CN104781986A - 天线和无线通信设备 - Google Patents

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Abstract

以多个频带操作的小天线包括形成具有不同谐振频率的第一裂环谐振器和第二裂环谐振器的第一导体平面并且包含第一分支线、第二分支线和分支部的馈电线。裂环谐振器的每一个包括沿在第一导体平面中形成的开口的开口边缘的导体区域和切断导体区域的一部分的裂部。第一分支线的一端连接到第一裂环谐振器以及另一端横跨导体区域延伸到分支部；第二分支线的一端连接到第二裂环谐振器并且另一端横跨导体区域，延伸到分支部。

Description

天线和无线通信设备
技术领域
本发明涉及包括在多个频带中进行操作的裂环谐振器(split ringresonator)的天线以及使用该天线的无线通信设备。本申请基于并且要求2012年11月12日提交的日本专利申请公开No.2012-248169的优先权权益，其全部内容合并于此。
背景技术
已经开发了用于在无线通信设备中使用的天线和结构的各种技术。例如，PTL 1公开了可以高精度调谐其谐振频率的天线设备。PTL2(相当于WO 98/44590)公开了用于天线的馈电网络。PTL 3公开了具有宽带相位响应的电磁波传播介质。PTL 4公开了使用微波谐振器设备的天线设备。PTL 5(相当于WO 2006/023195)公开了超材料，包括在宽频带具有负折射率的透镜、衍射光学器件和梯度折射率光学器件。PTL 6公开了微波传输线路。NPL 1和NP 2公开了裂环谐振器天线。
近年来，已经开发了周期性地设置具有特定结构的导体图案来人工地控制通过该结构传播的电磁波的传播特性的超材料。在超材料的已知基本部件中，谐振器使用作为其一个圆周部分被切开的环形导体的C形裂环。裂环谐振器可以与磁场交互以控制有效的磁导率。
另一方面，要求减小具有通信功能的电子设备(例如无线通信设备)的整体尺寸，并且相应地需要减小天线尺寸。因此，已经提出了使用裂环谐振器来减小天线的尺寸。例如，NPL 1公开了在单极天线附近设置裂环谐振器来增加有效磁导率并且减小单极天线的尺寸的技术。NPL 2公开了在贴片和贴片天线的接地平面之间的区域中周期性地设置裂环谐振器来增加有效磁导率并且减小贴片天线的尺寸的技术。
关于上述技术，PTL 1公开了一种天线设备，其中，在介电基板的表面上设置的导体板中形成缝隙(slot)，并且以使得短截线(stub)跨缝隙延伸的方式通过通孔来在介电基板的另一表面上形成短截线，由此使得能够进行谐振频率的精确调谐。
[引用列表]
[专利文献]
[PTL1]日本特开专利申请No.2012-85262
[PTL2]日本特开专利申请No.2007-306585
[PTL3]日本特开专利申请No.2010-103609
[PTL4]日本特开专利申请No.2011-41100
[PTL5]日本特开专利申请No.2011-254482
[PTL6]WO2008/111460A1
[非专利文献]
[NPL1]“Electrically Small Split Ring Resonator Antennas”,Journal ofApplied Physics,101,083104(2007)
[NPL2]“Patch Antenna with Stacked Split-Ring Resonators as an10Artificial Magneto-Dielectric Substrate”,Microwave and OpticalTechnology Letters,Vol.46,No.6,2005年9月20日
发明内容
[技术问题]
在NPL1和NPL2中公开的使用裂环谐振器的天线仅在一个频带中进行操作，并且因此，这些天线难以符合在无线LAN中使用多个频带的无线通信标准。此外，配备有GPS和无线LAN功能的电子设备需要在多个频带上进行操作。然而，常规技术难以符合多个无线通信标准。
实现本发明以解决上述问题，并且本发明的目的在于提供通过组合多个裂环谐振器来配置以在多个频带中进行操作的天线、以及使用该天线的无线通信设备。
[对问题的解决方案]
本发明的第一模式是一种包括第一导体平面和馈电线的天线，在该第一导体平面中形成具有不同谐振频率的第一裂环谐振器和第二裂环谐振器，馈电线包括第一分支线、第二分支线和分支部。第一裂环谐振器包括沿着在第一导体平面中形成的第一开口的开口边缘的第一导体区域以及切断第一导体区域的一部分的第一裂部(split portion)。第二裂环谐振器包括沿着在第一导体平面中形成的第二开口的开口边缘的第二导体区域以及切断第二导体区域的一部分的第二裂部。第一分支线的一端连接到第一裂环谐振器，并且另一端跨第一导体区域延伸到分支部；第二分支线的一端连接到第二裂环谐振器，并且另一端跨第二导体区域延伸到分支部。
本发明的第二模式是一种无线通信设备，该无线通信设备使用包括用于传送和接收无线信号的两个或更多个频率的电磁波。该无线通信设备包括具有上述配置的天线。
[本发明的有益效果]
本发明提供了一种小型天线，其中，紧凑地设置具有不同谐振频率的多个裂环谐振器。在无线通信设备中使用该天线使得能够在不增加无线通信设备的整体尺寸的情况下进行符合多个通信标准的无线信号的传送和接收。
附图说明
