CN101308952A - 无线通信设备的天线结构 - Google Patents

Abstract

一种用于无线通信设备的天线结构，包括底板、该底板具有支撑电子元件的第一表面、与该第一表面相对的第二表面。该天线结构包括形成在所述底板的第一表面上的第一表面图形。所述底板的第二表面上形成有第二表面图形。所述第二表面图形的至少一部分在垂直于该底板的厚度方向的方向上与该第一表面图形分开。

Description

无线通信设备的天线结构

技术领域

本发明涉及一种无线通信设备的天线结构。

背景技术

现今，许多车辆都配有免提系统以改善车辆操作的便利性。例如，免提系统锁闭及解锁车门、启用引擎使之能够起动、以及实际起动引擎。这种免提系统包括设在车内的低频(LF)发射机以及射频(RF)接收机。该免提系统与便携设备进行通信，所述便携设备由用户(驾驶员)携带并且用作钥匙。该LF发射机间歇地发射低频频段的请求信号。响应该请求信号，该便携设备返回射频频段的ID码信号。该ID码信号包括该便携设备(或钥匙)唯一的识别(ID)码。该RF接收机接收该ID码信号。然后，将该便携设备的ID码信号与该车辆的ID码信号进行比较。当该ID码信号匹配，该便携设备校验为可信。这样，可锁闭或解锁该车门、启用该引擎使之能够起动、以及实际起动该引擎。

这种便携设备结合有接收天线以及发射天线以执行无线通信，所述接收天线接收该车辆发射的该请求信号，所述发射天线向该车辆发射该钥匙唯一的ID码信号。便携设备所使用之天线的一个例子为图形天线。藉由在对该便携设备的无线通信元件进行支撑的基底上印刷天线图形而形成该图形天线(例如参见第7-113365号日本专利公开)。使用印刷在基底上的图形天线就可不使用独立于该基底的单独的天线元件。由此，可以较少元件来形成该便携设备。

人体会在便携设备进行无线通信时阻碍无线电波。该便携设备通常由用户放在衣服口袋中携带。由此，该便携设备与人体发生实质的接触。因此，人体会对便携设备产生干扰并降低所发射无线电波的强度。由此，即使该便携设备的图形天线试图向该车辆发射信号，因该发射的无线电波的强度降低，该发射的无线电波无法以正常的方式到达该车辆。这样，该便携设备无法以正常方式与该车辆进行无线电波的通信。由此，该便携设备难以正常工作，并且即使该用户携带便携设备，其也无法执行所需的车辆操作。该情况会困扰用户。当该用户用手拿该便携设备而该图形天线被用户的手所阻挡的情况下进行车辆操作时也会发生同样的问题。

发明内容

本发明的一个目的是提供一种用于无线通信设备的天线结构，其可改进无线通信能力。

本发明的一个方面为一种用于无线通信设备的天线结构，包括具有预定厚度的底板、支撑电子元件的第一表面、与该第一表面相对的第二表面。该天线结构包括形成在所述底板的第一表面上的第一表面图形。所述底板的第二表面上形成有第二表面图形。所述第二表面图形的至少一部分在垂直于该底板的厚度方向的方向上与该第一表面图形分开。

本发明的另一方面为一种用于同通信对象执行无线通信的无线钥匙。该无线钥匙包括当由用户操作时生成无线信号的操作单元。底板连接至该操作单元并且支撑电子元件。该底板上印刷有能够发射该无线信号的天线。该底部包括预定厚度、支撑该电子元件的第一表面、以及与该第一表面相对的第二表面。该天线包括形成在所述底板的第一表面上的第一表面图形，以及形成在所述底板的第二表面上的第二表面图形。所述第二表面图形的至少一部分在垂直于该底板的厚度方向的方向上与该第一表面图形分开。

