CN104617374B - 移动通信终端 - Google Patents

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Abstract

移动通信终端，具有天线装置，该天线装置包括：放射部件，其具有狭缝部；和导体部件，其与所述放射部件相对置，所述导体部件是配置在印刷线路板上的接地导体，所述放射部件与所述导体部件，通过位于所述狭缝部的两侧的第1连接部及第2连接部连接，所述第1连接部及所述第2连接部中的至少一个，经电容将所述放射部件与所述导体部件连接。提供一种实现了收发信号的增益提高、通信性能良好的移动通信终端。

Description

移动通信终端
本申请是申请号为201080043267.9(申请日：2010.11.18，发明名称：天线装置以及移动通信终端)的分案申请。
技术领域
本发明涉及天线装置以及移动通信终端，尤其涉及用于RFID(Radio FrequencyIdentification，射频识别)系统等的天线装置，以及包括该天线装置的移动通信终端。
背景技术
近年来，作为物品或信息的管理系统，开发了RFID系统，在该系统中，产生感应磁场的读写器与附着于物品并存储指定信息的IC标签等无线IC设备通过利用了电磁场的非接触方式进行通信，进行指定的信息和电力的收发。
例如，专利文献1中公开了组装有非接触式IC卡的移动电话。但是，移动电话等移动通信终端是小型且多功能的，因此在小型的壳体内高密度地搭载有各种金属部件。例如，在作为主板的印刷线路板上配置多层接地导体等部件，在该印刷线路板的表面上高密度地安装IC芯片、电容器等包含金属的部件。另外，在壳体内还配置作为电源的电池组，在该电池组中使用框体等金属部件。
因此，壳体内搭载的IC卡等的天线装置受到壳体内设置的金属部件的影响，存在着通信性能劣化的问题。为了确保指定的通信性能，需要增大天线的大小，或者重新考虑壳体的形状或金属部件的布局等，但是目前这种做法也存在局限。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：JP特开2003-37861号公报
发明内容
发明要解决的问题
本发明鉴于上述现状而作，其目的在于提供实现了收发信号的增益的提高、通信性能良好的天线装置以及移动通信终端。
用于解决问题的手段
为了实现上述目的，作为本发明的第一方式的天线装置的特征在于包括：
馈电部件，包含线圈图案；以及
放射部件，放射从所述馈电部件供应的发送信号，及/或对接收信号进行接收并将其供应给所述馈电部件，其中，
所述放射部件具有在其一部分上形成的开口部以及连接于该开口部的狭缝部，在从所述线圈图案的卷轴方向俯视时，所述放射部件的开口部与所述线圈图案的内侧区域至少一部分重叠，所述放射部件与所述线圈图案至少一部分重叠。
作为本发明的第二方式的移动通信终端的特征在于包括：
馈电部件，包含线圈图案；
放射部件，放射从所述馈电部件供应的发送信号，及/或对接收信号进行接收并将其供应给所述馈电部件；以及
壳体，内置所述馈电部件以及所述放射部件，其中，
所述放射部件具有在其一部分上形成的开口部以及连接于该开口部的狭缝部，在从所述线圈图案的卷轴方向俯视时，所述放射部件的开口部与所述线圈图案的内侧区域至少一部分重叠，所述放射部件与所述线圈图案至少一部分重叠。
所述放射部件具有在其一部分上形成的开口部以及连接于该开口部的狭缝部，在从馈电部件包含的线圈图案的卷轴方向俯视时，放射部件的开口部与线圈图案的内侧区域至少一部分重叠，放射部件与线圈图案至少一部分重叠，因而在电流流至线圈图案后，激励的磁场通过放射部件的开口部理想分布，由该感应磁场在放射部件中的开口部周边激励感应电流。由此，能够提高收发信号的增益，扩大通信距离。
发明效果
根据本发明，能够实现收发信号的增益的提高，得到良好的通信性能。
附图说明
图1表示搭载有作为实施例1的天线装置的移动通信终端，(A)是壳体的背面图，(B)是A-A剖视图。
图2是分解表示作为实施例1的天线装置的说明图。
图3是表示在作为实施例1的天线装置中线圈图案(coil pattern)与放射部件的耦合的说明图。
图4是表示在作为实施例1的天线装置中在放射部件的开口部的周边产生的感应电流的说明图。