图1是根据本发明的第一示例性实施例的天线的立体图。
图2是第一示例性实施例的天线的第一变形的立体图。
图3是第一示例性实施例的天线的第二变形的平面图。
图4是第一示例性实施例的天线的第三变形的平面图。
图5是第一示例性实施例的天线的第四变形的平面图。
图6是根据本发明的第二示例性实施例的天线的立体图。
图7是根据本发明的第三示例性实施例的天线的立体图。
图8是本发明的第三示例性实施例的天线的变形的立体图。
图9是根据本发明的第四示例性实施例的天线的立体图。
图10是根据本发明的第五示例性实施例的天线的立体图。
图11是第五示例性实施例的天线的变形的立体图。
图12是第五示例性实施例的天线的变形的平面图。
图13是根据本发明的第六示例性实施例的无线通信设备的平面图。
图14是图示根据上述示例性实施例中的任何一个的天线的最小配置的立体图。
图15是图示根据第一示例性实施例的天线的电磁场模拟的结果的图。
图16是图示根据第一示例性实施例的第一变形的天线的电磁场模拟的结果的图。
图17是根据本发明的第七示例性实施例的天线的立体图。
图18是根据第七示例性实施例的第一变形的天线的立体图。
图19是根据第七示例性实施例的第二变形的天线的立体图。
图20是根据第七示例性实施例的第三变形的天线的立体图。
具体实施方式
参考附图，通过示例性实施例来具体描述根据本发明的天线和无线通信设备。注意，在附图中，对相同或相似的部件给予相同或相似的附图标记，并且适当地省略其重复描述。
第一示例性实施例
图1是根据本发明的第一示例性实施例的天线10的立体图。天线10包括第一导体平面1以及馈电线5，该第一导体平面1包括第一裂环谐振器2和第二裂环谐振器3。馈电线5包括第一分支线5a、第二分支线5b以及电气地互连第一分支线5a和第二分支线5b的分支部5c。
第一裂环谐振器2包括沿着在第一导体平面1中形成的第一开口11的开口边缘的第一导体区域12以及通过切割第一导体区域12的一部分形成的第一裂部13。第二裂环谐振器3包括沿着在第一导体平面1中形成的第二开口14的开口边缘的第二导体区域15以及通过切割第二导体区域15的一部分形成的第二裂部16。具体地，第一裂环谐振器2是特定导体区域，该特定导体区域占用第一导体平面1的一部分并且是由第一导体区域12和第一裂部13构成的C形导体区域，该第一导体区域12是在第一开口11的开口边缘周围的框状区域，第一裂部13切断第一导体区域12的一部分。然而，第一裂环谐振器2不具有与第一导体平面1的其他区域的明确边界。第二裂环谐振器3是特定导体区域，该特定导体区域占用第一导体平面1的一部分并且是由第二导体区域15和第二裂部16构成的C形导体区域，第二导体区域15是在第二开口14的开口边缘周围的框状区域，第二裂部16切断第二导体区域15的一部分。为了在天线10中设定所需要的谐振特性，如图1所示，第一开口11和第二开口14优选地形成为接近第一导体平面1的边缘，但不限于此。
第一导体平面1是以平面视图成形的矩形，并且在第一导体平面1的同一侧上形成第一裂部13和第二裂部16，但不限于此。应注意到，第一导体平面1的周围的至少一部分形成直线侧，在同一侧上形成第一裂部13和第二裂部16。
如图1所示，第一导体区域12包括第一左臂部12a和第二右臂前12b，在两者之间具有第一裂部13。第二导体区域15包括第二左臂部15a和第二右臂部15b，在两者之间具有第二裂部16。第一左臂部12a和第一右臂部12b可以被形成为第一导体平面1内的L形。这是用于将通过跨第一列部13并行设置第一左臂部12a和第一左臂部12b所形成的电容调整为期望值的设置，但该设置不限于此。可以根据电容值来改变图1的配置。这适用于第二左臂部15a和第二右臂部15b。
馈电线5的第一分支线5a的一端连接到第一裂环谐振器2，并且另一端延伸到跨第一导体区域12的分支线5c。馈电线5的第一分支线5b的一端连接到第二裂环谐振器3，并且另一端延伸到跨第二导体区域15的分支部c。
第一导体平面1包括与第一开口1和第二开口14连通的间隙8。具体地，间隙8包括与第一开口11连通的第一分支间隙8a以及与第二开口14连通的第二分支间隙8b。分支间隙8a和8b被形成为使得其接合在一起并且然后在一个方向上延伸。馈电线5被形成在以上与第一导体平面1中给出的部件相同的平面中，并且在两侧保持与第一导体平面1的预定距离的同时在间隙8内延伸。具体地，第一分支线5a的一端连接到相对于第一裂部13更接近第二裂环谐振器3设置的第一右臂部12b。另一端通过第一开口11，在相对侧在跨第一导体区域12的第一间隙8a内延伸，并且连接到分支部5c。第二分支线5b的一端连接到相对于第二裂部16更接近第一裂环谐振器2设置的第二左臂部15a。另一端通过第二开口14，在相对侧在横跨第二导体区域15的第二间隙8b内延伸，并且连接到分支部5c。
馈电线5的第一分支线5a和第二分支线5b延伸并且连接到分支部5c，并且馈电线5在一个方向上在间隙8内延伸。然后，馈电线5的末端连接到射频电路(RF电路，未示出)。注意，“第一分支线5a(或第二分支线5b)跨第一导体区域12(或第二导体区域15)延伸”是指第一分支线5a(或第二分支线5b)在作为部分缺少第一导体区域12(或第二导体区域15)中的导体的一部分的第一分支间隙8a(或第二分支间隙8b)内延伸。
