CN103348536A - 缝隙天线 - Google Patents

Abstract

本发明的一个目的是提供一种能在减小缝隙天线的尺寸时以高精度调整谐振频率的缝隙天线。根据本发明一个方面的缝隙天线包括介电体基板1，提供在介电体基板1的一个表面上的导体表面10，通过在导体表面10中制造切口而形成的缝隙11，切口的一端在导体表面10的一个边缘上形成开放端，以及形成在缝隙11内部的短柱12，短柱通过使用连接部13连接到缝隙11的相对侧之一，其中短柱12形成为使连接部13的长度变得长于与连接到连接部13的侧相对的侧和短柱12之间的距离。

Description

缝隙天线

技术领域

本发明涉及一种缝隙天线，特别涉及一种通过利用短柱调整其谐振频率的缝隙天线。

背景技术

通常，需要设置在介电体基板上的缝隙天线的长度为所使用的频率波长的四分之一。例如，当频率是800MHz时，缝隙天线的长度约为90mm且因此太大而不能应用于其中封装空间非常有限的便携无线电终端。

对于减小天线尺寸的技术来说，专利文献1公开了一种在缝隙端部形成电容器的方法。专利文献1中公开的用于在缝隙端部形成电容器的构造使其能通过小电容而大范围偏移天线的谐振频率。例如，专利文献1公开了一种通过使用导电凸起在缝隙端部形成电容器的结构。此外，专利文献1公开了通过在缝隙端部设置片状电容器而在缝隙端部形成电容器的结构。

此外，专利文献2公开了一种在形成缝隙内的缝隙的辐射导体的一部分中添加另外的辐射导体以便在便携终端等的外壳内部设置天线且使其能通过使用一个天线来发射/接收多频带的无线电波的构造。

引用文献列表

专利文献

专利文献1：日本未审专利申请公布No.5-110332

专利文献2：日本未审专利申请公布No.2004-48119

发明内容

技术问题

但是，在专利文献1中公开的在缝隙端部形成电容器的构造中，天线的谐振频率可能被大范围改变，这归因于加载的电容的微小误差。因此，需要以高精度精确地创建加载的电容。具体而言，在通过使用导电凸起形成电容器的构造中，存在的问题是天线的谐振频率可能会由于大规模生产中的变化（例如介电体基板的厚度变化以及相对介电常数的变化）而偏离。此外，在使用片状电容器的构造中，存在的问题是天线的谐振频率会由于片状电容器本身的电容变化而偏离。

此外，在专利文献2中公开的缝隙天线中，没有清楚地描述添加到缝隙内部的辐射导体的具体形状等。因此，不清楚缝隙天线是否可通过在缝隙内部添加辐射导体而确实减小尺寸。

为了解决上述问题，本发明的一个目的是提供一种缝隙天线，其能在减小缝隙天线尺寸时以高精度调整谐振频率。

问题的解决方案

根据本发明第一方面的缝隙天线包括：介电体基板；提供在介电体基板的一个表面上的导体表面；通过在导体表面中制造切口而形成的缝隙，切口的一端在导体表面的一个边缘上形成开放端；以及形成在缝隙内部的短柱，短柱通过使用连接部连接到缝隙的相对侧之一，其中短柱形成为使连接部的长度变得长于与连接到连接部的侧的相对的侧和短柱之间的距离。

本发明的有益效果

根据本发明，可能提供能够在减小缝隙天线的尺寸时以高精度调整谐振频率的缝隙天线。

附图说明

图1是根据第一示例性实施例的缝隙天线的构造示意图；

图2是根据第一示例性实施例的缝隙天线的截面图；

图3示出根据第一示例性实施例的缝隙天线装置的阻抗特性的计算示例；

图4是根据第二示例性实施例的缝隙天线的构造示意图；

图5是根据第三示例性实施例的缝隙天线的构造示意图；

图6是根据第三示例性实施例的缝隙天线的构造示意图；

图7是根据第四示例性实施例的缝隙天线的构造示意图；

图8是根据第五示例性实施例的缝隙天线的构造示意图；

图9是根据第六示例性实施例的缝隙天线的构造示意图；

图10是根据第六示例性实施例的缝隙天线的构造示意图；以及

图11是根据第六示例性实施例的缝隙天线的构造示意图。

具体实施方式

[第一示例性实施例]