图5是表示在作为实施例1的天线装置中在放射部件的周缘部流动的感应电流的说明图。
图6是表示天线装置与读写器侧天线的磁耦合状态的说明图，(A)表示实施例1，(B)表示比较例。
图7是在作为实施例1的天线装置中无线信号为UHF(超高频)带的情况下的动作说明图。
图8表示作为实施例2的天线装置，(A)是分解立体图，(B)是剖视图。
图9是作为实施例2的天线装置的简化的动作说明图。
图10表示搭载有作为实施例3的天线装置的移动通信终端的概况，(A)是俯视图，(B)是侧视图。
图11表示搭载有作为实施例4的天线装置的移动通信终端的概况，(A)是俯视图，(B)是侧视图。
图12表示搭载有作为实施例5的天线装置的移动通信终端的概况，(A)是俯视图，(B)是侧视图。
图13表示搭载有作为实施例6的天线装置的移动通信终端的概况，(A)是俯视图，(B)是侧视图。
图14表示作为实施例7的天线装置，(A)是分解立体图，(B)是俯视图。
图15表示作为实施例8的天线装置，(A)是分解立体图，(B)是俯视图。
具体实施方式
以下，基于具体的实施例说明本发明所涉及的天线装置以及移动通信终端。此外，在各图中，对共同的部件、部分标注相同的符号，省略重复的说明。
(实施例1，参照图1～图7)
如图1(A)、(B)所示，作为实施例1的天线装置1A由设置在移动通信终端(例如移动电话)的壳体5的背面侧的包含线圈图案15的馈电部件10；由粘合于馈电部件10的铁氧体片构成的磁性部件19；以及放射部件20构成。
放射部件20作为放射从馈电部件10供应的信号以及对接收信号进行接收并将其供应给馈电部件10的天线起作用，在壳体5的背面侧设置金属的膜或箔而形成。馈电部件10由层叠有多个电介质层(热塑性树脂片)的层叠体构成，线圈图案15是将在多个电介质层中分别配置的多个环状导体经由导通孔(via-hole)导体等层间导体(在图1(B)中未图示)以在层叠体的层叠方向上具有卷轴的方式连接为螺旋状而作为线圈形成的。另外，线圈图案15的两端部分连接到内置于壳体5的IC标签等的无线电路。
放射部件20具有在其一部分上形成的开口部21以及从边缘部连通于该开口部21的狭缝部22。狭缝部22的一端连接于开口部21，另一端在放射部件20的侧边缘开放。即，狭缝部22以连通开口部21与放射部件20的侧边缘的方式设置。从线圈图案15的卷轴方向俯视时，开口部21的全部区域重叠于线圈图案15的内侧区域，线圈图案15与放射部件20重叠。
天线装置1A的组装过程如图2所示，首先，在内置有线圈图案15的馈电部件10上粘合磁性部件19，将馈电部件10粘合到放射部件20上。
在由以上结构形成的天线装置1A中，通过包含线圈图案15的馈电部件10，将来自电连接于线圈图案15两端的无线电路的发送信号供应给放射部件20，并经由馈电部件10将来自放射部件20的接收信号(接收电力)供应给无线电路。以下对该动作进行详细描述。
如前所述，从设置于馈电部件10的线圈图案15的卷轴方向俯视时，放射部件20的开口部21与线圈图案15的内侧区域重叠。因此，如图3所示，例如在无线信号的发送时，信号电流从无线电路流至线圈图案15，由该电流产生的感应磁场H通过开口部21以图中虚线所示的方式理想地分布。磁场H理想地分布，是指两个磁场H的中心B与开口部21的中心一致，在该状态下放射部件20的增益达到最大。
由于上述感应磁场H，如图4所示，在开口部21的周围部分处，产生感应电流I1、I2(其中，电流I1、I2的传播方向有180°不同)。具体而言，如图5所示，流经开口部21以及狭缝部22的周围，利用放射部件20的平面以及边缘效应，感应电流I1、I2在放射部件20的周缘部流动。此外，在图5中未图示电流I2，电流I2与电流I1在相反方向上流动。由于放射部件20与线圈图案15在俯视时重叠，所以感应电流I1、I2在与流至线圈图案15的电流相反的方向上流动，以阻断由线圈图案15产生的感应磁场。
此处，由于感应电流I1、I2，从放射部件20产生磁场，感应电流I1、I2流至放射部件20的整体。尤其是，在由天线装置1A处理的无线信号为HF带的情况下，如图6(A)所示，放射部件20中不透过磁束，因而在以放射部件20的开口部21为内侧、以放射部件20的外缘为外侧的路径中，磁束φ描绘出相对较大的环路。据此，能够扩大与读写器的天线40的通信距离。
