CN102349196B - 缝隙天线、电子装置和缝隙天线的制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了利用较小的安装空间得到具有多谐振的缝隙天线、电子装置以及制造缝隙天线的方法，该缝隙天线设有三个导体板：矩形导体板(10)，其具有缝隙，该缝隙具有形成在该导体板(10)一边上的开口端；矩形导体板(20)，其被配置为面对导体板(10)；以及矩形导体板(30)，其将导体板(10)和导体板(20)连接在与该开口端相对的导体板(10)的一边上。该缝隙天线也设有馈电线(40)，该馈电线(40)将芯线和接地线连接在横跨该切口的两点处。

Description

缝隙天线、电子装置和缝隙天线的制造方法

技术领域

本发明涉及缝隙天线和电子装置，更具体而言，涉及具有多谐振特性的缝隙天线、包括该缝隙天线的电子装置、以及该缝隙天线的制造方法。

背景技术

近来，随着便携式无线终端的小型化和薄型化，已经公开了一些使用金属制的壳体来确保该终端刚度的技术。

此外，随着便携式无线终端近来的小型化和薄型化，安装在便携式无线终端内的无线功能的数目逐渐增多，并且越来越复杂。这会导致当各天线与金属之间的距离因天线安装空间的限制而变得非常近时，有必要将多个天线安装在小且薄的壳体中。一般地，如果将金属配置在天线附近，则该天线的性能会显著恶化，这会导致该天线失去无线终端这个功能的问题。

为了解决上述问题，公开了在金属壳体中形成细长的切口(缝隙)，并且使该缝隙能够作为天线操作的技术，与即使将天线配置在金属附近，也使该天线能够操作的技术一样。缝隙天线通常具有窄带特性。因此，通过使用多个狭缝来产生多谐振以实现宽带的技术是公知的。

专利文献1公开了一种天线装置，该天线装置具有多个狭缝，该形成在该天线装置中以实现多谐振特性。专利文献1中所公开的天线由切口天线和寄生切口天线构成，其中该切口天线具有形成在衬底到边缘范围内的切口，该寄生切口天线略短于该切口天线，并且具有形成为与该切口天线平行的切口。

在专利文献2中，两片导体板被设置为彼此面对，并且这两片导体板经由另一导体板被连接在其一边上。这两片导体板之一具有间隙部(缝隙)，其中该间隙部具有开口端，该开口端形成在与被连接到另一导体板的边相对的一边上。电容C1和C2被配置在夹持该间隙部的位置处，并且被连接在这两片导体板之间。专利文献2中所公开的天线在导体板的间隙部两边上的区域中实现了两次谐振，并且通过电容C1和C2调节该谐振，其中该导体板具有间隙部。

引用列表

专利文献

[专利文献1]日本未审查专利公开号No.2004-056421

[专利文献2]日本未审查专利公开号No.09-162634

发明内容

技术问题

但是，专利文献1中所公开的技术具有这样的问题，即天线的安装空间因配置有多个狭缝而增大。专利文献1中所公开的天线具有通过电磁耦合其中一个缝隙而操作的结构。在该结构中，天线的特性随两个缝隙之间的距离发生很大的变化，这便造成难以调节该特性的问题。此外，专利文献2中所公开的天线具有微带天线结构，并且专利文献2中所公开的各个缝隙都不作为天线来工作。因此，为了使该结构能够作为天线来工作，必须在形成天线元件的导体板周围设置一些空间。因此，便会存在天线的安装空间增大，以及难以将专利文献2中所公开的天线施加到金属壳体这样的问题。

鉴于上述，为了解决上述问题而实施了本发明，并且本发明的目的是提供能够利用较小的安装空间获得多谐振的缝隙天线、电子装置以及制造该缝隙天线的方法。

问题的解决方案

根据本发明第一方面的缝隙天线包括：第一矩形导体板，该第一矩形导体板具有切口，该切口具有形成在该导体板一边上的开口端；第二矩形导体板，该第二矩形导体板被配置为面对该第一导体板；第三矩形导体板，该第三矩形导体板将该第一导体板和该第二导体板连接在与该开口端相对的一边上；以及馈电线，该馈电线将芯线和接地线连接在横跨该切口的两点处。

