CN113875087A

CN113875087A - 天线单元和通信设备

Info

Publication number: CN113875087A
Application number: CN202080038215.6A
Authority: CN
Inventors: 若林稔
Original assignee: Sony Interactive Entertainment Inc
Current assignee: Sony Interactive Entertainment Inc
Priority date: 2019-05-30
Filing date: 2020-05-26
Publication date: 2021-12-31
Also published as: WO2020241631A1; JPWO2020241631A1; JP7098060B2; EP3979411A1; EP3979411A4; US20220224004A1

Abstract

一种天线单元，包括第一天线单元(10)和第二天线单元(20)，每个发送或接收无线信号，以及电连接到第一天线单元(10)和第二天线单元(20)中的每一个并包括位于第一天线单元(10)和第二天线单元(20)之间的部分的接地单元(30)。在第一天线单元(10)和第二天线单元(20)之间的接地单元(30)的位置处设置有以给定频率谐振的通孔。

Description

天线单元和通信设备

技术领域

本发明涉及一种包括用于无线通信的多个天线的天线单元和包括该天线单元的通信设备。

背景技术

在执行无线通信的通信设备中，一些通信设备包括多个天线，以便实现与多个标准的兼容性或提高通信质量。例如，包括与蓝牙(注册商标)标准兼容的天线和与无线局域网(LAN)标准兼容的另一天线的通信设备是已知的。此外，在多输入多输出(MIMO)技术中，多个天线用于一个无线通信连接。

发明内容

[技术问题]

在上述相关技术的通信设备中，在多个天线在彼此重叠的频带中发送和接收无线电波的情况下，天线之间有时会发生相互干扰并降低通信性能。为了防止刚才描述的这种干扰以增强天线之间的隔离，可以想象增加天线之间的物理距离。然而，如果天线之间的物理距离增加，那么这使得有必要增加通信设备的尺寸或者引起结构上的限制。特别地，从降噪的角度来看，在期望将天线布置在与任何其他电子部件(连接器等)隔开的位置的情况下，或者在类似的情况下，有时难以将天线布置在与任何其他电子部件隔开的位置，并且将天线布置成彼此隔开。

鉴于如上所述的这种情况，做出了本发明，并且本发明的目的之一在于提供一种能够在相对节省的空间中抑制天线之间的干扰的天线单元和通信设备。

[问题的解决方案]

根据本发明的一种模式的天线单元包括单独发送或接收无线信号的第一天线部分和第二天线部分，以及电连接到第一天线部分和第二天线部分中的每一个并且包括位于第一天线部分和第二天线部分之间的部分的接地部分。在第一天线部分和第二天线部分之间的接地部分的位置处设置有以给定频率谐振的通孔。

根据本发明的一种模式的通信设备包括天线单元，该天线单元包括单独发送或接收无线信号的第一天线部分和第二天线部分，以及电连接到第一天线部分和第二天线部分中的每一个并且包括位于第一天线部分和第二天线部分之间的部分的接地部分。在第一天线部分和第二天线部分之间的接地部分的位置处设置有以给定频率谐振的通孔，并且通信设备通过第一天线部分和第二天线部分执行与其他通信设备的无线通信。

附图说明

图1是描绘根据本发明实施例的天线单元的形状的俯视图。

图2A是描述根据本发明实施例的天线单元的谐振方式的视图。

图2B是描述根据本发明实施例的天线单元的另一种谐振方式的视图。

图3是描述根据本发明实施例的天线单元中天线之间的隔离性能的视图。

图4是描绘根据本发明第一变型的天线单元的形状的透视图。

图5是描绘根据本发明第二变型的天线单元的形状的透视图。

图6是描绘根据本发明第三变型的天线单元的形状的透视图。

具体实施方式

下面，参照附图详细描述本发明的实施例。

图1是描绘根据本发明实施例的天线单元1的形状的俯视图。根据本发明的实施例，天线单元1被布置在通信设备的内部。通信设备可以是执行无线通信的各种类型的设备中的任何一种，例如个人计算机、固定式游戏机、便携式游戏机、智能手机和平板电脑。

天线单元1整体上由单个导体构成。更具体地，天线单元1通过加工板形式的单个金属构件而形成。天线单元1包括第一天线部分10、第二天线部分20和接地部分30。在下面的描述中，描述了俯视图中第一天线部分10、第二天线部分20和接地部分30的形状和位置关系以及部件的功能。

