CN103247844A - 无线终端装置的天线系统 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种无线终端装置的天线系统,其用于提高700MHz附近的增益。显示器机壳具备导电性区域(55)和非导电性区域(53a)。构成倒F形的天线的激励元件(203)被配置在非导电性区域(53a)中。在显示器机壳中设置了作为照相机或者麦克风的ESD对策的ESD导体(150)。ESD导体的一部分与导电性区域(55)连接。ESD导体使气体放电的静电电荷在导电区域放电,同时进行高次谐波共振,在与激励元件之间交换电磁波能量,提高激励元件的增益。

Description

无线终端装置的天线系统
技术领域
本发明涉及适用于无线WAN的低频带的天线系统。
背景技术
笔记本型便携式计算机(以下称为笔记本PC)因为WiMAX、无线LAN(Wireless Local Area Network)以及无线WAN(Wireless Wide Area Network)等多个无线通信方式而搭载了多个天线。笔记本PC通过利用便携式电话的通信网而构建的无线WAN进行数据通信。在北美的便携式电话用频带中主要存在3G(3rdGeneration)的PCS(Personal Communications Service)频带和蜂窝频带。PCS使用1900MHz频带。蜂窝频带使用了850MHz频带。另外,在欧洲的便携式电话用频带中,主要使用GSM900/1800MHz频带(GSM注册商标)以及UMTS2100MHz频带。
并且,在700MHz频带中,开始了基于4G(4thgeneration)的LTE(LongTerm Evolution)通信标准的便携式通信服务。在美国,提供了Verizon Wireless公司使用750MHz频带(747MHz~787MHz),AT&T公司使用700MHz频带(704MHz~746MHz)的LTE的服务。并且,在欧洲Vodafone公司预计提供使用了790MHz频带(790MHz~862MHz)的LTE的服务。
专利文献1公开了由激励器和两个1/4波长天线构成的双频带天线。激励器由在基本频率和高频共振频率下共振的双极天线构成。一方的1/4波长天线由在基本频率下共振的倒L型双极天线构成,另一方的1/4天线由在n次的高次谐波共振频率下共振的倒L型双极天线构成。
专利文献2公开了如下技术:在天线的附近配置了用于对接口连接器进行静电放电的金属板时,减轻了由于金属板与天线的基准电位成为相等电位而导致天线增益降低。在专利文献3中也同样公开了防止将用于应对静电的大地部配置在天线附近时天线特性的劣化的技术。
天线共振频率越低元件越长因此大型化。另外,对于共振帧频率在无法确保足够元件长度的情况下,增益降低。在采用使用700MHz频带的LTE的情况下元件长度变得更长。在笔记本PC中,为了在使用时得到良好的电波特性,在显示器外壳的边缘部的内侧安装天线。在显示器外壳边缘部,除了天线以外,还安装了照相机、麦克风以及用于对键盘表面进行照明的LED等。因此,产生了在到目前为止对于无线WAN的天线赋予的空间中,无法对700MHz附近的频率确保足够的增益的问题。
但是,由于静电放电(ESD:electro-static discharge)通过显示器外壳的开口从外部流入的浪涌电流可能导致安装了照相机以及麦克风的电路基板损坏,因此采取了ESD对策。电路基板的ESD对策可以通过对电路基板的ESD脆弱的区域覆盖作为避雷器的导电性薄片来实现。
导电性薄片通过与电路基板连接的信号线的屏蔽,与母板的接地面连接。存在于天线附近的被维持在大地电位的导体有可能对天线的电波特性造成不良影响。因此,考虑尽量离开与导电性薄片连接的屏蔽线或导电体地配置天线。
这种情形也符合在专利文献2、专利文献3中认为ESD对策的导电体使天线性能降低。并且,针对在天线附近配置的设备的ESD对策也进一步限制天线的大小,成为无法充分确保700MHz附近的频带的增益的主要原因。本发明提供解决这样问题的天线系统。