根据本发明第二方面的电子装置包括：根据第一方面的缝隙天线；以及壳体，该壳体容纳该缝隙天线。

根据本发明第三方面的用于制造该缝隙天线的方法包括以下步骤：在导体板的一边上形成具有开口端的切口；以及形成缝隙天线，该缝隙天线包括第一导体板、第二导体板和第三导体板，该第一导体板通过加工该导体板以形成该切口并且在横跨该切口的两点处设置连接芯线和接电线的馈电线而形成，该第二导体板被配置为面对该第一导体板，该第三导体板连接该第一导体板和该第二导体板。

本发明的有益效果

根据本发明，可以提供利用较小的安装空间获得多谐振的缝隙天线、电子装置以及制造该缝隙天线的方法。

附图说明

图1是根据第一示例性实施例的缝隙天线的概要试图；

图2是根据第一示例性实施例的缝隙天线的概要试图；

图3是示出根据第一示例性实施例的馈电线的连接视图；

图4是是根据第一示例性实施例的缝隙天线的概要试图；

图5是示出根据第一示例性实施例的输入阻抗特性的视图。

图6是根据第二示例性实施例的缝隙天线的概要试图；

图7是根据第三示例性实施例的缝隙天线的概要试图；

图8是根据第四示例性实施例的电子装置的概要试图；

图9是根据第五示例性实施例的电子装置的概要试图；

图10A是示出用于组装根据第五示例性实施例的电子装置的方法的视图；

图10B是示出用于组装根据第五示例性实施例的电子装置的方法的视图；

图11A是示出用于组装根据第五示例性实施例的电子装置的方法的视图；

图11B是示出用于组装根据第五示例性实施例的电子装置的方法的视图；

图12A是示出用于组装根据第五示例性实施例的电子装置的方法的视图；

图12B是示出用于组装根据第五示例性实施例的电子装置的方法的视图。

具体实施方式

(第一示例性实施例)

下面将参考附图描述本发明的示例性实施例。图1是示出根据本发明第一示例性实施例的缝隙天线的结构视图。图2是当从图1中箭头“A”的方向观看时，根据本发明第一示例性实施例的缝隙天线的视图。根据本发明第一示例性实施例的缝隙天线包括导体板10至30以及馈电线40。

导体板10设置有馈电线40，并且具有细长的切口(以下被称作“缝隙”)。该缝隙形成在导体板10的一边上，并且具有开口端。本文假设该缝隙的宽度远远小于该缝隙的长度d1，并且用d2表示与狭缝的长度处于同一方向的导体板10的一边长。

导体板20被配置为面对导体板10。在此，导体板10和导体板20的每一者具有任意的尺寸。在假设导体板10和导体板20具有相同尺寸的情况下，描述本发明的第一实施例。

导体板30被配置为将导体板10和导体板20连接在与形成缝隙的开口端的边相对的一边上。

接着，将参考图3描述馈电线40的连接构造。馈电线40由特征阻抗为50Ω的同轴电缆形成。芯线41和充当外表面的接地导体42被焊接在横跨该缝隙的两点处。假设被焊接的位置与馈电位置对应，则用到缝隙的开口端的距离L来表示馈电位置。期望馈电位置满足Z0×cos²(2πL/λg)＝50。当满足该公式时，才能够实现天线与RF电路(未示出)之间的阻抗匹配。在此，取Z0≈487(Ω)，其中λg表示与频率的一个波长相对应的电长度，该频率的1/4波长等于长度d1。

接着，将描述根据第一实施例的缝隙天线的操作。通过从馈电线40中供给的电力来激发缝隙周围的电流，从而产生驻波，该驻波在缝隙的开口端的边上具有最大的电场，并且在缝隙的短路端的边上具有最小的电场。该谐振频率是其1/4波长等于缝隙长度d1的频率。产生另一谐振，使得沿由导体板10、20和30所形成的U形腔室结构激发电流，并且产生驻波，使其在U形结构的开口端的边上具有最大电场，并且在配置导体板30的边上具有最小的电场。该谐振频率是其1/4波长等于距离d2的频率，其中d2是导体板10的其上形成有缝隙开口端的边到导体板30之间的距离。