结合附图参考下列通过实例来说明发明主旨的描述，可更清楚地了解本发明的其它方面及优点。

附图说明

参考下文现时较佳实施例的描述以及附图，可最佳地理解本发明及其目的与优点，其中：

图1为示出本发明较佳实施例的免提系统结构的示意方块图；

图2为示出设在便携设备内的底板的立体图；

图3A为示出该底板第一表面的平面图；

图3B为示出该底板第二表面的平面图；

图4为示出形成在图形天线中的间隙的示意图；

图5为示出形成在该图形天线中的另一间隙的示意图；

图6A至6D为示出其它实例基板的平面图。

具体实施方式

现参考图1～5描述根据本发明较佳实施例的无线通信设备用天线结构的较佳实施例。

参考图1，车辆1配有免提系统2，其无需执行钥匙操作来锁闭或解锁车门以及起动引擎。免提系统2从车辆1发射请求信号Srq。响应请求信号Srq，便携设备3返回ID码信号Sid，其包括便携设备3的ID码。当便携设备3的该ID码与车辆1的ID码匹配时，可对该车门进行锁闭或解锁、可启用该引擎使之能够起动、以及可实际起动该引擎。便携设备3用作无线通信设备。

免提系统2包括控制器4，其位于车辆1内且用于对免提系统2进行集中控制。控制器4连接至车外LF发射机5、车内LF发射机6、及RF接收机7。车外LF发射机5安装在车门等位置以发射低频(LF)频段的信号。车内LF发射机6安装在车身地板等位置以在车厢内发射LF频段的信号。RF接收机7设置在后视镜等位置以接收射频(RF)频段的信号。LF发射机5能够将请求信号Srq发射至形成在车辆1周围的外部通信范围内。内部LF发射机6能够将请求信号Srq发射至形成在该车厢内的内部通信范围内。

控制器4亦连接至例如设置在外门把手等位置的触摸传感器8。当用户(驾驶员)触摸该门把手以解锁该车门时，该触摸传感器进行检测。可设置在该门把手内的门锁按钮9连接至控制器4。当该用户锁闭该车门时，按压门锁按钮9。控制器4亦连接至门锁电机10，其用作当锁闭或解锁该车门时用于驱动门锁具的动力源。

便携设备3结合有无线通信机构11，其用于同车辆1进行根据该免提系统的无线通信。无线通信机构11包括通信控制单元12、LF接收机13、以及RF发射机14。LF接收机13接收该LF频段的信号，并且RF发射机14发射该RF频段的信号。LF接收机13包括LF接收天线15以及LF接收机电路16，所述LF接收天线15接收该LF频段的信号，所述LF接收机电路16解调所接收到的信号并且将该经解调之信号作为接收数据发送至通信控制单元12。RF发射机14包括RF发射机电路17以及RF发射天线18，所述RF发射机电路17调制来自通信控制单元12的通信数据，所述RF发射天线18发射包括对于便携设备3是唯一的识别(ID)码在内的ID码信号Sid。通信控制单元12、LF接收天线15、LF接收机电路16及RF发射机电路17是电子元件。

当车辆1处于停放状态(即，引擎停止且车门锁闭)，控制器4间歇地从车外LF发射机5发射该LF频段的请求信号Srq，以形成车辆1附近的该外部通信范围。当便携设备3进入该外部通信范围且LF接收机13接收该请求信号Srq时，便携设备3通过从RF发射机14返回该RF频段的ID信号Sid来响应请求信号Srq，所述ID信号Sid包括ID信号码。当RF接收机7接收ID信号Sid，控制器4对该便携设备3的ID码与控制器4中登记的ID码进行比较以执行ID校验(车外校验)。当车外校验确立时，控制器4通过在内部存储器中设置车外校验确立标志而识别该校验确立。然后，控制器4激活触摸传感器8。在车外校验确立的情况下，当触摸传感器8检测到该外门把手被触摸，控制器4驱动门锁电机10以解锁该车门。

当车辆1处于静止状态(即，引擎停止且车门未锁闭)，当检测到门锁按钮9已按动时，控制器4从车外LF发射机5发射请求信号Srq。随着便携设备3响应请求信号Srq而返回ID信号Sid，并且控制器4识别该车外校验确立，控制器4驱动门锁电机10并且锁闭该车门。

