CN104518280A

CN104518280A - 电子设备的天线组件

Info

Publication number: CN104518280A
Application number: CN201410504362.4A
Authority: CN
Inventors: 多米尼克·洛海通; 菲利普·梅纳德; 简-马克·乐富尔戈克
Original assignee: Thomson Licensing SAS
Current assignee: Thomson Licensing SAS
Priority date: 2013-09-27
Filing date: 2014-09-26
Publication date: 2015-04-15
Also published as: BR102014024007A2; KR20150035445A; JP2015084521A; EP2854214A1; US9735461B2; US20150091763A1

Abstract

一种电子设备的天线组件，所述天线组件包括：导电结构(1)，用于至少容纳电子设备的电路板；天线，形成为导电结构中的缝隙(2)；馈电元件，用于通过电磁耦合向天线馈电，所述馈电元件放置在导电结构(1)和电路板(3)之间，并且定向为延伸跨过所述缝隙(2b)，所述馈电元件与印刷电路板上的馈电线相连。

Description

电子设备的天线组件

技术领域

本发明涉及电子设备的天线组件。具体地而非排他地，本发明涉及一种无线电子设备或移动设备的天线组件，所述无线电子设备例如是互联网网关、解码器或其他网络无线设备，所述移动设备例如是“智能电话”、平板或类似设备。在本发明的实施例中，将缝隙天线集成到电子设备的机械部分中。本发明还涉及终端设备和包括这种天线组件的通信设备。

背景技术

在网络中使用的通信设备，例如用于连接到因特网或无线通信系统的网关设备日益成为多模式和多标准设备。因此，这些设备要求使用集成到一个设备中的若干种不同的天线。在尺寸减小的设备中包含若干天线增加了机械限制和性能限制。实际上，天线应当能够在存在可能干扰它们辐射性能的许多机械部件和电子部件的情况下操作。此外，天线在设备中的位置也是一个挑战。相对于辐射性能，需要解决在不同频率范围内操作的射频系统之间的隔离问题。因此，在MIMO(多输入多输出)系统中使用低ECC(包络相关系数)，MIMO系统的天线完全隔离以响应于所使用的信道的最大容量。此外，天线增益是无线系统性能中的关键参数。此外，生产天线的成本也是要考虑的重要因素。由于前述理由而设计了本发明。

发明内容

本发明的第一方面提出了一种电子设备的天线组件，所述天线组件包括：导电结构，用于至少容纳电子设备的电路板；天线，形成为导电结构中的缝隙；馈电元件，用于通过电磁耦合向天线馈电，所述馈电元件放置在导电结构和电子设备的电路板之间，并且定向为与所述缝隙交叉，所述馈电元件与印刷电路板上的馈电线相连。

在实施例中，所述缝隙包括第一辐射部分和从所述第一辐射部分延伸的第二激励部分，所述第二激励部分配置为与所述馈电元件电磁耦合。

在实施例中，所述外壳包括形成导电结构的底部的底板和形成导电结构的前侧的侧板，所述缝隙的第一辐射部分形成于导电结构的前侧中，并且所述缝隙的第二激励部分形成于导电结构的底板中。

在实施例中，第一辐射部分具有朝着第二激励部分向内逐渐变细的锥形形状。在实施例中，第二激励部分具有线型形状。

在实施例中，馈电元件定向为延伸跨过缝隙的第二激励部分。

在实施例中，缝隙的激励部分和馈电元件放置在电路板的接地面中的对应开口之上。

在实施例中，馈电元件放置为与导电结构和电路板分别相距预定的距离。

在实施例中，通过由绝缘材料制成的隔离物将馈电元件保持在适当的位置。

在实施例中，缝隙的激励部分从前侧沿底板线性地延伸。

在实施例中，导电结构形成了用于电子设备的电子部件的接地基准板。

本发明的第二方面提出了一种包括天线组件的电子通信设备，包括：电路板，具有馈电线；导电结构，用于容纳电路板；天线，形成为导电结构中的缝隙；馈电元件，用于通过电磁耦合向天线馈电，所述馈电元件放置在导电结构和电子设备的电路板之间，并且定向为延伸跨过所述缝隙，所述馈电元件与印刷电路板上的馈电线相连。