以下参考附图说明根据本发明的示例性实施例。图1示出设置在根据本发明第一示例性实施例的缝隙天线装置的导体表面中的缝隙中的短柱。图2示出根据本发明第一示例性实施例且沿图1中的线II-II’截取的截面的缝隙天线装置的一般构造。

缝隙天线装置包括由电介质制成的板状介电体基板1，提供在介电体基板1的其中一个表面（例如顶表面）上的导体表面10，通过在导体表面10中制造切口而形成的缝隙11，以及形成在缝隙11内部的短柱12。而且，切口的一端在导体表面10的边缘上形成开放端，且短柱12通过使用连接部13而连接到缝隙的相对侧之一。馈送器21的外部导体以及馈送部20，即馈送器21的内部导体中每一个都以跨接缝隙11的方式连接到缝隙11两侧上的导体表面10。无线电电路（未示出）通过馈送器21和馈送部20将电送至缝隙11。

缝隙11以一端是开放端且另一端是短路端的方式形成，且缝隙11的长度由Ls表示。当对应于所使用的频率的波长由λ表示时，缝隙11在其长度Ls等于λ/4时以一频率谐振。缝隙11具有直线形状，且缝隙11的相对侧之一通过使用连接部13而连接到短柱12。

短柱12是具有狭窄直线形状的板状构件。短柱12的长度L（短柱长度）调整为在对应于所使用的频率的波长由λ表示时，满足“L<λ/4”的关系。而且，短柱12的宽度与短柱长度L相比较实际上小。短柱12的一端通过连接部13连接到具有直线形状的缝隙11的相对侧之一。短柱12的另一端形成为开放端。因此，短柱12形成为开放端型短柱。图1示出其中短柱12连接在缝隙11的开放端附近的一个示例。导体表面10、短柱12以及连接部13全都可以是使用类似材料形成的导体。

上文参考图1和2说明的缝隙天线构造为使设置在缝隙11的开放端处的短柱12的短柱长度L满足“L<λ/4”的关系。这种构造等效于在缝隙11的开放端加载有电容的状态，且缝隙天线的谐振频率偏移至低频侧。因此，能减小缝隙的尺寸。注意到由短柱12产生的电容值主要由短柱长度L决定。因此，由短柱12产生的电容值难以受到介电体基板1和形成介电体基板1的电介质的相对介电常数的影响。

注意到当短柱12和没有连接到连接部13的缝隙11的侧之间的距离由“a”表示且连接部13的长度由“b”表示时，短柱12需要以距离“a”变得短于距离“b”的方式加以设置。通过以上述位置设置短柱12并如上所述调整短柱长度L以满足“L<λ/4”的关系，可将用于使谐振频率偏移至低频侧的必要电容添加到缝隙11中。此外，这种偏移量可通过调整短柱长度L进行控制。

以下参考图3说明根据本第一示例性实施例的缝隙天线装置的阻抗特性的计算示例。当图1中所示的开放端型短柱12的短柱长度L在0mm和7.5mm之间的范围内改变时，缝隙天线装置的阻抗特性如图3中所示地改变。即，通过增大短柱长度L，可使谐振频率偏移至低频侧。在该计算示例中，距离“a”足够地小于长度“b”。即，在“a=0.25mm”且“b=1.25mm”的条件下进行计算。

通过以此方式改变短柱长度L且由此控制要加载在缝隙11的开放端处的电容，就能在不改变缝隙11的尺寸的情况下以高精度调整缝隙天线装置的谐振频率。即能通过使用具有较小尺寸的缝隙11实现所需天线谐振频率。

如上所述，根据本发明第一示例性实施例的缝隙天线具有这种构造使得通过调整短柱12的短柱长度L而控制要加载在缝隙天线装置中的电容。因此能降低由介电体基板1的厚度变化以及电介质的相对介电常数的变化所造成的对缝隙天线装置的谐振频率的影响，且因此能以高精度调整谐振频率。

