CN114944547A - 无线通信设备 - Google Patents

Abstract

一种无线通信设备，包括：包含电介质的基板(20)；零阶谐振天线；安装在基板上的高频电路(40)和安装在基板上的金属体(50)。零阶谐振天线包括：提供接地电位的主板(31)；贴片部(32)；从馈电点延伸到贴片部以电连接贴片部和高频电路的馈电线(33)，其至少一部分在基板上设置在与贴片部相同的表面上；以及短路部(34)。金属体具有与主板相同的电位。金属体在Z方向上比贴片部具有更长的长度(更大的高度)。在从X方向的平面视图中，在贴片部和高频电路之间的区域中，金属体的至少一部分布置在从馈电点和贴片部的中心的对齐方向所看到的馈电线的宽度范围内的位置。

Description

无线通信设备

技术领域

本公开总体上涉及一种无线通信设备。

背景技术

专利文献1(日本未审专利公告第2016-181755号)公开了一种包括零阶谐振天线的设备。专利文件1公开的内容通过引用并入本文，作为对本公开中技术元件的解释。

【专利文献1】日本未审专利公告第2016-181755号

所述零阶谐振天线具有的结构中，彼此面对的主板或接地板以及贴片部通过短路部连接。

在专利文献1中，用于向相对导体供电的馈电线(即，馈电部)连接到相对导体的中心部。零阶谐振天线具有环形辐射特性，即非指向性或全指向性，在与主板板厚度方向正交的平面上其中心为零点(NULL)。在上述观点中，或者在未提及的其他观点中，需要进一步改进配备有零阶谐振天线的无线通信设备。

发明内容

本公开的目的是提供一种具有所需指向性的无线通信设备。

这里公开的无线通信设备包括：

包含电介质的基板；

零阶谐振天线；

安装在基板上的高频电路；和

安装在基板上的金属体，以及

零阶谐振天线包括：

主板，其设置在所述基板上并提供接地电位；

贴片部，其设置在所述基板上，以在所述基板的厚度方向上面对所述主板；

从馈电点延伸到贴片部以电连接贴片部和高频电路的馈电线，其至少部分地布置在基板的与贴片部相同的表面上；和

短路部，其设置在所述基板上并电连接所述贴片部和所述主板，以及

金属体具有与主板相同的电位，在厚度方向上的长度比贴片部长，并且在从厚度方向观看的平面图中，在贴片部和高频电路之间的中间区域中，至少部分地布置在从贴片部的中心和馈电点的对齐方向看到的馈电线的宽度范围内。

根据所公开的无线通信设备，仅零阶谐振天线的指向性被有意地沿馈电线延伸方向被偏置。也就是说，电场集中在馈电线电场延伸的方向上。然后，通过有意地在电场集中的方向上布置金属体，具体地说，在上述区域中，在(金属体的)延伸方向上辐射的一部分无线电波被反射并且电场被延伸。如上所述，零阶谐振天线和金属体在与馈电线延伸方向不同的方向上具有指向性。也就是说，可以提供具有与馈电线延伸方向不同的所需指向性的无线通信设备。