控制器4连接至引擎19以及引擎起动开关20，所述引擎19用作驱动车辆1的动力源，操作所述引擎起动开关20以起动引擎19。引擎起动开关20亦启动车内附件。当在该车外校验确立之后该车门未锁闭时，控制器4依据例如通过门控灯开关(未示)检测到的车门打开而判定驾驶员已进入车辆。这样，控制器4从车内LF发射机6发射请求信号Srq以形成该车厢内的内部通信范围。随着便携设备3进入该车内通信范围，RF接收机7接收ID信号Sid，其是作为响应请求信号Srq而发射的。然后，控制器4将其自己的ID码与便携设备3的ID码比较以执行ID校验(车内校验)。当车内校验确立时，控制器4通过在内部存储器中设置车内校验确立标志而识别该校验确立。当该驾驶员在踏下刹车板的同时操作引擎起动开关20以起动引擎19时，控制器4检查该车内校验结果。若车内校验已建立，控制器4起动多个继电器，如ACC继电器或点火(IG)继电器。然后，控制器4开始点火控制以及燃料喷射控制以起动引擎19。

车辆1包括停机防盗系统22，其通过同设置在便携设备3中的收发机21进行无线通信来执行ID校验。停机防盗系统22包括收发机钥匙线圈23，其设在车辆1中以用作执行同便携设备3的收发机通信时的天线。收发机钥匙线圈23位于方向盘附近的用于容纳便携设备3的容器24中。此外，收发机钥匙线圈23连接至控制器4。当便携设备3插入容器24时，停机防盗系统22用收发机钥匙线圈23生成驱动无线电波Sv。这样驱动了收发机21，所述收发机21发射包括代码数的收发机代码信号Str。停机防盗系统22将该收发机21的代码数与其自身的代码数比较以执行ID校验。

当检测到该驾驶员在踏下刹车板的同时操作引擎起动开关20时，控制器4检查车内校验是否在起动引擎19之前已建立。换言之，控制器4执行同免提系统2的ID校验。然而，该ID校验并不限于该方式。例如，便携设备3的电池可能耗尽。因此，当该同免提系统2的ID校验以及该同停机防盗系统22的ID校验中至少一个满足时，控制器4可判定该车内校验已建立。

当包括无线钥匙功能时，便携设备3具有锁闭开关25以及解锁开关26。操作锁闭开关25以锁闭车辆1的车门，并且操作解锁开关26以解锁车辆1的车门。当判定锁闭开关25已按动时，通信控制单元12发射RF频段的锁闭请求信号Sa以锁闭车辆1的车门，所述锁闭请求信号Sa包括锁闭请求以及便携设备3唯一的ID码。此外，当判定解锁开关26已按动时，通信控制单元12发射RF频段的解锁请求信号Sb以解锁车辆1的车门，所述解锁请求信号Sb包括解锁请求以及便携设备3唯一的ID码。锁闭开关25和解锁开关26构成操作单元。

参考图2，无线通信机构11包括底板27，其支撑与无线通信机构11相关的多个电子元件。底板27为平的矩形板，并且具有第一表面27a(图2所示的上表面)。第一表面27a支撑与无线通信机构11相关的元件，诸如通信控制单元12、LF接收天线15、LF接收机电路16及RF发射机电路17。此外，第一表面27a支撑开关触点电路，诸如锁闭开关25及解锁开关26。

LF接收天线15为三维天线，并且由独立于底板27的天线元件形成。这种类型的三维天线通过将天线电缆绕匝在线轴中或者绕线轴绕匝而形成。该线轴以这样一种状态固定至底板27，即其连接端子(+端子及-端子)电连接至底板27。LF接收天线15包括界定出三个天线轴线的总共三根天线电缆，即，X天线轴、Y天线轴以及Z天线轴。因此，LF接收天线15能够在这三个天线轴方向上接收从车辆1发射的无线电波(即请求信号Srq)。当LF接收天线15为该种三轴天线时，该三维天线可由各轴各有一个的独立的天线线轴构成，或者由多根轴公用的单个天线线轴构成。

参考图2及3，RF发射天线18为图形天线，其通过将金属板或者天线电缆直接印刷在底板27之上而构成。参考图3A及3B，本实施例中，RF发射天线18为布置在底板27的两个相对表面(及第一表面27a与第二表面27b)上的双层布线。布置在底板27的第一表面27a上的图形天线部分由第一表面图形28界定，并且布置在底板27的第二表面27b上的图形天线部分由第二表面图形29界定。第一表面图形28与第二表面图形29通过穿通底板27的通孔30互相连接。