此外，因为短柱12以及连接部13的一个或多个导体图案可通过使用常规印刷电路板制造工艺形成，因此短柱长度L的变化可保持在非常小的水平。因此，可以高精度地控制缝隙天线装置的谐振频率。

此外，缝隙天线装置不必使用任何片状电容器以控制电容。因此，可降低缝隙天线装置的成本，因为仅需要更少数量的必需部件。

[第二示例性实施例]

图4示出设置在根据本发明第二示例性实施例的缝隙天线装置的导体表面中的短柱。在根据本第二示例性实施例的缝隙天线装置中，短柱30的一端通过连接部31连接到缝隙11的开放端附近的导体表面10。而且，短柱30的另一端通过连接部32连接到与连接到连接部31的侧相对的侧。图4中所示的短柱30是短路端型短柱，其中另一端短路至导体表面10。而且，图4中所示的短柱30形成为曲折形状。形成为曲折形状的短柱30构造为使短柱长度L满足“λ/4<L<λ/2”的关系。根据本第二示例性实施例的缝隙天线装置的其他构造与根据上述第一示例性实施例的缝隙天线装置的构造大致相同。因此以相同的附图标记表示相同的部分并省略他们的详细说明。而且，假设馈送器和馈送部也以类似方式连接到第一示例性实施例中所述的部分。

当具有上述构造的缝隙天线装置被构造为使设置在缝隙11内部的短柱30的短柱长度L满足“λ/4<L<λ/2”的关系时，其变成等效于在缝隙11的开放端处加载电容的状态。因此，缝隙天线装置的谐振频率偏移至低频侧。

此外，假设连接到缝隙11的开放端的连接部31的长度是“b”且与连接到连接部31的侧相对的侧和短柱30之间的最短距离是“a”。在这种情况下，短柱30设置为使距离“a”变成小于长度“b”。通过以上述位置设置短柱30并调整短柱长度L以满足上述“λ/4<L<λ/2”的关系，在缝隙11中添加用于将谐振频率偏移至低频侧的必要电容。而且，这个偏移量可通过调整短柱长度L而进行控制。

因此，类似于根据上述第一示例性实施例的缝隙天线装置，也能在根据本第二示例性实施例的缝隙天线装置中通过改变短柱长度L而以高精度调整缝隙天线装置的谐振频率，且由此在不改变缝隙11的尺寸的情况下控制加载在缝隙11的开放端处的电容。即能通过具有较小尺寸的缝隙11实现所需谐振频率。

此外，类似于根据上述第一示例性实施例的缝隙天线装置，由根据本第二示例性实施例的缝隙天线装置中的短柱30产生的电容值由短柱长度L决定，且因此难以受介电体基板1的厚度以及电介质的相对介电常数的影响。此外，形成短柱30和连接部31和32的一个或多个导体图案可通过使用常规印刷电路板制造工艺形成。因此，短柱长度L的变化可保持在非常小的水平。即，能降低短柱30产生的电容的变化且由此以高精度控制谐振频率。

注意到短柱30的形状不限于曲折形状。即，短柱30可具有螺旋形状、折叠形状、不规则曲折形状等等。

[第三示例性实施例]

图5示出设置在根据本发明第三示例性实施例的缝隙天线装置的导体表面的缝隙中的短柱。在根据本第三示例性实施例的缝隙天线装置中，短柱40以短柱40定位在相对于缝隙开放端的内侧的方式通过连接部41连接到介电体基板1。除短柱40和连接部41之外的构造都类似于根据第一示例性实施例的缝隙天线的构造。在根据第三示例性实施例的缝隙天线装置中，天线谐振频率偏移至低频侧的偏移量随短柱位置和缝隙11的开放端之间的距离增大而减小。基于这种实际情况调整根据本第三示例性实施例的缝隙天线装置的短柱位置，且这样能对谐振频率进行微调。