本天线装置1A与读写器的天线40的磁耦合状态如图6(A)所示。作为比较例在图6(B)中示出省略放射部件20的情况。在该比较例中，不存在放射部件20，因而磁束φ不扩大，与天线40的耦合量较小。因此，产生随着两者的接近通信反而变得不稳定的现象。
此处，示出测定了针对馈电部件10的各种尺寸(纵横的尺寸)的与读写器的天线40的可通信距离的结果。此外，括号内是省略了放射部件20的比较例中的可通信距离。
22.5mm×20mm时，0～44mm(0～24mm)
22.5mm×19mm时，0～43mm(0～23mm)
22.5mm×18mm时，0～41mm(0～19mm)
22.5mm×17mm时，0～39mm(－)
22.5mm×16mm时，0～38mm(－)
这样，在放射部件20中，由感应电流I1、I2感应磁场H，在由天线装置1A处理的无线信号为高频带，尤其是UHF(超高频)带的情况下，如图7所示，由该磁场H感应电场E，由该电场E感应磁场H，通过这一连锁现象，电磁场分布二维扩展到放射部件20的整个区域。并且，通过该电磁场分布来发送无线信号，通过使感应电流I1、I2流至放射部件20的整体，能够扩大通信距离。
此外，由于狭缝部22连接于开口部21，所以该感应电流I1、I2由狭缝部22限制其流动，被提馈电位差(形成电容)。因此，通过用狭缝部22的长度L1或宽度L2控制感应电流I1、I2的量或分布，能够控制在放射部件20的整个区域中产生的电场/磁场的量。其结果是，能够控制发送信号的增益。
如前所述，能够利用狭缝部22的长度L1或宽度L2控制由放射部件20收发的无线信号的增益。具体而言，随着增大狭缝部22的长度L1，或者减小宽度L2，增益具有变大的倾向。
如图1(B)所示，较为理想的是，馈电部件10的各电介质层中设置的环状导体由分别隔开指定间隔平行的多个线路导体形成。即，在本实施例1中，形成为环状的导体作为平行的两根线路导体形成，由此，在两根线路导体之间磁束也会通过，感应的磁场在线圈图案15的中心方向，即与卷轴垂直的方向上扩张，能够有效地利用磁束。另外，通过增加环状导体的并联根数，产生能够减小环状导体的直流电阻的效果。其结果是，能够提高无线信号的增益。
在图3所示的等效电路中，作为馈电电路仅图示线圈图案15，但除了利用线圈图案15本身的电感作为电感成分以外，由于线圈图案15由以上述方式层叠的环状电极形成，所以将在各层环状电极之间形成的杂散电容(stray capacitance)作为电容成分利用。此外，馈电部件10中包括至少一个线圈图案15即可，在馈电电路具有指定的共振频率的情况下，还可以具有例如用于调整其共振频率的电容成分或电感成分。
在本实施例1中，馈电电路(线圈图案15)具有指定的共振频率，由放射部件20收发的无线信号的频率实质上相当于该共振频率是较为理想的。此处，“实质上相当于”是指馈电电路具有的共振频率的频带与由放射部件20收发的无线信号的频带大致一致。这样，发送信号及/或接收信号的频率实质上等于馈电电路的共振频率，因而能够得到具有基本不依赖于放射部件20的形状或材质、支撑放射部件20的壳体5的形状或材质等的稳定的频率特性的天线装置。
换言之，由放射部件20中的开口部21或狭缝部22的形状或材质，或者馈电部件10中的线圈图案15的形状或材质决定无线信号的频带，并且实现了放射部件20与无线电路(信号处理部)的阻抗匹配。因此，能够在不改变放射部件20的开口部21或狭缝部22的形状或线圈图案的形状的情况下，实现与各种移动通信终端相对应的天线装置。
另外，与馈电部件10重叠配置的磁性部件19具有使线圈图案15中产生的磁场不向外部泄漏地与放射部件高效耦合，并且阻断外部产生的磁场以防止通信性能劣化的功能。
此外，在本实施例1中，馈电部件10与放射部件20进行电磁耦合，因而不一定需要考虑馈电部件10与放射部件20之间的阻抗匹配。即，根据本实施例1，如前所述，通过适宜地设计狭缝部22的形状，能够非常容易地控制无线信号的增益。