专利文献1:日本特许第4121799号公报
专利文献2:日本特开2007-174540号公报
专利文献3:日本特开2007-201908号公报
发明内容
本发明的目的在于提供一种能够设置在无线终端装置的狭窄空间中的天线系统。本发明的目的还在于提供能够提高700MHz频带的增益的天线系统。本发明的目的还在于提供能够兼顾ESD对策的强化和天线的小型化的天线系统。本发明的目的还在于提供搭载了这样的天线系统的无线终端装置以及电波的接收方法。
本发明的第一方式提供一种收容在无线终端装置的机壳内的天线系统。天线系统具有从供电电缆供给高频电力的第一激励元件;构成机壳一部分的导电性区域;以及与所述导电性区域电连接,配置在第一激励元件的附近以便能够与第一激励元件之间交换电磁波能量的导体元件。与导电性区域连接的导体元件作为与第一激励元件相对的非激励元件而发挥作用,能够提高天线系统的增益。
导体元件能够将避雷元件和导电性区域连接。与通过屏蔽电缆将避雷元件与母板连接的情况相比,导体元件强化了ESD对策。因此,能够将到目前为止作为尽量远离第一激励元件配置的对象的与避雷元件连接的导体积极地装入天线系统的一部分,因此天线空间变小,能够实现增益的进一步提高。此时第一激励元件能够配置在构成机壳一部分的非导电性区域中。第一激励元件可以构成倒F型天线。导体元件可以配置在第一激励元件的开放端的附近。导体元件可以形成构成倒L型天线的形状。
能够构成为第一激励元件在700MHz~960MHz的无线WAN的频带中共振,导体元件在第一激励元件进行共振的频率的高次谐波下进行共振。能够设置第二激励元件,在与第一激励元件之间隔着导体元件的方式配置该第二激励元件,并且配置在导体元件的附近以便能够与导体元件之间交换电磁波能量。
本发明的第二方式提供一种收容在无线终端装置机壳内的其它天线系统。天线系统具有从供电电缆供给高频电力的激励元件;收容在机壳内的避雷元件;以及与避雷元件连接,配置在第一激励元件的附近以便能够与第一激励元件之间交换电磁波能量的导体元件。与避雷元件连接的导体元件作为与第一激励元件相对的非激励元件而发挥作用,能够提高天线系统的增益。
本发明的第三方式提供一种具备由导电性区域和非导电性区域构成的显示器机壳的无线终端装置。无线终端装置具有:包含在非导电性区域配置的激励元件的天线;向激励元件供给高频电力的无线模块;以及与导电性区域连接,并配置在激励元件的附近以便能够与激励元件之间交换电磁波能量的导体元件。导电性区域可以配置在显示器机壳底面的中央部,非导电性区域可以配置在中央部的周边。导电性区域可以由碳纤维强化树脂(CFRP)形成。导电性区域作为针对无线终端装置的电磁屏蔽而发挥作用。另外,可以设置在非导电性区域配置的设备和为了保护设备免受静电放电的影响与导体元件连接的避雷元件。天线可以在无线WAN的频带进行共振,导体元件可以在700MHz附近的频带的高次谐波下进行共振。
本发明的第四方式提供一种具备收容显示器的机壳的便携式电子设备。便携式电子设备具有:包含激励元件的天线;向激励元件供给高频电力的无线模块;与保护配置在机壳内的设备免受静电放电的影响的避雷元件连接,并配置在激励元件附近以便能够从激励元件接受电磁波能量的导体元件。
本发明的第五方式提供一种配置在具备导电性区域的电子设备机壳内的天线接收电波的方法。在机壳内配置第一激励元件。然后,在第一激励元件的附近配置与导电性区域连接的导体元件。然后,在通过从外部传输的电磁波进行共振的第一激励元件和导体元件中流过高频电流。然后,从导体元件向第一激励元件供给电磁波能量。另外,还可以在导体元件的附近配置第二激励元件。此时,在通过从外部传输的电磁波进行共振的第二激励元件和导体元件中流过高频电流,从导体元件向第二激励元件供给电磁波能量。