而且，虽然图5中所示的短柱40和连接部41具有L形，但是短柱40和连接部41的形状不限于该形状。类似地，图1中所示的短柱12和连接部13的形状不限于L形。短柱40和连接部41可具有任意形状，只要短柱40的一端是开放端且另一端通过连接部41连接到介电体基板1即可。例如，如图6中所示，短柱40和连接部41可具有T形。此外，虽然短柱40的开放端相对于图5中的连接部41位于缝隙11的内侧，但是短柱40和连接部41可具有使短柱40的开放端相对于连接部41位于缝隙11的开放端侧的形状。此外，短柱40可具有曲折形状、折叠形状或不规则曲折形状。

[第四示例性实施例]

图7示出设置在根据本发明第四示例性实施例的缝隙天线装置的导体表面的缝隙中的短柱。在根据本第四示例性实施例的缝隙天线装置中，形成为曲折形状的短柱50以短柱50相对于缝隙开放端位于内侧的方式通过连接部51和52连接到介电体基板1。除短柱50和连接部51和52之外的构造类似于根据第二示例性实施例的缝隙天线的构造。在根据第四示例性实施例的缝隙天线装置中，天线谐振频率偏移至低频侧的偏移量随短柱位置和缝隙11的开放端之间的距离的增大而减小。通过这种特征，在根据本第四示例性实施例的缝隙天线装置中，短柱位置的调整使得能对谐振频率进行微调。

此外，虽然图7中所示的短柱50和连接部51和52具有曲折形状，但是短柱50和连接部51和52的形状不限于该形状。连接部51和52可具有任意形状，只要连接部51连接到缝隙11的一侧且连接部52连接到与连接到连接部51的侧相对的侧即可。例如，短柱50可具有折叠形状或不规则曲折形状。

[第五示例性实施例]

图8示出设置在根据本发明第四示例性实施例的缝隙天线装置的导体表面的缝隙中的短柱。在根据本示例性实施例的缝隙天线装置中，除开放端型短柱60设置在缝隙11的开放端处之外，开放端型短柱70还设置在缝隙11内部。而且，设置在缝隙11内部的短柱70设置在远离缝隙11的开放端λ/2的位置处。

在对应于缝隙长度是波长的四分之一的状态的谐振频率1下的缝隙天线的电场具有使缝隙11的开放端处的电场变成波腹且短路端侧处的电场变成波节的驻波分布。与此相反，在对应于缝隙长度是波长的四分之三的状态的谐振频率2下的缝隙天线的电场具有使缝隙11的开放端处和远离缝隙11的开放端λ/2的位置处的电场变成波腹且远离缝隙11的开放端λ/4的位置处以及远离开放端3λ/4的位置处的电场变成波节的驻波分布。

注意到当短柱60和短柱70分别设置在缝隙11的开放端以及远离缝隙11的开放端λ/2的位置处时，在这种情况下的驻波分布变成波腹，由此获得以下效果。通过调整设置在缝隙11的开放端处的缝隙60的短柱长度可以改变谐振频率1和2两者。此外，通过调整设置在远离缝隙11的开放端λ/2的位置处的缝隙70的短柱长度仅可以改变谐振频率2。

因此，在本第五示例性实施例中，首先，通过控制设置在缝隙11的开放端处的短柱60的短柱长度而将谐振频率1调整至所需谐振频率。随后，通过控制设置在远离缝隙11的开放端λ/2的位置处的短柱70的短柱长度而将谐振频率2调整至所需谐振频率。因为根据第五示例性实施例的缝隙天线装置的一个或多个谐振频率可以此方式进行调整，因此能在不改变缝隙长度的尺寸的情况下仅通过使用一个缝隙来产生多重谐振。因此，能实现天线尺寸的实质降低。

此外，能通过在适当位置设置多个短柱且独立地控制每个短柱长度而独立地调整多个谐振频率。因此能简化频率调整过程。

此外，虽然在本第五示例性实施例中说明了设置两个短柱的示例，但是短柱的数量不限于两个。此外，虽然在本第五示例性实施例中说明了使用开放端型短柱的示例，但是可设置多个短路端型短柱。

[第六示例性实施例]