馈电线5电气地耦合到在其间具有间隙8的馈电线5的两侧设置的第一导体平面1以形成传输线路。可以通过适当地调整馈电线5的第一分支线5a和第二分支线5b的线宽或第一分支线5a和第二分支线5b中的每一个与第一导体平面1之间的距离，来设定传输线路的特性阻抗。因此，传输线路的特性阻抗可以与RF电路的阻抗匹配，以将信号从RF电路提供到天线而不反射。然而，不论传输线路的特性阻抗是否与RF电路的阻抗匹配不会影响该示例性实施例的操作。
在天线10中，第一分支线5a连接到第一裂环谐振器2的第一右臂部12b，而第二分支线5b连接到第二裂环谐振器3的第二左臂部15a。这在谐振频率处使得能够进行与裂环谐振器2和3的良好阻抗匹配。此外，在天线10中，可以通过调整第一分支线5a和第一右臂部12b之间的连接位置，而不插入阻抗匹配电路，来调整在第一分支线5a和第一裂环谐振器2之间的阻抗匹配。此外，在天线10中，可以通过调整在第二分支线5b和第二左臂部15a之间的连接位置，而不插入阻抗匹配电路，来调整在第二分支线5b和第二裂环谐振器3之间的阻抗匹配。
通常，第一导体平面1和馈电线5由多层印刷电路板中的任何一层中的铜箔制成，并且介电基板(未示出)支持第一导体平面1和馈电线5。然而，根据第一示例性实施例的天线10不一定需要在多层印刷电路板中形成。例如，天线10可以在金属板上形成。此外，第一导体平面1和馈电线5可以由除铜箔外的任何导电材料制成，并且可以由相同材料或不同材料制成。
接着，将描述根据第一示例性实施例的天线10的具体操作。由f1表示天线10中的第一裂环谐振器2的谐振频率，并且由f2表示第二裂环谐振器3的谐振频率。假定已经适当地调整了由馈电线5、间隙8和第一导体平面1构成的传输线路的特性阻抗，使得射频信号(RF信号)的反射不会发生。
首先，连接到馈电线5的作为RF源(或馈电点)的RF电路(未示出)将频率f1的RF信号提供到馈电线5。馈电线5传播从RF电路输入的频率f1的RF信号而不反射，由此将射频功率(RF功率)提供到第一裂环谐振器2。注意在由第二裂环谐振器3和分支线5b构成的传输线路中，不进行用于频率f1的阻抗匹配，并且因此，馈电线5不将频率f1的RF信号传送到第二裂环谐振器3。
频率f1的RF信号已经被输入的第一裂环谐振器2用作由沿着第一开口11的开口边缘的第一导体区域12形成的电感以及由跨第一裂部13并行设置的第一左臂部12a和第二右臂部12b形成的电容构成的LC串联谐振电路，以使输入RF信号进行谐振。然后，天线10基于第一裂环谐振器2中发生的谐振，来将频率f1的电磁信号发射到空气中。
接着，将描述RF电路将频率f2的RF信号传送到馈电线5的操作。馈电线5传播从RF电路输入的频率f2的RF信号而不反射，由此将RF功率提供到第二裂环谐振器3。注意，在由第一裂环谐振器2和分支线5a构成的传输线路中，不进行用于频率f2的阻抗匹配，并且因此，馈电线5不将频率f2的RF信号传送到第一裂环谐振器2。
频率f2的RF信号已经被输入的第二裂环谐振器3用作由沿着第二开口14的开口边缘的第二导体区域15形成的电感以及由跨第二裂部16并行设置的第二左臂部15a和第二右臂部15b形成的电容构成的LC串联谐振电路，以使输入RF信号进行谐振。然后，天线10基于第二裂环谐振器3中发生的谐振来将频率f2的电磁信号发射到空气中。
图15是图示根据第一示例性实施例的天线10的电磁场模拟的结果的图。图15中的电磁场模拟的结果表示从馈电线5看到的第一示例性实施例的天线10中的反射功率量S11(dB)。较小的反射功率量S11表示在馈电线5和裂环谐振器2、3之间的更好的阻抗匹配以及从馈电线5到裂环谐振器2、3的更好的功率馈送。如从图15可以看出，反射功率量S11在用在无线LAN中使用的2.4GHz和5GHz中减小，该事实示出了第一示例性实施例的天线10良好地作为多频带天线进行操作。
尽管在上述描述中，RF电路在不同时段中输出频率f1和f2的RF信号，但是RF电路可以同时输出频率f1和f2的RF信号。此外，尽管在上述描述中，天线10作为无线电信号的发送方反射电磁波，但天线10不限于此。天线10可以作为无线电信号的接收方接收电磁波。具体地，天线可以接收已经从外部设备传送并且通过空气传播的频率f1或f2的电磁波(例如RF信号)，并且可以将RF信号发送到RF电路(或接收电路)。在该情况下，天线10执行与上述过程相反的操作过程。
在裂环谐振器2、3中，可以加大开口11、14以拉长环状电流通路，由此增加电感来减小谐振频率。此外，减小跨天线10中的裂部13(或裂部16)并行设置的导体，即第一左臂部12a和第一右臂部12b(或第二左臂部15a和第二右臂部15b)，之间的距离可以增加电容来减小谐振频率。替代地，增加跨天线10中的裂部13、16并行设置的导体的宽度可以增加电容来减小谐振频率。
特别地，与电磁波的波长相比，增加跨裂部13、16形成的电容的方法可以减小谐振频率，而不增加天线10的整体尺寸，并且因此，可以减小天线10的尺寸。此外，可以进行设置以允许裂环谐振器2、3具有不同的谐振频率，由此使得天线10能够用作多频带天线。以该方式，在根据第一示例性实施例的天线10中，与电磁波的波长相比，可以减小裂环谐振器2和3的尺寸，并且不需要包括阻抗匹配电路，以便于实现与特定频率的阻抗匹配。因此，根据第一示例性实施例的天线10小于设置一个裂环谐振器、一条传输线路和一个RF电路的多个组合的天线，但是能够在多个频带中进行操作。因此，在无线通信设备中提供根据第一示例性实施例的至少一个天线可以减小无线通信设备的整体尺寸。