根据本发明,能够提供可在无线终端装置的狭窄空间配置的天线系统。根据本发明,还能够提供可以提供700MHz的增益的天线系统。根据本发明,还能够提供兼顾ESD对策的强化和天线的小型化的天线系统。根据本发明,还提供搭载了这样的天线系统的无线终端装置以及电波的接收方法。
附图说明
图1是表示笔记本PC的外观的立体图。
图2示意性地表示除去了边框23、LCD模块15以及其它设备的状态的显示器机壳13。
图3是表示主天线200和ESD导体150的配置的立体图。
图4是表示主天线200、副天线250以及ESD导体150的配置的平面图。
图5是安装了照相机301以及麦克风303的电路基板300的立体图。
图6是表示主天线200的增益的图。
具体实施方式
图1是本实施方式的笔记本PC10的外观的立体图。笔记本PC10在显示器机壳13内收容了LCD模块15。在系统机壳11中收容了处理器、母板、无线模块、硬盘驱动器等系统设备。在系统机壳11的上表面安装了键盘组件17和键盘边框19。系统机壳11由镁合金形成。系统机壳11和显示器机壳13通过铰链部21a、21b可开闭地结合。
将显示器机壳13形成为能够收容LCD模块15的箱状。边框23以覆盖在LCD模块15的侧面和显示器机壳13的侧壁的内面之间形成的间隙的方式安装在显示器机壳13上。在位于上侧的边框23的中央附近形成用于照相机的开口25和用于麦克风的开口27。显示器机壳13收容安装了在无线WAN、无线LAN以及WiMAX等中使用的多个天线、照相机镜头以及麦克风的电路基板。以使照相机的镜头的位置与开口25匹配,麦克风的位置与开口27匹配地方式,将电路基板安装在显示器机壳13上。
图2是示意地表示除去边框23、LCD模块15以及其它设备后的状态的显示器机壳13的平面图。显示器机壳13形成为其四周被侧壁51包围的箱状的构造体。底面由中央部55和围绕其周围配置的周边部53a、53b、53c、53d构成。中央部55由作为导电性材料的碳纤维强化树脂(CFRP)形成,周边部53a、53b、53c、53d由作为非导电性材料的玻璃纤维强化树脂(GFRP)或者ABS树脂形成。侧壁51用与周边部53a、53b、53c、53d相同的材料形成。显示器机壳13可以通过将加工后的CFRP板放置在金属模内,将加热熔解后的GFRP压入金属模的注塑成型机来形成。
中央部55占有底面的大部分。中央部55与系统机壳11协作,作为用于防止在笔记本PC10内收容的设备向外部发射的电磁波以及从外部侵入的电磁波引起的电磁波故障(EMI)的遮蔽板来发挥作用。在中央部55中形成攻丝套筒(tapping boss)61。中央部55通过与攻丝套筒61连接的电线或金属与对信号线施加基准电位的系统机壳11以及母板的接地面电连接。由铝或铜等薄金属片形成的ESD导体在显示器机壳13的底面从周边部53a向中央部55延伸。
在ESD导体150的区域151中包含的部分用导电性的双面胶带或者导电性的粘着剂与中央部55物理以及电气结合。ESD导体150的剩余部分用双面胶带或者粘着剂与周边部53a物理结合。ESD导体150具有从中央部55向侧壁51垂直延伸的区域和与侧壁并行延伸到开放端155的区域。ESD导体150作为使区域151中包含的与中央部55连接的部分成为接地的非激励式的倒L型天线来发挥作用。在开放端155的附近形成开口153。在位于开口153以下的周边部53a中形成用于安装图5所示的电路基板300(图5)的攻丝套筒61。
在图2中,在周边部53a和中央部55定义区域101、103、105。在区域101中配置无线WAN的主天线200(图3、图4),在区域103中配置无线WAN的辅助天线250(图4),在区域105配置安装照相机和麦克风的电路基板300(图5)。另外,在周边部53a中还配置了WiMAX以及无线LAN等其它天线,但是这些区域从附图中省略。区域101和区域103隔着ESD导体150被配置在其两侧。区域101和区域103分别包含周边部53a的一部分和中央部55的一部分。