在实施例中，印刷电路板包括接地面，所述接地面具有与馈电元件和所述缝隙的第二激励部分对准放置的开口。

在实施例中，电子设备是网关设备或机顶盒。

在本发明的实施例中，将缝隙天线集成到电子设备的导电材料外壳或者接地基准板中。通过使用非接触式接口从电子设备的印刷电路板激励辐射元件。

本发明的另一个方面提出了一种用于电子设备的天线，包括至少一个导电材料的外壳和具有接地面的印刷电路板，其特征在于通过在所述导电材料外壳中实现的缝隙来形成天线，使用放置在导电材料外壳和印刷电路板之间以便与所述缝隙交叉的导电条带、通过电磁符合来向天线供电，所述条带与在印刷电路板上实现的馈电线以及具有相对于缝隙和条带的开口的接地面相连。

在本发明的实施例中，条带保持在与外壳和印刷电路板分别相距预定的距离。

在一个实施例中，通过由绝缘材料制成的隔离物将条带保持在适当的位置。

在实施例中，所述外壳由第一板和与所述第一板连接的至少一个第二板形成。通过延伸到所述第一板中在所述第二板中产生所述狭缝。

本发明的另一个方面涉及通信终端，所述通信终端包括根据本发明第一方面的任一实施例的至少一个天线。

附图说明

现在将仅作为示例并且参考附图描述本发明的实施例，在附图中：

图1是具有根据本发明的天线的外壳的透视图。

图2A是根据本发明实施例的天线组件和印刷电路板的透视图。

图2B是根据本发明实施例的天线组件和印刷电路板的顶视图。

图3是根据本发明实施例的天线组件和印刷电路板的垂直截面图。

图4和图5以图形方式示出了随频率而变化的曲线，给出了通过对根据本发明实施例的天线进行仿真获得的性能。

图6A是根据本发明实施例的天线的示意性图。

图6B和6C以图形方式示出了图6A的天线的辐射图案。

具体实施方式

将参考在2.4GHz频带中工作的国内网的电子设备来描述本发明的实施例。应该理解的是本发明不局限于这种特定类型的设备，并且可以应用于任意无线通信设备。在示例性电子设备中，典型地使用金属板结构作为屏蔽和/或作为接地基准板。这种金属板结构的作用是获得包括多个电子部件、连接器和其他电路在内的电子设备的电磁兼容性。金属板结构用作元件的接地基准，并且可以减少干扰信号。本发明的实施例使用这种金属板结构来生产缝隙天线，并且通过非接触式接口来向这种天线供电。

图1是导电结构1的透视图，形成了根据本发明实施例的电子设备的外壳或接地基准结构。导电结构1由金属材料组成，并且包括形成底板1a的第一下部金属板1a以及从底板1a垂直延伸以形成前板1b和侧板1c的侧板1b、1c。金属层形成导电材料的开口外壳结构1，提供接地基准板结构的功能。在本发明的一些实施例中，导电结构用作屏蔽。缝隙天线2形成于导电结构1中，并且包括辐射部分2a和激励部分2b。辐射部分包括在前板1b中形成的开口缝隙2a。开口缝隙2a具有从侧板1b的边缘朝向底板1a向内逐渐变细的锥形形式，并且通过底板1a中的线型缝隙2b延伸，形成了激励部分2b。线型缝隙2b用于通过与馈电条带4的电磁耦合来向缝隙天线2馈电，所述馈电条带4定向为延伸跨过线型缝隙2b。缝隙天线2b终止于短路的位置。

图2A和2B示意性地说明了包括图1的导电结构1的天线组件和在导电结构1中布置的电子设备的印刷电路板PCB 3。PCB 3按照已知的方式由电介质材料的至少一个衬底构成，特征在于在衬底的一个面上的导电材料层形成了接地面，而在衬底的相对一侧的面上印刷的导电材料层提供微带馈电线3c。

PCB 3的接地面具有与激励狭缝2b和馈电条带4分别对应定位的开口3a、3b。

图3是示出了实现对导电外壳结构1中实现的缝隙天线2的供电的原件的示意性侧视图。馈电条带4布置在PCB 3和导电外壳结构1的底板1a之间。将绝缘材料(例如塑料)的隔离物5安装在导电外壳结构1的底板1a和印刷电路板3之间。在所示实施例中，通过馈电条带4周围的绝缘环来提供隔离物5。该隔离物分别维持了馈电条带4与底板1a和印刷电路板3之间所要求的距离。在图3所示的实施例中，馈电条带4具有L形状形式，以便垂直并横跨线型缝隙2b放置、并且穿过在印刷电路板3中实现的通孔与在印刷电路板3的上表面上实现的微带馈电线3c相连，用于向天线2馈电。印刷电路板3的接地面3d具有在接地面3d中实现并且放置在对应于线型缝隙2b的开口3a。通过用作缝隙天线2的激励部分的线型缝隙2b和与馈电线3c相连的馈电条带4之间的电磁耦合来提供缝隙天线2的馈电。为此，缝隙2b和条带4具有与约λ/4相等的长度，其中λ是环境工作频带下的波导波长，λ的值依赖于环境和传播模式。