第一天线部分10和第二天线部分20彼此独立地单独发送和/或接收无线信号(电磁波)。根据本实施例的通信设备使用第一天线部分10和第二天线部分20执行与一些其他通信设备的无线通信。在以下描述中，将被用作第一天线部分10和第二天线部分20中的每一个的发送和接收的目标的无线信号的频带称为目标频带。假设第一天线部分10的目标频带和第二天线部分20的目标频带至少部分地彼此重叠。例如，第一天线部分10和第二天线部分20中的一个可以用于基于电气和电子工程师协会(IEEE)802.11标准的无线局域网通信，而第一和第二天线部分中的另一个可以用于蓝牙通信。可替代地，第一天线部分10和第二天线部分20都可以基于MIMO等技术通过相同的标准(例如无线局域网或蓝牙)用于通信。在本实施例中，假设第一天线部分10和第二天线部分20的目标频带基本上彼此一致，并且是接近2.4GHz的频带。

第一天线部分10整体上具有大致F形状，并且用作倒F形天线。确定第一天线部分10的形状和尺寸，使得谐振发生在第一天线部分10的目标频带的频率处。在以下描述中，发生在第一天线部分10中的谐振被称为第一谐振。

特别地，第一天线部分10包括主体部分11、馈电部分12和短路部分13。主体部分11被成形为使得其在向上和向下的方向上延伸，并且在其基端连接到短路部分13的末端，并且主体部分11的末端是开口端。馈电部分12被成形为使得其在向左和向右的方向上延伸，并且在其基端布置第一天线部分10的馈电点P1。馈电部分12在其末端在主体部分11的末端和基端之间靠近基端的一侧的位置连接到主体部分11。短路部分13被成形为使得其沿左右方向延伸，从而平行于馈送部分12，并且在其基端连接到接地部分30的上端，在其末端连接到主体部分11的基端。

如图1所示，第二天线部分20被布置成相对于由天线单元1的左右方向上的中心线给出的对称轴线与第一天线部分10线对称。特别地，第二天线部分20具有与第一天线部分10基本相同的形状，并且被布置在第一天线部分10向右和向左反转的方向上。此外，第一天线部分10和第二天线部分20以排列关系布置，以便沿着天线单元1的左右方向彼此相对。此外，第一天线部分10和第二天线部分20布置在从天线单元1的左右方向上的中心线彼此相距基本相等距离的位置。此外，如图1所示，第二天线部分20的馈电点P2也相对于由天线单元1的左右方向上的中心线给出的对称轴线布置在与第一天线部分10的馈电点P1线对称的位置。因此，第二天线部分20在基本上等于第一天线部分10的目标频带中谐振。在以下描述中，发生在第二天线部分20中的谐振被称为第二谐振。

特别地，第二天线部分20包括主体部分21、馈电部分22和短路部分23。主体部分21被成形为使得其在上下方向上延伸，并且在其基端连接到短路部分23的末端，并且主体部分21的末端是开口端。馈电部分22被成形为使得其在左右方向上延伸，并且第二天线部分20的馈电点P2被布置在馈电部分22的基端。馈电部分22在其末端在从主体部分21的末端和基端之间靠近基端的一侧的位置处连接到主体部分21。短路部分23被成形为使得其沿左右方向延伸，从而平行于馈电部分22，并且在其基端连接到接地部分30的上端，在其末端连接到主体部分21的基端。

如上所述，第二天线部分20被布置成与第一天线部分10线对称。因此，第一天线部分10和第二天线部分20的方向性也近似左右对称。因此，可以将第一天线部分10和第二天线部分20之间在目标频带中的相关系数抑制得较低。

接地部分30通过与第一天线部分10和第二天线部分20整体形成而电连接到这两个部分，并且用作天线的接地。接地部分30被成形为使得其整体在上下方向上延伸，并且在其上端连接到第一天线部分10的短路部分13和第二天线部分20的短路部分23。

更具体地，接地部分30包括位于第一天线部分10和第二天线部分20之间的中间部分31和沿着天线单元1的下侧延伸的外边缘部分32。应当注意，接地部分30相对于天线单元1的左右方向上的中心线具有左右对称的形状。因此，整个天线单元1相对于其中心线左右对称。

槽33基本上形成在接地部分30的中间，并且是以平板形式延伸穿过天线单元1的通孔。槽33布置在第一天线部分10和第二天线部分20之间的位置。具体而言，在本实施例中，槽33被成形为使得其大致沿着天线单元1的向左方向(第一天线部分10和第二天线部分20排列的方向)上的中心线在向上和向下方向(换句话说，在与第一天线部分10和第二天线部分20排列的方向交叉的方向)上延伸。此外，槽33被布置成使得从槽33到馈电点P1的距离和从槽33到馈电点P2的距离彼此相等。此外，如俯视图所示，槽33形成在与互连第一天线部分10的馈电点P1和第二天线部分20的馈电点P2的直线的一部分重叠的位置。