根据第一示例性实施例的天线10的结构不限于图1所示的结构；天线10可以被修改成图2至图5中所示的结构中的任何一个。例如，在天线10中，在分支线5a、5b与裂环谐振器2、3之间的连接不限于图1所示的连接。图2是天线10的第一变形的立体图。如图2所示，相对于第一裂环谐振器2的第一裂部13，第一分支线5a可以连接到更远离第二裂环谐振器3的第一左臂部12a。相对于第二裂环谐振器2的第二裂部16，第二分支线5b可以连接到更远离第一裂环谐振器2的第二右臂部15b。在图2所示的结构中，可以在裂环谐振器2、3的谐振频率处实现良好阻抗匹配。
图16是图示根据第一示例性实施例的第一变形的天线10的电磁场模拟的结果的图。图16中的电磁场模拟的结果表示从馈电线5看到的图2中的天线10中的反射功率量S11(dB)。如可以从图16看到的，反射功率量S11在无线LAN中使用的2.4GHz和5GHz中二者中减小，该事实示出了图2中的天线10良好地作为多频带天线进行操作。
通过调整图2的天线10中的第一分支线5a和第一左臂部12a之间的连接位置，可以在不安装阻抗匹配电路的情况下来调整在第一分支线5a和第一裂环谐振器2之间的阻抗匹配。此外，通过调整在第二分支线5b和第二左臂部15b之间的连接位置，可以在不安装阻抗匹配电路的情况下来调整第二分支线5b和第二裂环谐振器3之间的阻抗匹配。
注意，在分支线5a、5b和裂环谐振器2、3之间的连接模式不限于图1和图2中所示的连接模式，并且不影响该示例性实施例的效果。例如，第一分支线5a可以连接到第一右臂部12b，并且第二分支线5b可以连接到第二右臂部15b。替代地，第一分支线5a可以连接到第一左臂部12a，并且第二分支线5b可以连接到第二左臂部15a。尽管在图1和图2中图示的天线10中，在分支线5和裂环谐振器2、3之间的连接模块是优选的，但是也可以采用其他连接模式。
尽管在图1和图2的第一导体平面1的区域中没有设置部件或布线，但是可以在第一导体平面1的区域中设置LSI部件、LC部件和布线。例如，可以在第一导体平面1的区域中设置连接到馈电线5的RF电路。然而，流过根据第一示例性实施例的天线10的电流不仅在第一裂环谐振器2、3周围流动，而且流过整个第一导体平面1。因此，如果存在比开口11、14更大的开口，在开口周围流动的电流可以提供另一天线功能，并且生成设计者不期望的电磁辐射。因此，用于在第一示例性实施例的天线10的第一导体平面1中设置另外的部件和布线的开口的尺寸优选地小于开口11、14。然而，提供用于在第一导体平面1中设置部件或布线的开口不会影响第一示例性实施例的天线10的操作。
图3是图示第一示例性实施例的天线10的第二变形的平面图。在图1和图2中，为提供跨裂部13、16并行设置的左臂部12a、15a和右臂部12b、15b的特定长度，左臂部12a、15a和右臂部12b、15b以直角弯折并且形成为在裂环谐振器2、3内延伸的L形。然而，左臂部12a、15a和右臂部12b、15b不需要被形成为L形。例如，如果可以将天线10中的电容选择为小，则可以在不弯折的情况下形成第一左臂部12a和第一右臂部12b，如图3所示。
图4是图示第一示例性实施例的天线10的第三变形的平面图。尽管在图1和图2中，在开口11、14的长度中心形成裂部13、16，但是裂部13、16不限于此。如图4所示，可以在开口11的长度的中心部分外的位置(例如，在平面图中的左手侧)形成裂部13。替代地，第一裂部13可以在第一导体区域12的周围的两个位置中形成。
图5是图示第一示例性实施例的天线的第四变形的平面图。尽管图1和图2中的开口11、14以矩形成形，但是开口11、14的形状不限于矩形。如图5所示，第一开口11可以被成形为圆或其他形状。尽管在图1和图2中，第二裂环谐振器3的第二开口14大于第一裂环谐振器2的第一开口11，但是其不限于此。第一裂环谐振器2的第一开口11可以大于第二裂环谐振器3的第二开口14。
第二示例性实施例
图6是根据本发明的第二示例性实施例的天线20的立体图。在图6的天线20中，对与图1中的天线10相同的部件给予相同的附图标记，并且将简化其描述。天线20具有与天线10类似的配置，并且将描述两者之间的区别。在天线20中，馈电线5被设置在不同于第一导体平面1的平面中，并且面对第一导体平面1。馈电线5的第一分支线5a的一端通过第一馈电导体通孔21连接到第一裂环谐振器2的第一右臂部12b。另一端跨第一开口11和第一导体区域12在面对第一导体平面1的平面中延伸，并且连接到分支部5c。第二分支线5b的一端通过第二馈电导体通孔21连接到第二裂环谐振器3的第二左臂部15a。另一端跨第二开口14和第二导体区域15在面对第一导体平面1的平面中延伸，并且连接到分支部5c。馈电线5从在一个方向上互连第一分支线5a和第二分支线5b的分支部5c延伸，并且连接到RF电路(未示出)。
通常，馈电线5由在与多层印刷电路板中的第一导体平面1的层不同的层中的铜箔制成，并且介电基板(未示出)被插入在第一导体平面1和馈电线5之间，并且支撑它们。然而，第二示例性实施例的天线20不一定需要在多层印刷电路板中形成。例如，由金属板制成的部件可以部分地由介电支撑来支撑。在该情况下，除介质支撑外的部分是中空的，并且因此，可以减少介电损耗，并且可以提高天线的辐射效率。尽管通常通过电镀在介电基板中所钻的通孔来形成第一供电导体通孔21和第二供电导体通孔22，但是通孔21和22的形成不限于此。馈电导体通孔21和22可以是可以电气地互连第一导体平面1的层和面对第一导体平面1的平面的层的任何结构。