图3是表示在区域101中配置的状态的无线WAN的主天线200和ESD导体150的配置的立体图。图4是表示在显示器机壳13中配置的主天线200、ESD导体150以及辅助天线250的配置的平面图。主天线200由支持700MHz~960MHz的低频侧的频带的放射元件203和支持1.7GHz~2.7GHz的高频侧的频带的放射元件205、207以及接地元件213构成。
放射元件203、205是以基本频率的1/4波长进行共振的构成倒F型的天线的激励元件。放射元件203具备开放端203a。放射元件207是与放射元件205之间交换电磁波能量,同时进行共振的构成倒L型天线的非激励元件。从与供电位置209、211连接的同轴电缆向放射元件203、205供给高频电力。同轴电缆与收容在系统机壳11内的无线模块连接。
放射元件203、205、207通过薄金属板的打孔以及弯曲加工而成,全体被配置在周边部53a之上。放射元件203、205、207被安装在树脂的固定框上。主天线200通过螺丝固定固定框来被安装在显示器机壳13上。另外,为了易于理解地说明天线的构造而在图3中省略了固定框的记载。
接地元件213由薄铝或者铜的薄片形成,通过导电性的粘结剂或者导电性的双面胶带与连接放射元件203、207、205的金属板(在图3、4中被隐藏在接地元件213的下面)连接。主天线200可以安装在全体由非导电性材料形成的显示器机壳内。因此,接地元件213也可以不与中央部55电连接。
放射元件205的平面被配置在周边部53a之上。放射元件205的侧面与侧壁51大致平行地延伸。接地元件213被配置在周边部53a以及中央部55之上。放射元件203、207的平面在中途弯曲成直角沿着侧壁51的面延伸。将放射元件203、207弯曲成直角是为了将主天线200收容在LCD模块15和侧壁51的内表面之间形成的狭窄空间内,因此,可以将全部放射元件203、205、207配置在周边部53a之上。
将辅助天线250形成为与主天线200相同形状。在图4中,配置辅助天线250,使其相对于主天线213成为线对称。辅助天线250也可以通过与主天线200不同的同轴电缆与无线模块连接。辅助天线250的结构可以通过参照主天线200的结构来理解,因此省略说明。构成辅助天线250使其通过与主天线200相同的频带进行共振,能够用于利用了分集或MIMO(Multiple InputMultiple Output:多输入多输出)的通信。
在图4中,描绘了放射元件207、203、257、253在显示器机壳13的侧壁51和周边部53a的边界与放射元件205、255存在于同一平面上。ESD导体150被配置在主天线200的放射元件的开放端203a以及辅助天线250的放射元件253的开放端253a的附近,与任意一个放射元件203、205之间能够进行电磁波能量交换的位置。在开放端203a、253a,在放射元件203、253中产生的驻波的电压为最大。
图5是示意地表示在区域105中配置的电路基板300的立体图。在电路基板300中,安装了照相机301、麦克风303以及与它们的动作关联的半导体芯片,并形成连接它们的电路图案。电路基板300通过信号线的屏蔽与模板的芯片组连接。在电路基板300的表面设置使照相机301和麦克风303露出覆盖其它部分的铝片305。铝片305延伸到电路基板300的内侧。铝片305作为保护在电路基板300中安装的元件免受由于静电的气体放电经由开口25、27进入的电荷导致的浪涌电压的影响的避雷元件来发挥作用。
在电路基板300中形成用于固定在显示器机壳13中的开口307。电路基板300为了使照相机301以及麦克风303分别与在边框23上形成的开口25、27位置匹配,通过贯穿开口307和ESD导体150的开口153的螺丝与攻丝套筒结合。此时,铝片305与ESD导体150电气结合。铝片305通过屏蔽线还与母板的接地面连接,但是几乎所有的静电荷在中央部55放电。ESD导体150能够到大面积的中央部55通过小阻抗连接铝片,因此,与仅通过信号线的屏蔽与母板的接地面连接的目前的方法相比,能够获得更有效地抑制浪涌电压的效果。