归因于缝隙的谐振与在缝隙宽度方向上具有电场成分的谐振模式相对应。归因于腔室结构的谐振与在相对的导体板10与20之间的空间方向上具有电场成分的谐振模式相对应。这两种谐振模式的电场彼此正交，并且这两种模式不会彼此干扰。这便提供了能够各自调节谐振频率并且能够在较短的周期内完成该调节操作的优点。

现在，将具体描述导体板10至30的配置。导体板10和导体板20可以被配置为彼此大致平行。使用了术语“大致”，这是因为在实际天线的形成过程中，并不要求严格意义上的平行状态。上述的导体板10和导体板20具有相同的尺寸，但是导体板的尺寸并不限于此。导体板10可以大于导体板20。至于其上形成有缝隙天线的开口端的边与导体板20的边之间的位置关系，期望其上形成有缝隙开口端的边与导体板20的边平齐，或者投影到导体板20的边的外侧。

尽管导体板30具有如图1所示的板状结构，但是导体板30的结构并不限于此。导体板30可以由弹性导电材料，如垫片制成，并且可以被构造为使得导体板10和20电导通。可替换地，导体板30可以具有其中将多个细长的棒状金属片分散配置在多个位置处以连接导体板10和20的结构。在此情况下，期望被连接的导体板之间的间距小于等于与谐振频率相对应的波长的1/10。可以通过在这导体板10和20上焊接细长的棒状金属来连接这两个导体板。可以通过将弹性金属如板簧压向导体板来使导体板10和20电导通。优选将导体板30至少配置在导体板10和20的其中一者的长边的上端到形成狭缝的位置的范围内，使得导体板10和20能够被电导通。

如图1所示，导体板30被连接到矩形导体板10和20的每一者的长边，但是可以将导体板30连接到导体板10和20的每一者的侧表面部分。

此外，如图4所示，导体板30可以具有L形，并且可以被配置为连接到导体板10和20的每一者的长边和短边。

图5示出了根据本发明第一示例性实施例的缝隙天线的输入阻抗特性。纵轴表示从天线中反射的功率大小，并且横轴表示频率。本文假设图中所示的特性曲线的谷底代表天线的谐振频率。在图1所示的天线结构中，缝隙的长度d1与腔室结构的长度d2之间的关系表示为d1＜d2。因此，位于低频率侧上的谐振频率f2由腔室结构的长度d2决定，并且位于高频率侧上的谐振频率f2由缝隙的长度d1决定。

如上所述，根据本发明第一示例性实施例的缝隙天线的使用能够产生归因于缝隙部分作用的谐振和归因于腔室结构作用的谐振，其中该腔室结构由导体板10至30形成，从而实现了多谐振。本发明的天线具有其中腔室结构只有一个缝隙的简单结构，从而利用较小的安装空间实现了多谐振天线。此外，利用根据本发明的天线结构所得到的两种谐振模式不会彼此干扰，这有利于对谐振频率的调节。

此外，导体板30被形成为L形，并且被配置为连接到导体板10和20的长边和短边。该结构充当了屏蔽壁，用以减少天线与各种电路之间的电磁干扰，从而确保良好的天线操作，以及周边装置和各种电路的良好操作。

(第二示例性实施例)

接着将参考图6，描述根据本发明第二示例性实施例的缝隙天线的操作。馈电线40与图1所示的类似，因此忽略其描述。根据本发明第二示例性实施例的缝隙天线具有缝隙弯曲90°成L形的特征。其它构件与第一示例性实施例中的构件类似。

假设从开口端开始朝导体板30的方向延伸的切口的长度用d3表示，并且平行于导体板30延伸的切口的长度用d4表示。在此情况下，在其1/4波长等于用d3+d4表示的距离的频率处，产生了谐振。产生另一谐振，使得沿导体板10、20和30所形成的U形腔室结构激发电流，并且产生驻波，使其在U形结构的开口端的边上具有最大的电场，并且在配置导体板30的边上具有最小的电场。该谐振频率是其1/4波长等于距离d2的频率，其中d2是导体板10的其上形成有缝隙开口端的边到导体板30之间的距离。

如上所述，根据本发明第二示例性实施例的缝隙天线的使用能够产生归因于缝隙部分作用的谐振和归因于腔室结构作用的腔室，其中该腔室结构由导体板10至30形成，从而实现了多谐振。此外，在两次谐振中，归因于缝隙的谐振具有较低的频率，这是因为缝隙的长度可以被增加。