尽管在图6中的天线20中，分支线5a、5b和裂环谐振器2、3之间的连接模式与图1的天线10中的连接模式相同，即，第一分支线5a的一端连接到第一右臂部12b，并且第二分支线5b的一端连接到第二左臂部15a，但是连接模式不限于此。例如，第一分支线5a的一端可以连接到第一左臂部12a，并且第二分支线5b的一端可以连接到第二左臂部15b，如在图2的配置。因为不需要在第二示例性实施例的天线20的第一导体平面1中设置间隙，所以与第一示例性实施例的天线10相比，可以减少从馈电线5到外部的不必要的电磁辐射。
第三示例性实施例
图7是根据本发明的第三示例性实施例的天线30的立体图。在图7的天线30中，对与图1的天线10相同的部件给予相同的附图标记，并且将简化其描述。天线30具有与天线10类似的配置，并且将描述两者之间的差异。尽管在第一示例性实施例的天线10的基础上，设计了第三示例性实施例的天线30，但是以使得第二导体平面31面对第一导体平面1的方式来设置包括第三裂环谐振器35和第四裂环谐振器36的第二导体平面31。
在图7的天线30中，在平面视图中，第三裂环谐振器35被设置为与第一裂环谐振器2一致。在第一裂环谐振器2的第一导体区域12中，在圆周方向上(即，在沿着第一开口11的开口边缘的方向上)以导体通孔37之间的预定距离来设置多个导体通孔37。通过该配置，第一裂环谐振器2通过多个导体通孔37，与第三裂环谐振器35电气地连接。在平面视图中，第四裂环谐振器36被设置成与第二裂环谐振器3一致。在第二裂环谐振器3的第二导体区域15中在圆周方向上(即，在沿着第二开口14的开口边缘的方向上)以导体通孔38之间的预定距离来设置多个导体通孔38。通过该配置，第二裂环谐振器3通过多个导体通孔38电气地连接到第四裂环谐振器36。
由于第三示例性实施例的天线30中的第一裂环谐振器2和第三裂环谐振器35通过多个导体通孔37互连，第一裂环谐振器2和第三裂环谐振器35作为单个裂环谐振器进行操作。在裂环谐振器2和35中，并联连接通过裂部(即，第一裂部13和第三裂部13X)形成的电容。因此，裂环谐振器可以实现比由第一示例性实施例的天线10实现的更低的谐振频率。此外，因为第二裂环谐振器3和第四裂环谐振器36通过多个导体通孔38互连，所以第二裂环谐振器3和第四裂环谐振器36作为单个裂环谐振器进行操作。在裂环谐振器3、36中，并联连接由裂部(即，第二裂部16和第四裂部16X)形成的电容。因此，裂环谐振器可以实现比由第一示例性实施例的天线10实现的更低的谐振频率。
通常，第二导体平面31由在不同于第一导体平面1的层的多层印刷电路板的层中的铜箔制成，并且介电基板(未示出)被设置在第一导体平面1和第二导体平面31之间，并且支撑第一导体平面1和第二导体平面31。然而，第三示例性实施例的天线30不必需要在多层印刷电路板中形成。例如，由金属板制成的部件可以部分由介电支撑来支撑。在该情况下，除了介电支撑外的部分是中空的，并且因此，可以减少介电损耗，并且可以提高天线的辐射效率。尽管通常通过电镀在介电基板中所钻的通孔来形成导体通孔37、38，但是通孔37和38的形成不限于此。导体通孔37、38可以是可以电气地互连第一导体平面1的层和第二导体平面31的层的任何结构。
尽管图7的天线30中，分支线5a、5b和裂环谐振器2、3之间的连接模式与图1的天线10中的连接模式相同，即，第一分支线5a的一端连接到第一右臂部12b，并且第二分支线5b的一端连接到第二左臂部5a，但是连接模式不限于此。例如，第一分支线5a的一端可以连接到第一左臂部12a，并且第二分支线5b的一端可以连接到第二左臂部15b，如在图2的配置。
图8是根据第三示例性实施例的天线30的变化的立体图。尽管图7的结构中的第二导体平面31在形状和大小方面与第一导体平面1相同，但结构不限于此。第二导体平面31可以以包括第三裂环谐振器35和第四裂环谐振器36的任何形状。在图8的结构中，第二导体平面31分成两个区域，仅留下带状导体并且在单独的区域中，形成裂环谐振器35和36。
尽管在图7和8中，在单层中提供第二导体平面31，但可以在不同层中提供多个导体平面31。例如，可以在不同层中分别提供与第二导体平面31的布局类似的布局。或者，可以在不同层中提供面对裂环谐振器2的图8中所示的第二导体平面31的区域和面对裂环谐振器3的第二导体平面31的区域。此外，可以在不同层中组合和提供图7的第二导体平面31和图8的第二导体平面31n。
第四示例性实施例
图9是根据本发明的第四示例性实施例的天线40的立体图。在图9的天线40中，与图1的天线10和图7的天线30相同的部件指定相同的参考数字并且将简化其描述。天线40具有与天线10和30类似的结构，并且将描述它们的区别。尽管在第三示例性实施例的天线30的基础上，设计第四示例性实施例的天线40，馈电线5设置在第一导体平面1和第二导体平面31之间的平面中，以这种方式，馈电线5面对第一导体平面1和第二导体平面31。