附图说明

通过参考以下详细描述和附图，本说明书中公开的目的、特征和优点将变得显而易见。

通过以下参考附图的详细描述，本公开的目的、特征和优点将变得更加明显，其中：

图1是示出根据第一实施例的无线通信设备的示意性配置的平面图；

图2是从II方向观看的图1的侧视图；

图3是沿图1的线III-III截取的横截面图；

图4是示出高频电路的电路图；

图5是示出零阶谐振天线的辐射特性的图；

图6是示出零阶谐振天线的辐射特性的另一图；

图7是示出零阶谐振天线的辐射特性的图；

图8是示出金属体的布置示例的图；

图9是示出金属体的另一布置示例的图；

图10是示出本公开的示例和参考示例的指向性的图；

图11是示出在电磁场模拟中使用的本公开的示例和参考示例的配置的图；

图12是示出本公开的示例和参考示例的辐射特性的图。

图13是示出本公开的示例和参考示例的辐射特性的图；

图14是φ＝0°平面上的辐射特性比较图；

图15是φ＝4°平面上的辐射特性比较图；

图16是φ＝10°平面上的辐射特性比较图；

图17是示出修改示例的图；

图18是示出另一修改示例的图；

图19是示出另一修改示例的图；

图20是示出另一修改示例的图；

图21是示出根据第二实施例的无线通信设备中的贴片部和金属体之间的距离的图；

图22是示出当距离等于半波长和1/4波长时的辐射特性的图；

图23是φ＝0°平面上的辐射特性比较图；

图24是φ＝55°平面上的辐射特性比较图；

图25是示出根据第三实施例的无线通信设备的平面图；和

图26是从XXVI方向观看的图25的侧视图。

具体实施方式

下文中，参考附图描述多个实施例。在每个实施例中，相同的附图标记被分配给相应的元件，因此，可以省略重复的描述。在每个实施例中，当仅描述配置的一部分时，可以从其他先前的实施例借用该配置的其他部分。此外，不仅在各个实施例的描述中明确示出了配置的组合，而且即使在没有明确示出的情况下，也可以部分地组合多个实施例的配置，只要在组合多个实施例时没有特别的困难。

(第一实施例)

首先，描述无线通信设备的示意性配置。本实施例的无线通信设备被配置成发送和/或接收具有预定工作频率的无线电波。无线通信设备被配置为能够发送和/或接收在短程无线通信(NFC)中使用的频带中的无线电波。本实施例中的工作频率为2.44GHz。工作频率可以被适当地设计并且可以是另一频率(例如，5GHz)。无线通信设备例如用于安装在车辆上的设备之间的通信。

<无线通信设备>

图1是示出无线通信设备的平面图。图2是从II方向观看的图1的侧视图。图3是沿图1的线III-III截取的横截面图。图4是示出高频电路的示例的电路图。

如图1、图2和图3所示，无线通信设备10包括基板20、零阶谐振天线30、高频电路40和金属体50。无线通信设备10包括具有零阶谐振天线30和金属体50的天线设备以及高频电路40。

在下文中，基板20的厚度(板厚)方向是X方向，与X方向正交的一个方向是Y方向。与X方向和Y方向正交的方向被定义为Z方向。除非另有规定，否则从X方向观看的平面中的形状，即沿Y方向和Z方向定义的YZ平面的形状称为平面形状。换句话说，使用分层设备的标准命名：(i)图2中的X方向是与高度相对应的竖直方向，(ii)图1中的视图是平面图(沿负X方向观看)，并且(iii)YZ平面是水平面。

基板20是印刷电路板的绝缘基材(即绝缘部)。基板20由诸如树脂之类的介电材料制成。通过使用基板20，可以预期介电材料的波长缩短效应。例如，作为基板20，可以采用仅由树脂制成或树脂与玻璃布、无纺织物等的组合制成的构件。基板20用作保持部，将主板31和贴片部32保持为预定位置关系。

基板20具有一个表面20a(顶面)和在X方向上与一个表面20a相反的背面(底面)20b。在本实施例中，贴片部32和馈电线33布置在基板20的一个表面20a上，并且主板31布置在背面20b上。在这种配置中，可以通过调整基板20的厚度来调整主板31和贴片部32之间的面对距离(分离距离或间隔距离)以及短路部34在X方向上的厚度(或高度)。基板20可以具有单层结构或多层结构。

零阶谐振天线30包括主板31、贴片部32、馈电线33和短路部34。主板31、贴片部32、馈电线33和短路部34是印刷电路板的导体元件(导体部)。即，零阶谐振天线30配置在印刷电路板上。零阶谐振天线30安装/实施在基板20上。印刷电路板包括除零阶谐振天线30的部件以外的导体元件。

如图1所示，本实施例的零阶谐振天线30设置在基板20沿Z方向的端部21附近。端部21是基板20在Z方向上的端部之一。贴片部32不均匀地布置在靠近基板20沿Z方向的端部中的端部21的一侧。端部21是具有矩形平面形状的基板20的四个边之一。端部21是基本上平行于Y方向的一边。端部21是基板20的四个边中最靠近零阶谐振天线30的一边。端部21对应于基板20的外周边缘。