第一表面图形28设置在底板27的四条侧边中的一条附近。本实施例中，底板27的四条侧边中，侧边31a为最靠近锁闭开关25及解锁开关26的那一条。侧边31b从侧边31a的一端(图3A中，为从侧边31a的左端)延伸。第一表面图形28设在侧边31b附近。此外，大致为L形的第一表面图形28包括沿底板27的纵向(图3A中箭头A所指的方向)延伸的较长的第一图形部32，以及沿底板27的横向(图3A中箭头B所指的方向)延伸的较短的第二图形部33。第二图形部33形成为与第一图形部32的一端成直角延伸。第一表面图形28上位于第一图形部32的一端连接至电源(未示)并且用作电源点34。第一表面图形28上位于第二图形部33的另一端连接至通孔30。

以与第一表面图形28相同的方式，第二表面图形29设置在底板27的一条侧边附近。本实施例中，第一表面图形28与第二表面图形29设置在底板27的相同侧附近。第二表面图形29包括第三图形部35、第四图形部36以及第五图形部37。第三图形部35从通孔30延伸并且相对于底板37的横向方向倾斜。更具体地，第三图形部35相对于第一表面图形28的第二图形部33倾斜，倾斜角度为锐角。第四图形部36在垂直于底板27的厚度方向上或垂直于横向的方向上平行于第一图形部32、但在与该第一图形部分开的位置上延伸。第五图形部37从第四图形部36成直角地延伸出来，并朝向与侧边31b相对的侧边延伸一段较短距离。第五图形部37上的第二表面图形29的一端连接至接地点38。

RF发射天线18中，底板27的第一表面27a上的第一图形部32与底板27的第二表面27b上的第四图形部36布置为它们之间在底板27的横向方向上有间隙39。当RF发射天线18发射信号时，第一图形部32与第四图形部36之间的间隙39有磁通通过。因此，穿过间隙39的无线电波通常指向该X轴的方向。第一图形部32与第四图形部36在底板27的横向方向上互相隔开，这样就不会在底板27的厚度方向上互相重叠。

RF发射天线18中，底板27的第二表面27b上的第三图形部35延伸为相对于底板27的第一表面27a上的第二图形部33倾斜预定角度。该预定角度为为锐角且小于90度。此外，第二图形部33与第三图形部35布置为它们之间有间隙40。当RF发射天线18发射信号时，第二图形部33与第三图形部35之间的间隙40有磁通通过。因此，穿过间隙40的无线电波通常指向该Y轴的方向。第二图形部33与第三图形部35不在底板27的厚度方向上互相重叠。

这样，RF发射天线18具有由第一图形部32与第四图形部36构成的X轴天线元件以及由第二图形部33与第三图形部35构成的Y轴天线元件。因此，RF发射天线18可用作两轴天线，并且一般以两轴的方向(即X轴方向与Y轴方向)发射ID信号Sid。

通过将底板27的第一表面27a上的第一图形部32与底板27的第二表面27b上的第四图形部36分开以形成间隙39而制成RF发射天线18的该X轴元件。从而，参见图4，有磁通通过的间隙39具有区域Sx，该区域Sx大于若第一图形部32与第四图形部36在底板27的厚度方向上重叠而形成的区域Sk。因此，可将更多的无线电波指向该X轴的方向。这改进了该RF发射天线18在X方向上的天线特性。

通过在第二图形部33与第三图形部35之间形成间隙40而制成RF发射天线18的该Y轴元件。从而，参见图5，有磁通通过的间隙40具有相当大的区域Sy。因此，可将更多的无线电波指向该Y轴的方向。这改进了该RF发射天线18在Y方向上的天线特性。

这样，RF发射天线18以两个轴的方向发射无线电波，即X轴方向与Y方向。由此，请求信号Srq以多轴的方向发射。这使得无线电波的发射范围要比单轴方向发射的无线电波发射范围广。因此，RF发射天线18具有较高的天线性能。此外，第一图形部32与第四图形部36之间的间隙39形成该X轴天线元件，并且第二图形部33与第三图形部分35之间的间隙40形成该Y轴天线元件。由此，RF发射天线18具有形成在两个轴方向上的天线特性，并且各轴的无线电波强度为高。这使得RF发射天线18的天线能力提升到相当高的水平。