(第三示例性实施例)

接着将参考图7，描述根据本发明第三示例性实施例的缝隙天线的操作。馈电线40与图1所示的类似，因此忽略其描述。根据本发明第三示例性实施例的缝隙天线具有这样的特征，即具有开口端的另一切口形成在该切口附近的边上，而不是形成在被连接到第三导体板的一边以及具有开口端的一边上。新形成的缝隙用以调节长度d2。也就是说，当考虑到该切口的长度d5时，距离d2表示为d2+2×d5。结果，在其1/4波长等于用d2+2×d5所表示的距离的频率处，产生了谐振。

如上所述，根据本发明第三示例性实施例的缝隙天线的使用在不影响归因于缝隙的谐振的情况下，能够通过使用新设置的切口调节维度，来任意调节通过由导体板10至30形成的结构所得到的谐振频率。在将该示例性实施例的天线结构施加到电子装置的情况下，可以将构成电子装置的金属构件，诸如由金属和用以保持强度的金属板制成的框架与天线结合起来使用。如果在与天线结合起来使用的这些金属构件的位置上发生了设计变更，则天线的谐振频率也会随装置的设计和安装条件发生很大的改变。结果，不能得到所期望的谐振频率。另一方面，在本示例性实施例中，切口的使用提供了以下优点：可以根据电子装置的设计变更来适当地调节切口的位置和长度，从而容易得到所期望的谐振频率。

(第四示例性实施例)

接着将参考图8，描述根据本发明第四示例性实施例的电子装置的结构。根据本发明第四示例性实施例的电子装置包括：显示部100；显示壳体110，该显示壳体110由金属制成，并且包括沿显示部100周围延伸的框架；主体壳体140，该主体壳体140由金属制成，并且包括键盘输入部130；铰链部120，该铰链部120能够在显示壳体110与主体壳体140彼此面对的方向上旋转操作；以及缝隙天线150和160，该缝隙天线150和160分别被配置在显示壳体110的左侧和右侧。

缝隙天线150和160分别以根据上述第一至第三示例性实施例的任一模式而形成。缝隙天线150和160可以相同的模式或者不同的模式形成，或者可以与第一至第三示例性实施例的结合体相对应的模式形成。导体板10至30是本发明的缝隙天线的构件，可以包含在电子装置中，作为该缝隙天线的构件。可替换地，可以将导体板10至30与该电子装置的金属构件结合起来使用。例如，也可以将用于保持液晶显示器(LCD)的金属框架用作导体板30。作为另一示例，也可以将金属制的用于保持显示壳体强度的顶板用作导体板10或20。

缝隙天线150和160可以不包含在显示壳体110中，而是包含在主体壳体140中，或者可以包含在显示壳体110和主体壳体140两者中。

铰链部120也能够操作，用以使显示壳体110和主体壳体140彼此接触配置，使得显示部100与键盘输入部130彼此面对。铰链部120也能够操作，用以使其上未形成显示部100的显示壳体110的表面，例如显示壳体110的后表面与键盘输入部130接触配置，从而使显示壳体110以所谓的图形输入板(tablet)的方式打开。

当缝隙天线包含在金属制成的显示壳体110中时，RF电路(未示出)向设置在显示壳体110中的缝隙天线供应电力，并且该缝隙天线被激发，并且在其1/4波长等于缝隙长度的频率处产生了谐振。由构成缝隙天线的导体板10至30所形成的结构在其1/4波长等于距离d2的频率处产生了谐振。被天线激发的电流流经该天线和整个金属壳体，并且金属壳体本身充当放射导体，使得电流成了放射源。该放射源在配置有缝隙的边上具有指向性。将通过改变各天线的指向性而得到的多个缝隙天线安装在一装置中，该装置可以形成具有沿任意方向的指向性的天线。

接着将参考图9，描述当从图8中的“B”方向观看时，显示壳体110的概要视图。显示壳体110包括显示部100、各自包括缝隙的金属板170和171、金属板180和181、以及框架190和191。金属板170和171分别与图1中所示的导体板10对应。金属板180和184分别与图1中所示的导体板20对应。金属板190和191分别与图1中所示的导体板30对应。