主板31为零阶谐振天线30提供接地电位。主板31电连接到在印刷电路板上提供接地电位的接地图案(未示出)。主板31是由铜等制成的导体。垂直于主板31的板面的方向基本上平行于X方向。在平面图中，主板31的面积大小大于贴片部32的面积大小。主板31具有包括/包围整个贴片部32的尺寸。主板31优选具有零阶谐振天线30稳定工作所需的大小。

本实施例的主板31具有基本上为矩形的平面。主板31的每一边的长度例如为工作频率的无线电波的波长的一倍或多倍，即一个或多个波长。如上所述，主板31布置在基板20的背面20b上。主板31通过图案化布置在基板20的背面20b上的金属箔(例如铜箔)而形成。主板31是印刷电路板的背面20b一侧的表层图案的一部分。

可以根据需要改变主板31的平面形状。在本实施例中，作为示例，主板31的平面形状是矩形的，但是其他配置可以是正方形或其他多边形。此外，主板31的平面形状可以是圆形(包括椭圆)。主板31优选形成为具有的直径大于具有一个波长的圆。主板31不限于基板20的背面布置。例如，它可以作为内层导体的一部分布置在基板20内部。

贴片部32是由铜等制成的导体。贴片部32是布置成面对主板31的导体，其在X方向上与主板31间隔预定距离(分离距离)。贴片部32有时可称为辐射元件。在平面图中，整个贴片部32与主板31重叠。即，贴片部32的整个板面(即，下表面)在X方向上面向主板31。贴片部32基本上平行于主板31布置。基本上平行并不局限于绝对平行。例如，贴片部32可以相对于主板31倾斜几度到十度。

如上所述，本实施例的贴片部32布置在基板20的一个表面20a上。贴片部32是通过将布置在基板20的一个表面20a上的金属箔图案化而形成的。贴片部32是印刷电路板的一个表面20a一侧上的表层图案的一部分。表层图案是在印刷电路板上多层布置的导体图案中布置在基板20的表面(即，一个表面20a或背面20b)上的图案。贴片部32的基本形状是基本上为正方形的平面。基本形状是指平面图中贴片部32的轮廓。贴片部32可以具有在轮廓中开口的狭缝。例如，还可以采用具有基本上为H形平面的贴片部32，其中在基本上为正方形的平面中提供两个狭缝。贴片部32不限于基板20的一个表面布置。例如，它可以作为内层导体的一部分布置在基板20内部。

通过将贴片部32布置成面对主板31，根据贴片部32的面积大小和与主板31的距离形成电容器。贴片部32的尺寸被确定为形成电容器，该电容器与短路部34中包括的电感器以目标频率并联谐振。贴片部32的面积大小被适当地设计成提供所需电容器，从而以所需的工作频率工作。

在本实施例中，作为示例，贴片部32的基本形状(即轮廓)是正方形的，但是作为其他配置，贴片部32的平面形状可以是圆形、正八边形、正六边形等。贴片部32的基本形状优选为以相互正交的两条直线中的每一条作为对称轴的线对称形状，即，双向线对称形状。双向线对称形状是指以第一条直线作为对称轴的线对称图形，其相对于与第一条直线正交的第二条直线也是线对称图形。双向线对称形状对应于例如椭圆、矩形、圆、正方形、正六边形、正八边形、菱形等。此外，贴片部32可以更优选地是点对称图形，例如圆形、正方形、矩形或平行四边形。

馈电线33是用于向贴片部32供电的导体。馈电线33从馈电点延伸到贴片部32，并且馈电线33的至少一部分与贴片部32布置在基板20上的相同表面上。与贴片部32布置在相同表面上的馈电线33有时可称为微带线。馈电线33的其中一端电连接到贴片部32的边缘。馈电线33的另一端电连接到高频电路40。馈电线33和贴片部32之间的连接部对应于馈电点。经由高频电路40输入到馈电线33的电流传播到贴片部32并激励贴片部32。请注意，供电方法不限于直接供电方法。可以采用馈电线33和贴片部32电磁耦合的馈电方法。