ESD导体150发挥针对电路基板300的ESD强化部、以及针对主天线200以及辅助天线250的提高增益部件的功能。ESD导体150,在主天线200以及辅助天线250的载波的频率或者共振频率相同的情况下,发挥在主天线200或者辅助天线250之间交换电磁能量,提高这些700MHz附近的增益的副共振天线的功能。
ESD导体150在发送时在从主天线200或者辅助天线250获取的电磁波能量下进行共振,发射电波,在接收时,在从空中传输的电波获取的电磁波能量下进行共振,将电磁波能量提供给主天线200或者辅助天线250。当在分集中使用辅助天线250时,无线模块从主天线200和辅助天线250中选择电波状况良好的一方。ESD导体150在主天线200或者辅助天线250在700MHz附近的频带进行共振时,调整从中央部55和周边部53a的边界到开放端155的长度进行高次谐波共振。
在本实施方式中,调整长度以使ESD导体150在对于750MHz8倍的频率进行共振,但是也可以在其它次数的高次谐波下进行共振。ESD导体150的开放端155朝向辅助天线250。ESD导体150针对主天线200以及辅助天线250的几何学的电磁耦合的状态不同,因此,用于进行最佳电磁耦合的从各个天线到开放端155的距离不同,可以通过实验来设定最佳的距离。
图6是表示主天线200的700MHz~2.7GHz的天线增益(dBi)的实测结结果的图。线401表示针对各频率要求的基准值。线403表示不存在ESD导体150时的实测值。在线403中,在比约750MHz低的频带中增益不满足基准值。图405表示从ESD导体150除去图2的区域151的部分与中央部55不连接的状态。此时,ESD导体150为非接地型作为非激励式的倒L型天线而发挥作用,因此,比线403有效,但是在约716MHz以下的频带未满足基准值。
线407如图3所示表示与中央部55电气连接ESD导体150的情况。此时,ESD导体150为接地型作为非激励式的倒L型天线发挥作用,主天线200在约700MHz以上的频带满足增益的基准值。以往配置天线尽可能地离开在ESD中使用的导电体,但是,在本发明中,将ESD导体150配置在对天线产生静电耦合或者电磁耦合的位置来实现增益的提高。因为通过ESD导体150可以实现低频侧增益的提高,因此,可以进一步缩短为了得到一定的增益的主天线200以及辅助天线250的元件长度,减小天线的空间。
这表示在预定的小的空间配置了天线时能够比目前提高增益。ESD导体150的形状并不限于倒L型,也可以是T字形、棒状的天线。本发明也可以应用于平板终端以及智能手机等无线终端装置或便携式电子设备。至此,关于本发明,以图示的特定的实施方式进行了说明,但是,本发明并不限于附图所示的实施方式,只要能够发挥本发明的效果,可以采用迄今已知的结构。
符号说明
13显示器机壳
53a、53b、53c、53d非导电性材料的周边部
55导电性材料的中央部
150ESD导体
200无线WAN的主天线
250无线WAN的辅助天线
203、253低频侧的发射元件
205、207、255、257高频侧的发射元件
209供电位置(电压侧)
211供电位置(接地侧)
213、253接地元件
300电路基板
301照相机
303麦克风
305铝片

Claims (20)

1.一种天线系统,其收容在无线终端装置的机壳内,该天线系统的特征在于,
具有:
从供电电缆供给高频电力的第一激励元件;
构成所述机壳的一部分的导电性区域;以及
与所述导电性区域电连接,并配置在所述第一激励元件的附近以便能够与所述第一激励元件之间交换电磁波能量的导体元件。
2.根据权利要求1所述的天线系统,其特征在于,
所述导体元件与所述机壳中收容的避雷元件连接。