馈电线5的第一分支线5a的一端通过第一供电导体通孔41，连接到第一裂环谐振器2和第三裂环谐振器35。另一端横跨第一开口11和第一导体区域12，在面对第一导体平面1和第二导体平面31的平面中延伸并且连接到分支部5c。第二分支线5b的一端通过第二供电导体通孔42，连接到第二裂环谐振器3和第四裂环谐振器36。另一端在横跨第二开口14和第二导体区域15，面对第一导体平面1和第二导体平面31的平面中延伸并且连接到分支部5c。馈电线5的第一分支线5a和第二分支线5b延伸并连接到分支部5c并且馈电线5进一步在一个方向中延伸来连接到RF电路(未示出)。
典型地，馈电线5由在多层印刷电路板中的第一导体平面1的层和第二导体平面31的层之间的铜箔形成并且介电基板(未示出)插在第一导体平面1和馈电线5之间并且介电基板(未示出)插在馈电线5和第二导体平面31之间以及介电基板支撑它们。然而，第四示例性实施例的天线40不一定需要形成在多层印刷电路板中。例如，由金属板制成的部件可以部分由介质支架支撑。在那种情况下，除介质支架外的部分是中空的，因此，能降低介电损耗并且能提高天线的辐射效率。尽管典型地，通过电镀在介电基板中所钻的通孔，形成第一供电导体通孔41和第二供电导体通孔42，通孔41和42的形成不限于此。供电导体通孔41,42可以是能电子地互连第一导体平面1的层和第二导体平面31的层的任何结构。
尽管图9的天线40中的分支线5a、5b和裂环谐振器2,3之间的连接模式与图1的天线10中的连接模式相同，即，第一分支线5a的一端连接到第一右臂部12b，以及第二分支线5b的一端连接到第二左臂部15a，连接模式不限于此。例如，第一分支线5a的一端可以连接到第一左臂部12a以及第二分支线5b的一端可以连接到第二左臂部15b，如在图2的结构中。由于第四示例性实施例的天线40中的馈电线5形成在不同于第一导体平面1和第二导体平面31的平面中，不需要在第一导体平面1和第二导体平面31中提供间隙。因此，与第一示例性实施例的天线10相比，能减小从馈电线5到外界的不必要电磁辐射。
第五示例性实施例
图10是根据本发明的第五示例性实施例的天线50的立体图。在图10的天线50中，对与图1的天线10和图8的天线30相同的部件指定相同的参考数字并且将简化其描述。天线50具有与天线10和30类似的结构并且将描述与它们的区别。
在图10的天线50中，第一辅助导体51和第二辅助导体52设置在不同于第一导体平面1的平面中，使得辅助导体51和52面对第一导体平面1。第一辅助导体51由通过导体通孔37，连接到第一左臂部12a和第一右臂部12b的两个单独的导体片组成。由于第一辅助导体51面对第一裂环谐振器2，能增加在第一裂部13两端形成的电容。因此，能减小第一裂环谐振器2的谐振频率，而不增加第一裂环谐振器2的大小。此外，第二辅助导体52由通过导体通孔38，与第二左臂部15a和第二右臂部15b连接的两个单独的导体片组成。由于第二辅助导体52面对第二裂环谐振器3，能增加在第二裂部16两端形成的电容。因此，能减小第二裂环谐振器3的谐振频率，而不增加第二裂环谐振器3的尺寸。
典型地，第一辅助导体51和第二辅助导体52由在不同于第一导体平面1的层、多层印刷电路板中的层中的铜箔形成，并且介电基板(未示出)支撑第一导体平面1和辅助导体51、52。然而，第五示例性实施例的天线50不一定需要形成在多层印刷电路板中。例如，可以由介质支架部分地支撑由金属板制成的部件。在那种情况下，除介质支架外的部分是中空的，因此，能减小介电损耗并且能提高天线的辐射效率。尽管典型地，通过电镀在介电基板中所钻的通孔形成导体通孔37、38，通孔37、38的形成不限于此。导体通孔37、38可以是电子地互连第一导体平面1的层和辅助导体51、52的层的任何结构。
图11和12分别是根据第五示例性实施例的变形的天线的立体图和平面图。尽管图10中的天线的辅助导体51、52的每一个由两个导体片组成，但它们不限于此。辅助导体51、52可以具有增加由裂部13,16形成的电容的任何结构和形状。
在图12的平面图中，提供第一辅助导体51的层由实线表示，以及提供第一导体平面1的层由虚线表示。如图11和12所示，第一辅助导体51包括连接到由第一裂部13切断的第一导体区域12的一端(即第一左臂部12a)的第一连接部51a和设置成第一电容形成部51b面对并且与平面视图中的第一导体区域12的另一端(即，第一右臂部12b)重合并且形成预定电容的第一电容形成部51b。第二辅助导体52包括连接到由第二裂部16切断的第二导体区域15的一端的第二连接部52a和设置成第二电容形成部52b面对并且在平面视图中，与第二导体区域的另一端(即第二右臂部15b)重合并且形成预定电容的第二电容形成部52b。
以这种方式，在第一辅助导体51和第一右臂部12b之间形成电容器，能增加在第一裂部13两端形成的电容。此外，在第二辅助导体52和第二右臂部15b之间形成电容器，能增加在第二裂部16两端形成的电容。或者，辅助导体51,52的每一个的连接部51a、52a可以连接到导体区域12、15的另一端(即，第一左臂部12b，第二右臂部15b)来形成电容。注意，取决于裂环谐振器2、3的谐振频率，可以提供辅助导体51、52中的仅一个。
尽管图10、11和12的任何一个中所示的天线50中的分支线5a,5b和裂环谐振器2,3之间的连接模式与图1的天线10的连接模式相同，即，第一分支线5a的一端连接到第一右臂部12b，以及第二分支线5b的一端连接到第二左臂部15a，连接模式不限于此。例如，可以将第一分支线5a的一端连接到第一左臂部12a以及将第二分支线5b的一端连接到第二分支部15b，如在图2的结构中。
