む。即ち、第１アンテナ及び第２アンテナの主放射体は、中間セグメントにおける第１位置２２３と第１割れ目２２１との間に位置する部分、及び第１割れ目２２１に近いサイドセグメントを含む。ここで、第１アンテナの動作周波数バンドは８２４〜９６０ＭＨＺであり、第２アンテナの動作周波数バンドは１７１０〜２１７０ＭＨＺである。

ボトムフレーム２２における第１位置２２３の第２位置２２４から離れた側に位置する部分、及び該当部分とバックシェル１０の間で互いにカップリングすることにより、協働で高次調波を発生させる。高次調波の共振周波数は第３アンテナの動作周波数バンド範囲内にある。つまり、第３アンテナの主放射体は、ボトムフレーム２２における第１位置２２３の第２位置２２４から離れた側に位置する部分を含む。即ち、第３アンテナの主放射体は、中間セグメントにおける第１位置２２３と第２割れ目２２２に位置する部分、及び第２割れ目２２２に近いサイドセグメントを含む。ここで、第３アンテナの動作周波数バンドは２３００〜２６９０ＭＨＺである。

さらに、図１−３に示すように、アンテナシステムはアンテナユニット６０及び第２チューニングスイッチ７０をさらに備える。アンテナユニット６０は第２チューニングスイッチ７０を介してボトムフレーム２２と接続され、かつ第２チューニングスイッチ７０が第２割れ目２２２の第１割れ目２２１から離れた側に位置する。アンテナユニット６０及び第２チューニングスイッチ７０を加えることにより、第２チューニングスイッチ７０を介してアンテナユニット６０とサイドセグメントに電気的に接続させ、アンテナユニット６０を寄生アンテナとして、中間セグメントで第１位置２２３と第２割れ目２２２の間に位置する部分とカップリングさせ、第４アンテナが形成されるようにし、アンテナシステムの周波数バンドを増加させることができる。

具体的に、アンテナユニットは金属配線を含む。金属配線はＦＰＣ（ＦｌｅｘｉｂｌｅＰｒｉｎｔｅｄＣｉｒｃｕｉｔ、フレキシブルプリント回路基板）でもいいし、ＬＤＳ（ＬａｓｅｒＤｉｒｅｃｔＳｔｒｕｃｔｕｒｉｎｇ、レーザー直接構造化）プロセスにより直接形成されてもいい。金属配線はボトムフレーム２２と対向に且つ離間して設置される。金属配線は一方端が第２チューニングスイッチ７０を介してボトムフレーム２２と接続し、他方端が自由端である。好ましくは、金属配線はボトムフレーム２２と平行に設置される。

第２チューニングスイッチ７０はオン状態とオフ状態を有する。第２チューニングスイッチがオン状態にある際に、アンテナユニット６０はボトムフレーム２２と接続され、アンテナユニット６０をボトムフレーム２２とカップリングさせて第４アンテナが形成されるようにする。第２チューニングスイッチ７０がオフ状態にある際に、アンテナ６０とボトムフレーム２２とは切断される。つまり、必要に応じて、第２チューニングスイッチ７０の状態を調節することにより、アンテナユニット６０とボトムフレーム２２との接続及び分離を実現でき、それにより第４アンテナを形成するか否かをコントロールする。

第４アンテナの電気的長さを保証するために、金属配線は、ボトムフレーム２２における第２割れ目２２２の両側に位置する部分と、第２割れ目２２２との両者にも対向する。つまり、アンテナユニット６０とサイドセグメントのカップリングを保証するように、金属配線は、第２割れ目２２２側に近いサイドセグメントから第２割れ目２２２を介して中間セグメントまで伸びる。

アンテナユニット６０を加えた後で、ボトムフレーム２２における第１位置２２３の第２位置２２４から離れた側に位置する部分がアンテナユニット６０と互いにカップリングし、３．５Ｇの調波を発生させる。当該調波の共振周波数は第４アンテナの動作周波数バンド範囲内にある。つまり、第４アンテナの主放射体は、アンテナユニット６０、及びボトムフレーム２２における第１位置２２３の第２位置２２４から離れた側に位置する部分を含む。即ち、第４アンテナの主放射体は、アンテナユニット６０、中間セグメントにおける第１位置２２３と第２割れ目２２２の間に位置する部分、及び第２割れ目２２２に近いサイドセグメントを含む。ここで、第４アンテナの動作周波数バンドは３４００〜３８００ＭＨＺであり、５Ｇの発展の需要に適応できる。

同時に第１チューニングスイッチ４０と第２チューニングスイッチ６０を設置する際に、第１チューニングスイッチ４０、第２チューニングスイッチ６０の異なる状態を設定することで、アンテナシステムのリターンロス図は図４に、放射効率図は図５に示されている。ここで、図４において、曲線Ｓ１は第２チューニングスイッチ６０がオン状態にあり、且つ第１チューニングスイッチ４０がオフ状態である時のアンテナシステムのリターンロス曲線である。曲線Ｓ２は第２チューニングスイッチ６０がオフ状態にあり、且つ第１チューニングスイッチ４０がインダクタンス挿入状態である時のアンテナシステムのリターンロス曲線である。曲線Ｓ３は第２チューニングスイッチ６０、第１チューニングスイッチ４０がともにオフ状態である時のリターンロス曲線である。曲線Ｓ４は第２チューニングスイッチ６０がオフ状態にあり、且つ第１チューニングスイッチ４０が１．２ｐｆのキャパシタンス値のコンデンサ素子の挿入状態にある時のアンテナシステムのリターンロス曲線である。曲線Ｓ５は第２チューニングスイッチ６０がオフ状態にあり、且つ第１チューニングスイッチ４０が０．８ｐｆのキャパシタンス値のコンデンサ素子の挿入状態にある時のアンテナシステムのリターンロス曲線である。図５において、ｓｗｉｔｃｈ１は第２チューニングスイッチ６０を示し、ｓｗｉｔｃｈ２は第１チューニングスイッチ４０の状態を示し、ｏｆｆはオフ状態を示し、ｏｎはオン状態を示す。