3.根据权利要求1或2所述的天线系统,其特征在于,
所述第一激励元件配置在构成所述机壳的一部分的非导电性区域内。
4.根据权利要求1~3中任一项所述的天线系统,其特征在于,
所述第一激励元件构成倒F形天线。
5.根据权利要求4所述的天线系统,其特征在于,
所述导体元件配置在所述第一激励元件的开放端的附近。
6.根据权利要求1~5中任一项所述的天线系统,其特征在于,
以构成倒L形天线的方式形成所述导体元件。
7.根据权利要求1~6中任一项所述的天线系统,其特征在于,
所述第一激励元件在700MHz~960MHz的频带进行共振,所述导体元件在所述第一激励元件共振的频率的高次谐波下进行共振。
8.根据权利要求1~7中任一项所述的天线系统,其特征在于,
具有第二激励元件,在与所述第一激励元件之间隔着所述导体元件地配置该第二激励元件,并且配置在所述导体元件的附近以便能够与所述导体元件之间交换电磁波能量。
9.一种天线系统,其被收容在无线终端装置的机壳内,该天线系统的特征在于,
具有:
从供电电缆供给高频电力的激励元件;
收容在所述机壳内的避雷元件;以及
与所述避雷元件连接,并配置在所述第一激励元件的附近以便能够与所述第一激励元件之间交换电磁波能量。
10.一种无线终端装置,其是具有由导电性区域和非导电性区域构成的显示器机壳的无线终端装置,其特征在于,
具有:
包含在所述非导电性区域配置的激励元件的天线;
向所述激励元件供给高频电力的无线模块;以及
与所述导电性区域连接,并配置在所述激励元件的附近以便能够与所述激励元件之间交换电磁波能量的导体元件。
11.根据权利要求10所述的无线终端装置,其特征在于,
所述导电性区域配置在所述显示器机壳的底面的中央部,所述非导电性区域配置在所述中央部的周边。
12.根据权利要求10或11所述的无线终端装置,其特征在于,
所述导电性区域由碳纤维强化树脂形成。
13.根据权利要求10~12中任一项所述的无线终端装置,其特征在于,
所述导电性区域发挥对于所述无线终端装置的电磁屏蔽的功能。
14.根据权利要求10~13中任一项所述的无线终端装置,其特征在于,
具有:配置在所述非导电区域的设备;和
为了保护所述设备免受静电放电影响而与所述导体元件连接的避雷元件。
15.根据权利要求14所述的无线终端装置,其特征在于,
所述设备是照相机或者麦克风。
16.根据权利要求10~15中任一项所述的无线终端装置,其特征在于,
所述天线在无线WAN的频带进行共振,所述导体元件在700MHz附近的频带的高次谐波下进行共振。
17.一种便携式电子设备,其具备收容显示器的机壳,该便携式电子设备的特征在于,
具有:
包含激励元件的天线;
向所述激励元件供给高频电力的无线模块;
保护在所述机壳内配置的设备免受静电放电的影响的避雷元件;以及
与所述避雷元件连接,并配置在所述激励元件附近以便能够从所述激励元件接收电磁波能量的导体元件。
18.根据权利要求17所述的便携式电子设备,其特征在于,
所述机壳包含导电性区域和非导电性区域,所述导体元件与所述导电性区域连接。
19.一种方法,其是在具备导电性区域的电子设备的机壳内配置的天线接收电波的方法,该方法的特征在于,
包含如下步骤:
在所述机壳内配置第一激励元件;
在所述第一激励元件的附近配置与所述导电性区域连接的导体元件;
在通过从外部传输的电磁波进行了共振的所述第一激励元件和所述导体元件内流过高频电流;以及
从进行了共振的所述导体元件向所述第一激励元件供给电磁波能量。
20.根据权利要求19所述的方法,其特征在于,
包含如下步骤:
在所述导体元件的附近配置第二激励元件;
在通过从外部传输的电磁波进行了共振的所述第二激励元件和所述导体元件内流过高频电流;以及
从进行了共振的所述导体元件向所述第二激励元件供给电磁波能量。
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