便携设备3可由用户放在衣物口袋中携带，于是其有时会与人体发生实质接触。这样，若便携设备3在执行同车辆1的无线通信时与人体发生实质接触，这会削弱所生成的无线电波。然而，该图形天线中(或RF发射天线18)形成的间隙39与40增大了便携设备3所生成的无线电波的强度。这防止了便携设备3的无线电波的强度过低。此外，即使便携设备3由用户手持时，可防止便携设备3同车辆1进行无线通信时发生错误。由此增进了便携设备3的无线通信能力。

本较佳实施例具有如下优点。

(1)通过在底板27的第一表面27a与第二表面27b上布置图形天线而形成RF发射天线18。将第一图形部32与第四图形部36沿与底板27的厚度方向垂直的方向分开以形成间隙39，所述间隙39构成RF发射天线18的X轴天线元件。布置第二图形部33与第三图形部35以形成间隙40，所述间隙构成RF发射天线18的Y轴天线元件。这显著地增加了两轴天线RF发射天线18的天线性能，并且增加RF发射天线18所生成无线电波的强度。由此，当便携设备3同车辆1进行无线通信时，可防止在无线通信期间发生错误。这增进了便携设备3的无线通信能力。

(2)为了改进RF发射天线18的无线电波发射强度，可改变图形天线的布置以形成间隙39及间隙40。因此，可通过该图形天线的简单变化而增大RF发射天线18的无线电波强度。

(3)RF发射天线18(图形天线)沿侧边31b布置，而不是最靠近便携设备3的锁闭开关25与解锁开关26的底板27的侧边31a。由此，当用户手持便携设备3且操作锁闭开关25或解锁开关26时，操作锁闭开关25或解锁开关26的手指，或者握持便携设备的手指不会阻挡RF发射天线18。这防止了便携设备3所生成无线电波的强度发生衰减，若用户的手指阻挡所述便携设备3时可能发生上述衰减。因此，RF发射天线18的布置能确保有效地获得较高的无线通信能力。

(4)RF发射天线18中沿底板27的平面方向形成有间隙40。无线电波被指向经过间隙40的方向。由此，该无线电波是以垂直于底板27的方向发射，即图3的Y轴方向。

凡本技术领域的技术人员应清楚，可以许多其它的具体形式来实现本发明而不脱离本发明的精神及范围。具体地，应理解本发明可以下列形式实现。

间隙40不必由第一表面图形28与第二表面图形29形成。例如，参考图6A，可仅由底板27的第一表面27a与第二表面27b中的一个(图6A中的底板27的第二表面27b)形成间隙40。

间隙39与40都不必包括在RF发射天线18中。例如，如图6B所示，RF发射天线18可形成为仅包括间隙39。或者，如图6C所示，RF发射天线18可形成为仅包括间隙40。这样，间隙40不必位于第一图形部32的一端，而可位于任何位置，诸如图形部的中间位置。

RF发射天线18形成在平的且为矩形板的底板27上，并且沿底板27的长侧边布置。然而，RF发射天线18的布置并不限于该方式。例如，如图6D所示，RF发射天线18可布置为沿该底板的短侧边。总之，该RF发射天线的位置并不受任何方式的限制。

RF发射天线18并不限于在两轴方向上发射无线电波的两轴天线。例如，RF发射天线18可为在三轴方向上发射无线电波的三轴天线或者在单轴方向上发射无线电波的单轴天线。

当RF发射天线18为两轴天线时，无线电波被指向的方向并不限于该X轴方向以及Y轴方向。无线电波可被指向为方向的任意组合。

便携设备3(底板27)不必为矩形，例如可为正方形或圆形。

该免提系统的应用并不限于车辆1。例如，免提系统2可用于房屋的门锁设备。总之，该免提系统可用于任何对象。

该布置在底板27的两个表面上的图形天线不必为发射天线，而可为接收天线。

用于锁闭及解锁车门的免提系统2可如此作用，即，当便携设备3靠近车辆1时，其自动地解锁车门，以及当便携设备3离开车辆1时，其自动地锁闭车门。

该免提功能以及遥控功能都不必包括在便携设备3中。便携设备3可仅设置由这些功能中的一个。

在此提出的实例以及实施例应认为是阐述性的而非限制性的，并且本发明并不限于在此所给出的细节，而是可在所附权利要求书的范围及等同物之内修改。

Claims (11)