第六示例性实施例
图13是根据本发明的第六示例性实施例的无线通信设备60的平面图。根据第六示例性实施例的无线通信设备60包括根据第一示例性实施例的两个天线10。第六示例性实施例的无线发射设备60在多层印刷电路板61的任一层中，具有与第一示例性实施例的的天线10相同结构的第一天线62和第二天线63。或者，能结合要求多个天线，诸如MIMO(多输入多输出)的通信方法使用无线通信设备60。为了通过MIMO通信方法实现高吞吐量，要求多个天线之间的关联系数低。能通过以相互直角定向第一天线62和第二天线63，减小两个天线62和63之间的关联系数，如图13所示。
尽管在图13的无线发射设备60中，以相互直角定向第一天线62和第二天线63，但是否以相互直角定向两个天线不影响本示例性实施例的效果。此外，尽管天线62,63用在第六示例性实施例的无线发射设备60中，具有与第一示例性实施例的天线10相同的结构，但天线不限于此。具体地，第二至第五示例性实施例的天线20至50的任何一个可以用作无线通信设备60的天线62,63。此外，嵌入无线通信设备60中的多个天线62,63不需要具有相同的结构，并且可以有选择地使用根据上述示例性实施例的天线的任何一个。尽管两个天线62,63嵌入第六示例性实施例的无线发射设备60中，但可以嵌入三个或以上天线。
图14是根据本发明的天线10的最小构成的立体图。如图14所示，本发明的天线10至少包括包含第一裂环谐振器2和第二裂环谐振器3的第一导体平面1，以及包含第一分支线5a、第二分支线5b和分支部5c的馈电线5。第一裂环谐振器2包括沿在第一导体平面1中形成的第一开口11的开口边缘的第一导体区域12和通过切断第一导体区域12的一部分形成的第一裂部13。第二裂环谐振器3包括沿在第一导体平面1中形成的第二开口14的开口边缘的第二导体区域15和通过切断第二导体区域15的一部分形成的第二裂部16。第一分支线5a的一端连接到第一裂环谐振器2以及另一端横跨第一导体区域12，延伸到分支部5c。第二分支线5b的一端连接到第二裂环谐振器3并且另一端横跨第二导体区域15，延伸到分支部5c。
第七示例性实施例
图17是根据本发明的第七示例性实施例的天线70的立体图。尽管在上述示例性实施例中，已经描述了在多个频率操作的多频带天线，但本发明不限于此。本发明还适用于仅包括一个裂环谐振器的单频带天线。在下文中，将描述本发明应用于单频带天线的第七示例性实施例。
如图17所示，第七示例性实施例的天线70具有仅使用第二示例性实施例的天线20的第一裂环谐振器2并且包括下述结构特征的结构。在第一导体平面1中仅提供第一裂环谐振器2，而不提供第二裂环谐振器3。馈电线5不具有分支部并且馈电线5的一端通过第一供电导体通孔21，连接到在第一裂环谐振器2的周围上的第一右臂部12b以及另一端在平面视图中，横跨第一开口11，在面对第一导体平面1的区域中延伸并且连接到分支部。来自RF电路(未示出)的高频信号通过馈电线5被提供给第一裂环谐振器2。如在第二示例性实施例中，第七示例性实施例的天线70绕第一裂环谐振器2的谐振频率操作。在包括通信功能性的电子设备中，能提供至少一个天线70。在这种情况下，因为减小天线70的尺寸，因此，能缩减具有天线70的电子设备的整体尺寸。
根据第七示例性实施例的单频带天线70的结构不限于图17所示的结构。具体地，尽管在第二示例性实施例的结构的基础上，设计图17的天线70，但可以在其他示例性实施例的任何一个的基础上，设计天线70。
图18是根据第七示例性实施例的第一变形的天线70的立体图，并且在第五示例性实施例的结构的基础上，设计天线70。具体地，天线70可以包括第一辅助导体51。第一辅助导体可以由通过导体通孔37，连接到第一左臂部12a和第一左臂部12b的两个单独的导体片组成。由于图18的结构能增加第一裂部13两端形成的电容，因此，能减小第一裂环谐振器2的谐振频率，而不增加天线70的整体尺寸。
图19是根据第七示例性实施例的第二变形的天线70的立体图。第一辅助导体51仅需要增加第一裂部13两端形成的电容并且不一定需要设置在相对于第一导体平面1，与馈电线5相对的侧上，如图18所示。第一辅助导体51和馈电线5可以设置在与相同层中，如图19所示。
图20是根据第七示例性实施例的第三变形的天线70的立体图。基于第一示例性实施例来设计图20中的天线70，并且第一导体平面1和馈电线5在同一层中形成。馈电线5的一端连接到第一裂环谐振器2的周围的第一右臂部12b，并且另一端在平面视图中朝跨第一开口11的第一导体平面1的另一侧延伸形成的间隙内延伸，并且连接到分支部。馈电线5的另一端连接到RF电路(未示出)。因为图20中的配置允许在单个导体层中形成天线70，可以使配备有天线70的电子设备低剖面。
最后，根据本发明的天线和无线通信设备不限于上述示例性实施例；本发明包含在所附权利要求书中限定的本发明的范围内的各种设计变形和修改。
[工业实用性]
本发明提供了一种天线，在该天线中，紧凑地设置在多个频带中进行操作的多个裂环谐振器，并且适当地适用于符合各种无线LAN和MIMO通信方法的诸如移动终端的无线通信设备的天线。
[附图标记列表]
1 第一导体平面
2 第一裂环谐振器