また、本発明は携帯電話、タブレットＰＣのような、上記のいずれか１つの実施例に記載のアンテナシステムを備える通信機器を提供する。

以上の記載は本発明の好ましい実施例に過ぎず、本発明を制限するものではない。当業者にとって、本発明には各種の変更と変化が可能である。本発明の精神と原則内で行われた如何なる修正、均等物による置換、改良等は本発明の保護範囲内に含まれるべきである。

１０バックシェル
２０金属中間フレーム
２１サイドフレーム
２２ボトムフレーム
２２１第１割れ目
２２２第２割れ目
２２３第１位置
２２４第２位置
２２５第３位置
２３トップフレーム
３０マザーボード
３１給電点
３２第１接地点
３３第２接地点
４０第１チューニングスイッチ
５０第３割れ目
６０アンテナユニット
７０第２チューニングスイッチ

Claims

アンテナシステムであって、バックシェル、前記バックシェルの周方向に沿って前記バックシェルを取り囲むように前記バックシェルに接続される金属中間フレーム、マザーボード、及び第１チューニングスイッチを備え、
前記金属中間フレームは、対向するように設けられる２つのサイドフレームと、２つの前記サイドフレームを接続するボトムフレームを備え、前記ボトムフレームには第１割れ目と第２割れ目が設けられ、前記サイドフレームの延出方向に沿って、前記バックシェルと前記ボトムフレームとの間に第３割れ目が設けられ、且つ前記第３割れ目の両端はそれぞれ前記第１割れ目と前記第２割れ目と連通し、
前記マザーボードには給電点、第１接地点及び第２接地点が設けられ、前記給電点は前記ボトムフレームの第１位置に接続され、前記第１接地点は前記ボトムフレームの第２位置に接続され、前記第２接地点は前記第１チューニングスイッチを介して前記ボトムフレームの第３位置に接続され、第１アンテナ、第２アンテナ及び第３アンテナが形成されるように、前記第１位置、前記第２位置及び前記第３位置は何れも前記第１割れ目と前記第２割れ目との間に位置し、且つ前記第２位置は前記第１位置と前記第３位置との間に位置し、
さらにアンテナユニットと第２チューニングスイッチを備え、第４アンテナが形成されるように、前記アンテナユニットは前記第２チューニングスイッチを介して前記ボトムフレームと接続され、且つ前記第２チューニングスイッチは前記第２割れ目の前記第１割れ目から離れた側に位置し、
前記アンテナユニットは金属配線を備え、前記金属配線は前記ボトムフレームと対向し、且つ離間して設置され、前記金属配線は、一方端が前記第２チューニングスイッチを介して前記ボトムフレームと接続され、他方端が自由端であることを特徴とするアンテナシステム。
前記第１チューニングスイッチはオン状態、オフ状態、インダクタンス挿入状態及びコンデンサ挿入状態を有し、
前記第１チューニングスイッチがオン状態にある時、前記第２接地点は前記ボトムフレームと接続され、
前記第１チューニングスイッチがオフ状態にある時、前記第２接地点は前記ボトムフレームと切断され、
前記第１チューニングスイッチがインダクタンス挿入状態にある時、前記第２接地点はインダクタンス素子を介して前記金属中間フレームと接続され、
前記第１チューニングスイッチがコンデンサ挿入状態にある時、前記第２接地点はコンデンサ素子を介して前記ボトムフレームと接続されることを特徴とする請求項１に記載のアンテナシステム。
前記コンデンサ素子は可変コンデンサ素子であることを特徴とする請求項２に記載のアンテナシステム。
前記金属配線は、前記ボトムフレームにおける前記第２割れ目の両側に位置する部分と前記第２割れ目の何れにも対向していることを特徴とする請求項１に記載のアンテナシステム。
前記第２チューニングスイッチはオン状態とオフ状態を有し、
前記第２チューニングスイッチがオン状態にある時、前記アンテナユニットは前記ボトムフレームと接続され、前記アンテナユニットを前記ボトムフレームとカップリングさせ、第４アンテナが形成されるようにし、
前記第２チューニングスイッチがオフ状態にある時、前記第２アンテナは前記ボトムフレームと切断されることを特徴とする請求項１に記載のアンテナシステム。
前記第４アンテナの主放射体は、前記アンテナユニットと、前記ボトムフレームにおける前記第１位置の前記第２位置から離れた側に位置する部分とを含むことを特徴とする請求項５に記載のアンテナシステム。
前記第１アンテナ及び前記第２アンテナの主放射体は、前記ボトムフレームにおける前記第１位置の前記第２割れ目から離れた側に位置する部分を含み、
前記第３アンテナの主放射体は、前記ボトムフレームにおける前記第１位置の前記第２位置から離れた側に位置する部分を含むことを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載のアンテナシステム。
請求項１〜７のいずれか１項に記載のアンテナシステムを備えることを特徴とする通信機器。