较为理想的是，放射部件20的开口部21与线圈图案15的内侧区域大致在整个区域中重叠，并且开口部21的面积与线圈图案15的内侧区域的面积大致相同。其理由是，由线圈图案15产生的磁场H(参照图3)对放射部件20高效地传播，抑制损失并提高增益。另外，通过使开口部21与线圈图案15的内侧区域大致在整个区域中重叠，能够使线圈图案15整体与放射部件20重叠。并且，据此能够由放射部件20产生较大的感应电流，因而能够进一步提高通信距离。但是，开口部21与线圈图案15的内侧区域至少一部分重叠，放射部件20与线圈图案15一部分重叠即可。
另外，较为理想的是，放射部件20的面积比形成线圈图案15的部分的面积大。通过使放射部件20的面积比由线圈图案15形成的部分的面积大，感应电流描绘出较大的环路而流动，因而能够进一步提高通信距离。
关于狭缝部22的形状，如本实施例1这样呈直线状，在加工性方面较为有利，但也可以形成为蜿蜒状或弯曲状。此外，馈电部件10也可以是在单层基板上形成了线圈图案15的部件。
(实施例2，参照图8、图9)
如图8(A)、(B)所示，作为实施例2的天线装置1B基本上具有与作为上述实施例1的天线装置1A相同的结构，不同之处在于，借助电容C(参照图9)耦合搭载于移动通信终端的印刷线路板6上设置的导体部件(以下称为接地导体7)与放射部件20。更详细而言，接地导体7与放射部件20相互对向设置，作为粘合剂的电介质层18介于电连接于该接地导体7的导电性部件(电容补偿元件)8与放射部件20之间，由此在导电性部件8与放射部件20之间形成电容C。
作为本实施例2的天线装置1B的作用效果与作为上述实施例1的天线装置1A基本相同，关于放射部件20与接地导体7通过电容C耦合这一点会产生如下作用效果。
即，如图9所示，由于由通信时流至线圈图案15的信号电流所引起的感应磁场，感应电流I1、I2流至放射部件20。此外，图9与实施例1中参照的图5相比较为简化地进行表示。由于该感应电流I1、I2，在与放射部件20相向的接地导体7中，在抵消由感应电流产生的磁场的方向上产生涡流电流I3、I4。涡流电流I3、I4本来作为热量散失，但涡流电流I3、I4的能量通过上述电容C返回到放射部件20，作为其结果放射部件20的增益提高，能够扩大通信距离。另外，由线圈图案15感应的磁场由放射部件20至接地导体7吸收，因而考虑与壳体5内搭载的其他金属部件的配置关系的必要性变小。
如上所述，在本实施例2中，放射部件20与接地导体7的合成电感与上述电容C形成并联共振电路。该并联共振电路的共振点需要比由放射部件20收发的频率高。即，若使用频率比该并联共振电路的共振频率低，则并联共振电路成为磁场放射性(L性)，若使用频率比该并联共振电路的共振频率高，则并联共振电路成为电场放射性(C性)。由此，在通信中利用磁场放射的情况下，并联共振电路的共振点需要比使用频率(由放射部件20收发的频率)高。
此外，在本实施例2中，与放射部件20电容耦合的导体部件只要是印刷线路板6上设置的导体部件即可，当然也可以是接地导体7以外的部件。另外，将导体部件与放射部件20电容耦合的方式是任意的，例如，也可以利用壳体5内搭载的金属框作为导电性部件8。另外，较为理想的是，导电性部件(电容补偿元件)8与狭缝部22邻近配置。通过将电容补偿元件与狭缝部22邻近配置，由狭缝部22的电感成分和包含电容补偿元件的放射部件20-接地导体7间部分，形成一个LC并联共振电路。通过将其共振频率设定得比使用频率高，以狭缝部22为起点产生磁场放射。此时，并联共振电路的电流也流至接地导体7，因而能够将接地导体7作为放射部的一部分使用，能够从较大的接地导体7进行磁场放射。
(实施例3～6，参照图10～图13)
接着，说明作为实施例3～6的天线装置1C～1F。这些天线装置1C～1F通过以各种方式改变放射部件20的狭缝部22的朝向，或者印刷线路板上设置的接地导体7与放射部件20的位置关系，得到指定的指向性。
如图10所示，天线装置1C中，放射部件20与接地导体7的一端重叠，并且狭缝部22朝向终端壳体5的内侧配置。磁束φ1、φ2、φ3表示磁场的指向性。
如图11所示，天线装置1D中，放射部件20与接地导体7的一端重叠，并且狭缝部22朝向终端壳体5的外侧配置。磁束φ1、φ2表示磁场的指向性。
如图12所示，天线装置1E中，在终端壳体5的右侧切断接地导体7，使放射部件20与接地导体7不重叠，并且狭缝部22朝向终端壳体5的外侧配置。磁束φ1、φ2、φ3表示磁场的指向性。