金属板170和180被配置为彼此面对，并且框架190被连接在金属板170和180之间。类似地，金属板171和181被配置为彼此面对，并且框架191被连接在金属板171和181之间。具有缝隙的金属板171被配置在其上形成有显示部100的表面上，具有缝隙的金属板170被配置在显示部100的底面侧上。金属板170和171分别被配置在显示部100的左、右侧上。

当以图形输入板的方式打开显示壳体110时，具有缝隙的金属板171操作，使得相对的金属板181阻隔主体壳体140内金属的作用。因此，具有缝隙的金属板171能够在不受主体壳体140内金属的影响的情况下操作。当闭合显示壳体110的显示部100以便存放时，例如当闭合显示部100使得显示部100与键盘输入单元130彼此面对时，具有缝隙的金属板170操作，使得相对的金属板180阻隔主体壳体140内金属的作用。因此，具有缝隙的金属板170能够在不受主体壳体140内金属的影响的情况下操作。

甚至当打开或闭合、或者以图形输入板的方式打开显示壳体时，新产生的谐振电路也不会受到主体壳体140内金属的影响，其中该新产生的谐振电路由金属板170、金属板180和框架190形成，或者由金属板171、金属板181和框架191形成。

金属板170和171的缝隙被形成为例如具有相同的维度和相同的形成，藉以获得相同的特性，其中金属板170和171分别被配置在显示部100的左、右侧。这使得电子装置能够服从高速大容量无线通信，诸如利用多个天线发送和接收数据的MIMO(多输入多输出)。金属板170和171的缝隙的维度和形状等可以被设置为彼此不同，藉以获得具有不同特性的天线，这便使得电子装置服从多个无线频带，其中金属板170和171分别被配置在显示部100的左、右侧上。

如上所述，根据本发明第四示例性实施例的电子装置的使用在不损害电子装置中的无线功能的情况下，使能服从多个无线频带的通信，其中该电子装置包括设有缝隙天线和沿各方向发生变化的显示壳体110。本发明的第四示例性实施例已经描述了这样的结构，即将其中一个金属板配置在显示部100的一侧上，并且将另一个金属板配置在其后表面侧上，其中这两个金属板分别具有缝隙。可替换地，可以将分别具有缝隙的金属板仅配置在显示部100的一侧上，或者仅配置在其后表面侧上。进一步可替换地，可以将单个金属板配置在显示部100的一侧上或者其后表面侧上。(第五示例性实施例)

接着将参考图10至图12，描述用于组装根据本发明第五示例性实施例的电子装置的方法。图10A和图10B分别示出了当在显示壳体110(其为金属壳体)的顶板200中直接形成缝隙210时的组装方法。图10A是当从显示壳体110的前方观看时的概要图，并且10B是当从顶部观看时(当从图8中的“B”方向观看时)的显示壳体的剖视图。同样的方法适用于图11A和图11B以及图12A和图12B。

首先，将金属制的金属框架220安装到顶板200，其中顶板200由金属制成，并且设有细长的缝隙210，并且将金属制的框架230安装到顶板200的外缘部。

接着，将金属板240配置为面对缝隙210。沿安装导向板231放置金属板240，并且经由金属板240的螺钉孔用螺钉250将金属板240拧到金属框架220。

然后，将用于保护显示部100的保护面板260安装到金属板240和显示部100的每一者上，并且将树脂制的装饰性层压板270配置到金属制的顶板200上，以覆盖缝隙210。

图11A和图11B分别示出了当将缝隙配置在显示部一侧上时的组装方法的示例。

首先，将金属制的金属框架220安装到金属制的顶板200，并且将树脂制的框架230安装到顶板200的外缘部。

接着，通过沿安装导向板231放置金属板(缝隙天线模块)211而将其配置为面对顶板200，其中金属板211中形成有缝隙。可以使用诸如板簧或者弹簧销之类的触点280，使得缝隙天线模块211和金属制的顶板200电导通。缝隙天线模块211可以安装有如图10B所示的螺钉。

接着，将用于保护显示部100的保护面板260连接到缝隙天线模块211上，其中缝隙天线模块211中形成有缝隙。

图12A和图12B分别示出了用于将缝隙天线安装到树脂制的显示壳体110内的示例性方法。将缝隙天线模块290沿安装导向板221放置，并将其拧到树脂制的框架221和230中，其中缝隙天线模块290通过将金属板弯曲成图1所示形状的缝隙而获得。其它组装方法与图10A和图10B以及图11A和图11B中所示的组装方法类似。