3 第二裂环谐振器
5 馈电线
5a 第一分支线
5b 第二分支线
5c 分支部
8 间隙
8a 第一分支间隙
8b 第二分支间隙
10,20,30,40,50 天线
11 第一开口
12 第一导体区域
12a 第一左臂部
12b 第一右臂部
13 第一裂部
15 第二导体区域
15a 第二左臂部
15b 第二右臂部
16 第二裂部
21,41 第一馈电导体通孔
22,42 第二馈电导体通孔
31 第二导体平面
35 第三裂环谐振器
36 第四裂环谐振器
37,38 导体通孔
51 第一辅助导体
51a 第一连接部
51b 第一电容形成部
52 第二辅助导体
52a 第二连接部
52b 第二电容形成部
60 无线通信设备
61 多层印刷电路板
62 第一天线
63 第二天线

Claims (12)

1.一种包括第一导体平面和馈电线的天线，在所述第一导体平面中形成第一裂环谐振器和第二裂环谐振器，所述馈电线包含第一分支线、第二分支线和分支部，
其中，所述第一裂环谐振器包括沿着在所述第一导体平面中形成的第一开口的开口边缘的第一导体区域以及切断所述第一导体区域的一部分的第一裂部；
所述第二裂环谐振器包括沿着在所述第一导体平面中形成的第二开口的开口边缘的第二导体区域以及切断所述第二导体区域的一部分的第二裂部；
所述第一分支线的一端连接到所述第一裂环谐振器，并且另一端跨所述第一导体区域延伸到所述分支部；并且
所述第二分支线的一端连接到所述第二裂环谐振器，并且另一端跨所述第二导体区域延伸到所述分支部。
2.根据权利要求1所述的天线，其中，所述第一裂环谐振器被配置成具有第一谐振频率，并且所述第二裂环谐振器被配置成具有第二谐振频率。
3.根据权利要求1所述的天线，
其中，所述第一导体平面包括至少在所述第一导体平面的周围的一部分中形成的线性侧；并且
所述第一裂部和所述第二裂部被形成在所述第一导体平面的线性侧上。
4.根据权利要求3所述的天线，
其中，相对于所述第一裂部，在所述第一分支线和所述第一裂环谐振器之间的连接点被定位为更接近所述第二裂环谐振器；并且
相对于所述第二裂部，在所述第二分支线和所述第二裂环谐振器之间的连接点被定位为更接近所述第一裂环谐振器。
5.根据权利要求3所述的天线，
其中，相对于所述第一裂部，在所述第一分支线和所述第一裂环谐振器之间的连接点被定位为更远离所述第二裂环谐振器；并且
相对于所述第二裂部，在所述第二分支线和所述第二裂环谐振器之间的连接点被定位为更远离所述第一裂环谐振器。
6.根据权利要求1所述的天线，
其中，所述第一导体平面进一步包括与所述第一开口和所述第二开口连通的间隙；并且
所述馈电线被设置在与所述第一导体平面相同的平面中，并且在保持与所述间隙的两侧的预定距离的同时，在所述间隙内延伸。
7.根据权利要求1所述的天线，
其中，所述馈电线被形成为在不同于所述第一导体平面的平面中延伸并且面对所述第一导体平面。
8.根据权利要求1所述的天线，进一步包括不同于所述第一导体平面的第二导体平面，所述第二导体平面面对所述第一导体平面，
其中，在所述第二导体平面中设置所述第三裂环谐振器和所述第四裂环谐振器；
所述第一裂环谐振器在圆周方向上以预定间隔分开的多个位置处连接到所述第三裂环谐振器；并且
所述第二裂环谐振器在圆周方向上以预定间隔分开的多个位置处连接到所述第四裂环谐振器。
9.根据权利要求1所述的天线，
其中，第一辅助导体和第二辅助导体中的至少一个被设置在不同于所述第一导体平面的平面中，并且面对所述第一导体平面；
所述第一辅助导体包括连接到通过所述第一裂部切割的所述第一导体区域的一端的第一连接部以及面对所述第一导体区域的另一端并且形成电容的第一电容形成部；并且
所述第二辅助导体包括连接到通过所述第二裂部切割的所述第二导体区域的一端的第二连接部以及面对所述第二导体区域的另一端并且形成电容的第二电容形成部。
10.一种无线通信设备，所述无线通信设备使用包括两个或更多个频率的电磁波来传送和接收无线信号，所述无线通信设备包括第一导体平面和馈电线，在所述第一导体平面中形成第一裂环谐振器和第二裂环谐振器，所述馈电线包含第一分支线、第二分支线和分支部，
其中，所述第一裂环谐振器包括沿着在所述第一导体平面中形成的第一开口的开口边缘的第一导体区域以及切断所述第一导体区域的一部分的第一裂部；
所述第二裂环谐振器包括沿着在所述第一导体平面中形成的第二开口的开口边缘的第二导体区域以及切断所述第二导体区域的一部分的第二裂部；
所述第一分支线的一端连接到所述第一裂环谐振器，并且另一端跨所述第一导体区域延伸到所述分支部；并且
所述第二分支线的一端连接到所述第二裂环谐振器，并且另一端跨所述第二导体区域延伸到所述分支部。
11.一种包括导体平面的天线，所述导体平面包括一个裂环谐振器和馈电线，
其中，所述裂环谐振器包括导体区域，所述导体区域在所述导体平面中形成的开口的开口边缘周围，并且包括切断周围的一部分的裂部；并且
所述馈电线的一端连接到所述裂环谐振器，并且另一端跨所述开口延伸到分支部。
12.根据权利要求11所述的天线，
其中，辅助导体以下述方式被设置在不同于所述导体平面的平面中：该方式使得所述辅助导体面对所述裂环谐振器的裂部，所述辅助导体连接到接近所述裂环谐振器的裂部的一部分来增加电容。
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