本实施例的馈电线33包括布置在基板20的一个表面20a上的导体。也就是说，馈电线33的至少一部分也是印刷电路板的一个表面20a一侧上的表层图案的一部分。馈电线33还通过对布置在基板20的一个表面20a上的金属箔进行图案化而形成。在馈电线33中，从馈电点延伸的馈电线33的至少一部分与贴片部32整体形成。在图1到图3中所示的示例中，馈电线33从贴片部32的非相对侧延伸，不是从基板20的端部21的相对侧延伸。馈电线33从与相对侧相邻的一侧延伸。具有馈电点的一侧称为馈电侧。与相对侧相邻的其中一侧是馈电侧。相对侧是基本上平行于Y方向的一侧。

与相对侧相邻的一侧包括馈电侧在内是基本上平行于Z方向的一侧。馈电线33连接到贴片部32的馈电侧的基本中心部分。

馈电线33具有以直线形状延伸的直线部33a，作为从馈电点延伸的至少一部分。例如，从馈电点沿着连接贴片部32的基本中心和馈电点的虚拟直线，直线部33a以直线形状延伸。在图1到3所示的示例中，直线部33a在Y方向上延伸。馈电线33被布置成在X方向上面对主板31。本实施例的馈电线33仅由布置在一个表面20a上的导体构成。

馈电线33可被配置为仅包括直线部33a。在这种情况下，整个馈电线33形成直线形状。馈电线33可以具有折弯部。馈电线33可以包括沿Y方向延伸的部分和沿Z方向延伸的部分。馈电线33可以包括具有Y方向分量和Z方向分量的部分。馈电线33可包括曲线部。除了布置在一个表面20a上的导体之外，馈电线33还可以包括过孔导体和内层导体。

短路部34电连接主板31和贴片部32，即，使两者短路。短路部34是布置在基板20上的柱状导体。短路部34的端部之一连接到主板31，另一端连接到贴片部32。短路部34例如具有基本上为圆形的平面形状。通过调整短路部34的直径和/或长度，可以调整短路部34中的电感器的值(即，电感)。短路部34在平面图中连接到贴片部32的基本中心。贴片部32的中心对应于贴片部32的重心。

当贴片部32具有基本上为正方形的平面形状时，该中心对应于贴片部32的两条对角线的交点。短路部34是过孔导体，其中导体布置在形成于基板20中的通孔(所谓的过孔)中。通孔从一个表面20a穿透基板20到背面20b。构成短路部34的过孔导体的数量不受特别限制。在本实施例中，一个过孔导体构成短路部34。短路部34可以由并联布置在主板31和贴片部32之间的多个过孔导体形成。

高频电路40电连接到零阶谐振天线30，并且形成经由零阶谐振天线30与外部无线通信的无线通信电路的至少一部分。高频电路40安装在基板20上(即，印刷电路板上)。在本实施例中，高频电路40安装在基板20的一个表面20a上。高频电路40例如作为IC芯片提供，并且钎焊到印刷电路板的表层图案(即，焊盘，未示出)上。高频电路40可布置在基板20内部(即，在印刷电路板中)。如果是多层基板，则高频电路40可以作为内置部件提供。高频电路40和贴片部32在Y方向上并排布置。

高频电路40至少具有调制和发送发送信号的发送功能和/或解调接收信号的接收功能。高频电路40在具有发送功能时可以称为发送电路，在具有接收功能时可以称为接收电路，在具有发送/接收功能时可以称为发送/接收电路。此外，高频电路40可以被称为无线电路、RF电路、馈电电路等。

如图4所示，本实施例的高频电路40包括收发器41、功率放大器(PA)42、低噪声放大器(LNA)43、开关44和带通滤波器45。收发器41具有转换器(CON)41a、调制器(MOD)41b和解调器(DEMOD)41c。高频电路40具有所谓的RF单元。