注意：本发明并不限于以上示例性实施例，但是可以在不脱离本发明范围的情况下，适当地进行修改。

已经参考示例性实施例描述了本发明，但是本领域的技术人员应该理解，本发明并不限于以上实施例，在本发明的范畴之内，可以各种方式对本发明的结构和细节进行修改。

本申请基于并要求2009年3月30日提交的、公开号为No.2009-081476的日本专利申请的优先权，在此通过引用将其包含在本说明书中。

标号列表

10、20、30 导体板

100 显示部

110 显示壳体

120 铰链部

130 键盘输入部

140 主体壳体

150、160 缝隙天线

170、171、180、181 金属板

190、191 框架

200 顶板

210 缝隙

211 缝隙天线模块

220 金属框架

221 树脂框架

230 树脂框架

231 安装导向板

240 金属板

250 螺钉

260 保护面板

270 装饰性层压板

280 弹簧

290 缝隙天线模块

Claims (9)

1.一种缝隙天线，其包括：

第一矩形导体板，所述第一矩形导体板具有切口，所述切口具有形成在所述导体板一边上的开口端；

第二矩形导体板，所述第二矩形导体板被配置为面向所述第一导体板；

第三导体板，所述第三导体板将所述第一导体板上与所述切口的所述开口端相对的一边和所述第二导体板对应的一边进行连接，三个导体板连接成一U形腔室结构；以及

馈电线，所述馈电线将芯线和接地线连接在横跨所述切口的两点处，其中

所述切口形成在所述第一导体板的长边的末端附近，并且

产生了在第一频带的中心频率处发生谐振的驻波和在第二频带的中心频率处发生谐振的驻波，所述第一频带的中心频率的1／4波长等于形成在所述第一导体板中的所述切口的长度，所述第二频带的中心频率的1／4波长等于所述第一导体板中未形成切口的边的长度。

2.根据权利要求1所述的缝隙天线，其中

形成在所述第一导体板中的所述切口具有等于1／4波长的长度，其中所述波长与第一频带的中心频率相对应，以及

所述第一导体板的短边具有等于1／4波长的长度，其中所述波长与第二频带的中心频率相对应。

3.根据权利要求1所述的缝隙天线，其中形成在所述第一导体板中的所述切口呈L形。

4.根据权利要求1所述的缝隙天线，其中所述第一导体板具有另一切口，所述另一切口具有开口端，所述开口端形成在所述切口附近的边上，而不是形成在被连接到所述第三导体板的边上和具有所述开口端的边上。

5.一种电子装置，其包括：

根据权利要求1所述的缝隙天线；以及

壳体，所述壳体容纳所述缝隙天线。

6.根据权利要求5所述的电子装置，其中所述壳体容纳M(M是大于等于2的整数)个所述缝隙天线，并且至少一个缝隙天线的切口和另一缝隙天线的切口形成在不同的平面上。

7.根据权利要求5所述的电子装置，其中所述壳体容纳M(M是大于等于2的整数)个所述缝隙天线，并且所述M个缝隙天线的切口形成在同一平面上。

8.根据权利要求5所述的电子装置，还包括显示部，所述显示部包括显示屏，其中

所述缝隙天线被配置在所述显示部周围。

9.一种用于制造缝隙天线的方法，其包括以下步骤：

在导体板的一边上形成具有开口端的切口；以及

形成缝隙天线，所述缝隙天线包括第一导体板、第二导体板和第三导体板，所述第一导体板通过加工所述导体板以形成所述切口并且通过在横跨所述切口的两点处设置连接芯线与接地线的馈电线而形成，所述第二导体板被配置为面对所述第一导体板，所述第三导体板将所述第一导体板上与所述切口的所述开口端相对的一边和所述第二导体板对应的一边进行连接，三个导体板连接成一U形腔室结构，其中

所述切口形成在所述第一导体板的长边的末端附近，并且

产生了在第一频带的中心频率处发生谐振的驻波和在第二频带的中心频率处发生谐振的驻波，所述第一频带的中心频率的1／4波长等于形成在所述第一导体板中的所述切口的长度，所述第二频带的中心频率的1／4波长等于所述第一导体板中未形成切口的边的长度。