在频率为2.4GHz的Wi-Fi频带中实现了根据所述实施例的天线的仿真。对于这种仿真，使用3D电磁工具HFSS^TM(用于高频结构仿真器)。采用以下参数进行仿真。

仿真参数

在通过在输入上并联地添加值为Lp＝3.5nH的并联电感和值为Cs＝2.7pF的串联电容器对损耗级别优化之后，获得了在图4和图5中提供的结果。图4示出了回程损耗的响应，该曲线示出了在2.4和2.5GHz之间的频带内接近-15dB的损耗级别。

图5分别示出了随频率而变化的天线效率和辐射效率。这两条曲线针对辐射和天线示出了大于95％的效率。此外在图6中，以3D图形方式示出了根据本发明的天线的辐射图案。这些图形示出了以图形方式示出的根据本发明的缝隙天线：(A)主要朝着集成了所述天线的电子设备的前侧(B)和右手一侧(C)辐射。

尽管上文已经参考特定实施例描述了本发明，但是本发明不局限于所述特定实施例，并且改进对于位于本发明范围内的领域的普通技术人员是清楚明白的。

例如，尽管已经参考开口缝隙天线描述了前述示例，但是可以将天线设置为其他形状。

例如，所述天线可以通过闭合缝隙或开口缝隙来形成，例如通过锥形缝隙天线或者提供维瓦尔第(Vivaldi)型天线的锥形开口缝隙来提供。用于实现所述天线的导电结构可以是除了接地基准板或屏蔽板之外的导电材料板。导电馈电条带可以具有曲折形状以减小其尺寸。同样地，可以按照不同方式定向馈电条带和激励缝隙。馈电条带和激励缝隙应当简单地彼此交叉以产生实现对天线供电的电磁耦合。此外在本发明的一些实施例中，可以在与激励缝隙相同的平面上实现辐射缝隙。

本领域普通技术人员在参考前述示意性实施例可以提出许多另外的改进和变化，这些示意性实施例仅作为示例给出、并不意在限制本发明的范围，本发明的范围仅由所附权利要求来确定。具体地，在适当的情况下，来自不同实施例的不同特征可以互换。

Claims

1.一种电子设备的天线组件，所述天线组件包括：

导电结构(1)，用于至少容纳电子设备的电路板；

天线，形成为导电结构中的缝隙(2)；

馈电元件，用于通过电磁耦合向天线馈电，所述馈电元件放置在导电结构(1)和电路板(3)之间，并且定向为延伸跨过所述缝隙，所述馈电元件与印刷电路板上的馈电线相连。

2.根据权利要求1所述的天线组件，其中所述缝隙包括第一辐射部分和从所述第一辐射部分延伸的第二激励部分，所述第二激励部分配置为与所述馈电元件电磁耦合。

3.根据权利要求1或2所述的天线组件，其中外壳包括形成导电结构的底部的底板和形成导电结构的前侧的侧板，所述缝隙的第一辐射部分形成于导电结构的前侧中，并且所述缝隙的第二激励部分形成于导电结构的底板中。

4.根据权利要求2或3所述的天线组件，其中第一辐射部分具有朝向第二激励部分向内逐渐变细的锥形形状。

5.根据权利要求2至4中任一项所述的天线组件，其中第二激励部分具有线型形状。

6.根据权利要求2至5中任一项所述的天线组件，其中馈电元件定向为延伸跨过缝隙的第二激励部分。

7.根据权利要求2至6中任一项所述的天线组件，其中缝隙的激励部分和馈电元件放置在电路板的接地面中的对应开口之上。

8.根据任一前述权利要求所述的天线组件，其中馈电元件(4)放置为与导电结构(1)和电路板(3)分别相距预定的距离。

9.根据任一前述权利要求所述的天线组件，其中通过由绝缘材料制成的隔离物(5)将馈电元件(4)保持在适当的位置。

10.根据任一前述权利要求所述的天线组件，其中导电结构形成了用于电子设备的电子部件的接地基准板。

11.一种电子通信设备，包括根据任一前述权利要求所述的天线组件，以及具有用于向天线组件馈电的馈电线的印刷电路板。

12.根据权利要求11所述的电子通信设备，其中印刷电路板包括接地面，所述接地面具有与馈电元件和所述缝隙的第二激励部分对准放置的开口。

13.根据权利要求11或12所述的电子通信设备，其中所述电子设备是网关设备或机顶盒。