槽33包括沿上下方向延伸的大致矩形的延伸部分33a和连接到延伸部分33a的一端并且宽度大于延伸部分33a的宽度的宽部分33b。因此，槽33整体上具有倒T形。应当注意，槽33也沿着天线单元1的左右方向上的中心线左右对称。

由于中空槽33的存在，谐振不仅发生在第一天线部分10和第二天线部分20处，还发生在沿槽33的接地部分30处。在下面的描述中，沿着接地部分30中的槽33发生的谐振被称为槽谐振。槽谐振的频带取决于槽33的周边的长度。在本实施例中，槽33的尺寸和形状被确定为使得槽谐振的频带与第一天线部分10和第二天线部分20的目标频带的至少一部分重叠。换句话说，第一谐振、第二谐振和槽谐振发生在彼此重叠的频带中。在下面的描述中，三个谐振共有的频带被称为谐振频带。

槽33的周边必须具有至少等于或长于对应于与谐振频带对应的的电磁波的1/2波长的长度。为了确保周边的这一长度，宽部分33b形成在槽33的一端。应当注意，为了避免与第一天线部分10和第二天线部分20的干扰，宽部分33b形成在槽33的沿上下方向延伸的相对端之一处，其位于远离馈电点P1和P2的一侧。

此外，该谐振频带中的槽谐振发生在与第一谐振偏移90度的相位中。因此，第一谐振和槽谐振具有这样的关系，即它们的节点和腹部彼此交换。从刚刚描述的这种关系来看，槽谐振充当抵消第一谐振对第二天线部分20的影响的反向谐振。

图2A和2B是描绘第一谐振和槽谐振之间的关系的视图，并且指示当信号被输入到第一天线部分10的馈电点P1时出现的电流分布的模拟结果。图2A描绘了由第一谐振产生的电流分布，而图2B描绘了在相对于图2A的相位偏移90度的时刻的电流分布。如图2A和2B所示，在第一天线部分10处由第一谐振产生电流的时刻，槽33周围不产生显著的电流。相反，在槽33处由槽谐振产生电流的另一时刻，在第一天线部分10处不产生显著的电流。

如上所述，槽33布置在第一天线部分10和第二天线部分20之间的正中间的位置，使得它们到两个天线的距离变得彼此相等。因此，类似于上述第一谐振，槽谐振是相位与第二谐振偏移90度的振荡。因此，槽谐振充当抵消第二谐振对第一天线部分10的影响的反向谐振。特别地，在信号被输入到馈电点P2的情况下，出现了与图2A和2B中描绘的电流分布左右相反的这种电流分布。

如上所述，两个天线部分之间的干扰可以通过由槽33产生的槽谐振来抑制。图3是表示通过模拟根据本实施例的天线单元1的天线之间的隔离性能的研究结果的曲线图。该图的横轴表示频率，而纵轴表示隔离值，并且随着该值的降低，天线之间的隔离性能得到改善。如该图所示，可以认识到，根据本实施例，在谐振频带(接近2.4GHz的频带)中隔离得到改善。

对于根据上述本实施例的天线单元1，由于槽33产生与每个天线部分产生的谐振相位偏移90度的谐振，所以可以改善两个天线部分之间的隔离性能，而无需将两个天线部分布置在彼此物理隔开的位置。此外，对于根据本实施例的天线单元1，由于第一天线部分10、第二天线部分20和接地部分30由一个导电构件形成为单一构件，因此结构不复杂并且可以抑制生产成本。

应当注意，本发明的实施例不限于上述实施例。例如，前面描述中的天线单元1的形状仅仅是一个例子，并且只有当其中具有槽33的接地部分30布置在第一天线部分10和第二天线部分20之间时，天线单元1才可以具有各种形状。

下面，描述天线单元1的几种变型。图4是描绘根据第一变型的天线单元1的形状的透视图。在该图的示例中，第一天线部分10和第二天线部分20在形状上不同于图1的那些，因此，天线单元1被配置为使得其在多个频带中谐振。

特别地，在本变型中，具有曲折形状的狭缝14形成在第一天线部分10的馈电部分12和短路部分13之间的部分。通过刚刚描述的这种配置，第一天线部分10借助于主体部分11在第一目标频带中产生谐振，并且借助于狭缝14在第二目标频带中产生谐振。因此，第一天线部分10在彼此不同的两个目标频带中发送和接收无线信号。第二天线部分20具有与第一天线部分10左右对称的结构，并因此通过主体部分21在第一目标频带中产生谐振，并通过狭缝24在第二目标频带中产生谐振。