1、一种用于无线通信设备的天线结构(18)，包括具有预定厚度的底板(27)、支撑电子元件的第一表面(27a)、与该第一表面相对的第二表面(27b)，该天线结构包括：

形成在所述底板的第一表面上的第一表面图形(28)；以及

形成在所述底板的第二表面上的第二表面图形(29)，其中所述第二表面图形的至少一部分在垂直于该底板的厚度方向的方向上与该第一表面图形分开。

2、如权利要求1所述的天线结构，其中该第二表面图形的至少一部分在垂直于所述底板厚度方向的方向上与该第一表面图形分隔开的位置平行于该第一表面图形延伸。

3、如权利要求1或2所述的天线结构，其中该第二表面图形的至少一部分延伸为相对于该第一表面图倾斜成锐角。

4、如权利要求1所述的天线结构，其中：

该第一表面图形包括第一图形部(32)，以及从该第一图形部延伸出的、与之成直角的第二图形部(33)；以及

该第二表面图形包括连接至所述第一表面图形之第二图形部的第三图形部(35)，以及从该第三图形部延伸的第四图形部(36)，所述第三图形部延伸为相对于该第二图形部倾斜成锐角，并且所述第四图形部在垂直于所述底板厚度方向的方向上与该第一图形部分隔开的位置平行于该第一图形部延伸。

5、如权利要求1所述的天线结构，其中：

该第一表面图形包括第一图形部；及

该第二表面图形包括连接至所述第一表面图形之第一图形部的第二图形部、从该第二图形部延伸的第三图形部、以及从该第三图形部延伸的第四图形部，所述第二图形部相对于该第一图形部成大致直角地延伸，所述第三图形部延伸为相对于该第二图形部倾斜成锐角，并且所述第四图形部在垂直于所述底板厚度方向的方向上与该第一图形部分隔开的位置平行于该第一图形部延伸。

6、如权利要求1所述的天线结构，其中该第一表面图形包括第一图形部以及从该第一图形部延伸的第二图形部，所述第二图形部延伸为相对于该第二图形部倾斜成锐角。

7、一种用于同通信对象执行无线通信的无线钥匙(3)，该无线钥匙包括：

当由用户操作时生成无线信号的操作单元(25，26)；

底板(27)，其连接至该操作单元并且其支撑电子元件(12、15、16、17)；

印刷在该底板上的天线(18)，其能够发射该无线信号；

其中该底部包括预定厚度、支撑该电子元件的第一表面(27a)、以及与该第一表面相对的第二表面(27b)；以及

该天线包括形成在所述底板的第一表面上的第一表面图形(28)，以及形成在所述底板的第二表面上的第二表面图形(29)，其中所述第二表面图形的至少一部分在垂直于该底板的厚度方向的方向上与该第一表面图形分开。

8、如权利要求7所述的无线钥匙，其中该天线形成在该底板上在所述底板厚度方向上与所述天线分隔开的位置处。

9、如权利要求7所述的无线钥匙，其中该第二表面图形的至少一部分在垂直于所述底板厚度方向的方向上与该第一表面图形分隔开的位置平行于该第一表面图形延伸。

10、如权利要求7～9中任一项所述的无线钥匙，其中该第二表面图形的至少一部分延伸为相对于该第一表面图形成锐角地倾斜。

11、如权利要求7或8所述的无线钥匙，其中：

该第一表面图形包括第一图形部(32)，以及从该第一图形部延伸出的、与之成直角的第二图形部(33)；以及

该第二表面图形包括连接至所述第一表面图形之第二图形部的第三图形部(35)，以及从该第三图形部延伸的第四图形部(36)，所述第三图形部延伸为相对于该第二图形部倾斜成锐角，并且所述第四图形部在垂直于所述底板厚度方向的方向上与该第一图形部分隔开的位置平行于该第一图形部延伸。

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