图9示出根据本发明第六示例性实施例的缝隙天线装置的馈送器的构造。除共面型馈送器80用于根据第一示例性实施例的缝隙天线装置的馈送器之外，根据本第六示例性实施例的缝隙天线装置具有类似于根据第一示例性实施例的缝隙天线装置的构造。此外，图10示出其中微带型馈送器90用作馈送器的缝隙天线装置。图11是沿图10中的线B-B'截取的图10中所示的缝隙天线装置的截面图。在根据图10和11的缝隙天线装置中，导体表面10形成在介电体基板1的一个表面上且导体表面100形成在另一表面上。此外，通孔110形成在介电体基板1中且导体表面10和导体表面100通过通孔110电连接。

在本第六示例性实施例中所示的缝隙天线中，馈送器和无线电电路两者可形成在一个印刷电路板上。因此能减小封装空间。此外，因为无需铺设馈送器电缆，因此能防止馈送器电缆和其他电路/功能部件之间的电磁干扰、由馈送器电缆造成的不期望的辐射、由功率损失等造成的无线电性能劣化。此外，就成本方面来说，能降低天线制造的成本。

注意到本发明不限于上述示例性实施例，且在不脱离本发明精神和范围的情况下可进行适当的修改。

虽然已经参考上述示例性实施例说明了本发明，但是本发明不限于上述内容。本领域技术人员可以理解的是在本发明范围内可对本发明的构造和细节进行各种修改。

本申请基于2011年2月9日提交的日本专利申请No.2011-026066并要求其优先权，在此整体并入其公开内容作为参考。

附图标记列表

1：介电体基板

10：导体表面

11：缝隙

12：短柱

13：连接部

20：馈送部

21：馈送器

30：短柱

31：连接部

32：连接部

80：共面型馈送器

90：微带型馈送器

100：导体表面

110：通孔

Claims (9)

1.一种缝隙天线，包括：

介电体基板；

导体表面，所述导体表面被设置在所述介电体基板的一个表面上；

缝隙，所述缝隙是通过在所述导体表面中制造切口来形成的，所述切口的一端在所述导体表面的边缘上形成开放端；以及

短柱，所述短柱形成在所述缝隙内部，所述短柱通过使用连接部来连接到所述缝隙的相对侧中的一侧，其中，

所述短柱以下述方式形成：使得所述连接部的长度变得比在与连接到所述连接部的一侧相对的一侧和所述短柱之间的距离更长。

2.根据权利要求1所述的缝隙天线，其中，

所述短柱是开放端型短柱，所述短柱的一端通过使用所述连接部来连接到所述缝隙的相对侧中的一侧，并且另一端处于开放状态，并且

所述短柱的长度比与所使用的频率相对应的波长的四分之一更短。

3.根据权利要求2所述的缝隙天线，其中，所述短柱的一端通过使用所述连接部来连接在所述缝隙的开放端处。

4.根据权利要求1所述的缝隙天线，其中，

所述短柱的一端通过使用第一连接部来连接到所述缝隙的相对侧中的一侧，

所述短柱的另一端通过使用第二连接部来连接到所述缝隙的相对侧中的另一侧，并且

当所述第一连接部相对于所述第二连接部而在开放端侧连接时，所述短柱被形成为使得所述第一连接部的长度变得比在连接到所述第二连接部的一侧和所述短柱之间的距离更长。

5.根据权利要求4所述的缝隙天线，其中，所述短柱的长度比与所使用的频率相对应的波长的四分之一更长并且比所述波长的一半更短。

6.根据权利要求1至5中的任何一项所述的缝隙天线，其中，多个短柱被配置在所述缝隙内部。

7.根据权利要求6所述的缝隙天线，其中，所述短柱被配置在远离所述缝隙的开放端预定距离的位置处，所述预定距离是与所使用的频率相对应的波长的n/2倍（n是整数）的长度。

8.根据权利要求1至7中的任何一项所述的缝隙天线，进一步包括向所述缝隙送电的馈送部，其中，

所述馈送部是同轴电缆、共面型馈送器或微带型馈送器。

9.根据权利要求1至8中的任何一项所述的缝隙天线，其中，所述连接部和所述短柱与在所述导体表面上形成的印刷电路板一体地形成。

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