同样在本变型中，由于槽33产生槽谐振，所以可以提高第一天线部分10和第二天线部分20之间的隔离性能。然而，槽33通过产生以谐振频带为目标的槽谐振来提高隔离性能，该槽频带取决于槽33的尺寸和形状。因此，优选地，槽33的尺寸和形状根据更希望改善第一目标频带和第二目标频带之间的隔离性能的频带来确定。

在迄今为止的描述中，假设天线单元1由平板形式的金属构件形成，并且第一天线部分10、第二天线部分20和接地部分30都包括在同一平面中。然而，天线单元1的形状不限于此。图5描绘了根据第二变型的天线单元1的形状。在该图的示例中，天线单元1被成形为使得形状与根据第一变型的天线单元1的形状相同的金属构件沿着沿其左右方向延伸的中心线向内侧弯曲。

同时，图6描绘了根据第三变型的天线单元1的形状。根据本变形的天线单元1被成形为使得其沿着与第二变型中类似的在向上和向下方向上延伸的直线向内侧弯曲。特别地，根据第三变型的天线单元1被成形为使得平板形式的金属构件沿着两条直线弯曲，所述两条直线包括第一天线部分10和槽33之间的直线以及第二天线部分20和槽33之间的另一直线。

以这种方式，天线单元1可以不必具有平面形状，并且只有当用于产生与第一谐振和第二谐振中的每一个相差90度的相位的谐振的槽33形成在接地部分30中时，天线之间的隔离才能够得到改善。

此外，尽管在前面的描述中假设天线单元1由单个金属板形成，但是天线单元1可以以其他方式形成为金属箔，例如印刷板等表面上的铜箔。在这种情况下，由于电介质布置在槽33中，槽33的周边的电长度可以大于其物理长度。因此，与槽33的内部是中空的替代情况相比，在谐振频带中谐振的槽33的周边长度可以做得更短。

此外，尽管在前面的描述中假设包括第一天线部分10、第二天线部分20和接地部分30的整个天线单元1由单个导电构件形成，但是天线单元1可以通过连接多个导电构件以其他方式形成。此外，在天线单元1形成在印刷板上的情况下，可以形成为使得它延伸跨过彼此电连接的多个印刷板层。此外，尽管在前面的描述中假设第一天线部分10和第二天线部分20具有完全相同的形状，但是第一天线部分10和第二天线部分20可以具有对应于各个目标频带的彼此不同的形状。同样在这种情况下，通过在与第一天线部分10的馈电点P1和第二天线部分20的馈电点P2相距基本相等的距离的位置处提供用于产生与第一天线部分10和第二天线部分20的谐振相位偏移90度的谐振的槽33，可以改善两个天线之间的隔离性能。

[附图标记列表]

1：天线单元

10：第一天线部分

20：第二天线部分

11、21：主体部分

12、22：馈电部分

13、23：短路部分

30：接地部分

31：中间部分

32：外边缘部分

33：槽

33a：延伸部分

33b：宽部分

Claims

1.一种天线单元，包括：

单独发送或接收无线信号的第一天线部分和第二天线部分；和

接地部分，电连接到第一天线部分和第二天线部分中的每一个，并且包括位于第一天线部分和第二天线部分之间的部分，其中

通孔，其在第一天线部分和第二天线部分之间的接地部分的位置处以给定频率谐振。

2.根据权利要求1所述的天线单元，其中

在俯视时，通孔形成在与互连第一天线部分的馈电点和第二天线部分的馈电点的直线的一部分重叠的位置。

3.根据权利要求1或2所述的天线单元，其中

通孔成形为沿着与第一天线部分和第二天线部分排列的方向交叉的方向延伸。

4.根据权利要求3所述的天线单元，其中

通孔的一端的宽度大于另一部分的宽度。

5.根据权利要求4所述的天线单元，其中

在远离第一天线部分和第二天线部分的馈电点的一侧上的通孔的相对端之一的宽度大于另一部分的宽度。

6.根据权利要求1至5中任一项所述的天线单元，其中

第一天线部分、第二天线部分和接地部分由板形式的单个导电构件形成。

7.一种通信设备，包括：

天线单元，包括

单独发送或接收无线信号的第一天线部分和第二天线部分，以及

通孔，其在第一天线部分和第二天线部分之间的接地部分的位置处以给定频率谐振，并且

通信设备通过第一天线部分和第二天线部分执行与其他通信设备的无线通信。