如图13所示，天线装置1F中，弯折放射部件20以使狭缝部22倾斜，使开口部21与接地导体7的一端重叠，并且狭缝部22朝向终端壳体5的外侧配置。磁束φ1、φ2、φ3表示磁场的指向性。
(实施例7，参照图14)
如图14所示，作为实施例7的天线装置1G设置电连接于接地导体7的两个导电性部件(电容补偿元件)8，在导电性部件8与放射部件20之间形成两个电容C1、C2。本天线装置1G是作为上述实施例2说明的天线装置1B的应用例，能够使由接地导体7消耗的涡流电流能量有效地回馈给放射部件20。尤其是，在本天线装置1G中，在狭缝部22的两侧分别配置一个导电性部件8，因此涡流电流能量的回馈变得较为有效。此处所说的“涡流电流能量的回馈”是指，在放射部件20的狭缝部22的两端与接地导体7之间，通过设置电容补偿元件形成静电电容，形成包含狭缝部22与接地导体7的一个共振电路，由此能够使接地导体7也成为放射部的一部分。因此，放射部20即使邻近接地导体7也能进行磁场放射(或电场放射)，从接地导体7也产生磁场(或电场)的放射。此处，接地导体7也可以是接地导体以外的移动电话的电池等金属部件、电气上未与任何部件连接的杂散电极图案、或者流通有其他信号的布线图案。
此外，为了回馈涡流电流能量，作为在接地导体7与放射部件20之间进行耦合的电容补偿元件，也可以以夹入接地导体7与放射部件20之间的方式设置片状电容器。这也适用于上述第二实施例(天线装置1B)。
(实施例8，参照图15)
如图15所示，作为实施例8的天线装置1H以狭缝部22与接地导体7的边缘重叠的方式配置放射部件20。根据该结构，放射部件20与接地导体7通过电容C1、C2进行耦合，能够在不设置作为电容补偿元件的导电性部件8的情况下，使涡流电流能量回馈到放射部件20。此外，在本天线装置1H中，也可以设置电容补偿元件。
另外，在上述实施例7、8中，由放射部件20的电感、放射部件20与接地导体7之间形成的电容、以及接地导体7的电感形成共振电路。较为理想的是，该共振电路的共振频率设定得比由放射部件20收发的通信频率高。例如，在将本天线装置用于RFID系统的情况下，将上述共振电路的共振频率设定为比通信频率13.56MHz稍高的例如15.04MHz。由此，本天线装置与读写器的天线进行磁场耦合以进行通信。
(其他实施例)
此外，本发明所涉及的天线装置以及移动通信终端不限于上述实施例，能够在其主旨的范围内进行各种变形。
尤其是，作为移动通信终端的移动电话仅为例示，本发明能够适用于各种移动通信终端。另外，作为与放射部件进行耦合的导体部件，不限于上述接地导体，也可以是终端的金属制壳体。
产业上的利用可能性
如上所述，本发明对天线装置、移动通信终端是有用的，尤其在能够增大收发信号的增益以扩大通信距离这一点上性能优越。
符号说明
1A～1H 天线装置
5 壳体
6 印刷线路板
7 接地导体
8 导电性部件(电容补偿元件)
10 馈电部件
15 线圈图案
20 放射部件
21 开口部
22 狭缝部

Claims (5)

1.一种移动通信终端，具有天线装置，该天线装置包括：
馈电部件，其包含线圈图案；
放射部件；和
导体部件，其与所述放射部件相对置，
所述放射部件具有在其一部分上形成的开口部以及连接于该开口部的狭缝部，
在俯视所述放射部件的方向，所述线圈图案与所述放射部件局部重叠，
所述放射部件的开口部与所述线圈图案的内侧区域至少局部重叠，
所述导体部件是配置在印刷线路板上的接地导体，
所述放射部件与所述导体部件，通过第1连接部及第2连接部连接，
所述第1连接部及所述第2连接部，分别经电容将所述放射部件与所述导体部件连接。
2.根据权利要求1所述的移动通信终端，其特征在于：
所述第1连接部及所述第2连接部，在所述狭缝部的两侧，分别经电容将所述放射部件与所述导体部件连接。
3.根据权利要求1或2所述的移动通信终端，其特征在于：
所述导体部件被配置成至少与所述放射部件的所述狭缝部的一部分重叠。
4.根据权利要求1或2所述的移动通信终端，其特征在于：
所述导体部件与所述放射部件，经电容补偿元件耦合。
5.根据权利要求3所述的移动通信终端，其特征在于：
所述导体部件与所述放射部件，经电容补偿元件耦合。
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