转换器41a执行信号的模数转换。在发送时，转换器41a将基带信号(即，数字信号)转换为模拟信号。调制器41b调制转换后的模拟信号。收发器41以RF信号的频率振荡调制信号。解调器41c解调接收信号。转换器41a将解调信号(模拟)转换为数字信号(基带信号)。RF是射频的缩写。

功率放大器42放大RF信号的功率并将其输出到开关44。低噪声放大器43放大经由开关44输入的接收信号，并将其输出到收发器41。开关44将电源线切换到或者发送侧或者接收侧。开关44有时被称为天线开关。功率放大器42在发送侧的电源线中设置在开关44和收发器41之间。低噪声放大器43在接收侧的电源线中设置在开关44和收发器41之间。

带通滤波器45去除不必要的频率分量。带通滤波器45在馈电线中设置在开关44和零阶谐振天线30之间。高频电路40还包括构成用于阻抗匹配的匹配电路的多个匹配元件46和保护二极管47。在图4中，为了方便起见，对多个匹配元件46给出了公共附图标记。

图4所示的高频电路40仅仅是一个示例。其发送方法和接收方法不受特别限制。如上所述，高频电路40可以仅具有RF单元，或者可以具有RF单元和基带部分。

金属体50通过反射从零阶谐振天线30辐射的一部分无线电波来调整指向性。金属体50安装在基板20上(即，印刷电路板上)。金属体50是与印刷电路板的元件不同的元件。金属体50具有与主板31相同的电位，即接地电位。例如，通过经由印刷电路板的导体元件连接到主板31，金属体50可以具有与主板31相同的电位。通过经由接地图案电连接到主板31，金属体50可以具有与主板31相同的电位。金属体50在X方向上高于贴片部32。也就是说，金属体50的高度大于贴片部32的厚度。由于金属体50比贴片部32长，因此其有效地反射无线电波。稍后描述金属体50的布置。

作为金属体50，例如，可以采用金属块、用于保护安装在印刷电路板上的电子元件的金属壳体以及诸如设置在连接器中的端子的金属部分。在本实施例中，作为金属体50，采用保护高频电路40不受电磁波影响的屏蔽壳体。金属体50安装在基板20的一个表面20a上。尽管未示出，但印刷电路板在一个表面20a上具有诸如阻焊剂的保护膜。金属体50钎焊到焊盘(未示出)，焊盘是从保护膜暴露的导体元件。焊盘与接地图案电连接。金属体50(即屏蔽壳体)设置在保护膜上。金属体50在一个表面20a上从贴片部32向上伸出/升起。

作为金属体50的屏蔽壳体具有例如为一侧打开的盒形形状。高频电路40容纳在金属体50内。在本实施例中，如图4中的单点划线所示，高频电路40的所有元件布置在金属体50内。构成高频电路40的一部分元件可以布置在金属体50内部(即，在屏蔽壳体中)，而另一部分元件可以布置在金属体50的外部。金属体50可以与高频电路40一起作为模具组件提供。金属体50可布置在基板20内部(即，在印刷电路板中)。如果是多层基板，则金属体50可以作为内置组件提供。

<零阶谐振天线的操作>

接下来，描述零阶谐振天线30的操作。如上所述，零阶谐振天线30具有以下结构：彼此面对的主板31和贴片部32通过短路部34连接。这种结构是所谓的蘑菇结构，与超材料的基本结构相同。由于零阶谐振天线30是应用了超材料技术的天线，因此它有时被称为超材料天线。

零阶谐振天线30被设计成以所需工作频率在零阶谐振模式下工作。在超材料的色散特性中，在相位常数β变为零(0)的频率下的共振现象是零阶共振。相位常数β是波在发送线上传播的传播系数γ的虚部。零阶谐振天线30可以令人满意地发送和/或接收在包括发生零阶谐振的频率的预定频带中的无线电波。

零阶谐振天线30通常通过在主板31和贴片部32之间形成的电容器与包括在短路部34中的电感器之间的LC并联谐振来操作。在零阶谐振天线30中，贴片部32通过设置在贴片部32的中心区域中的短路部34与主板31短路。此外，贴片部32的面积大小是用于形成电容器的面积大小，该电容器能够以所需频率(即，以工作频率)与短路部34中包括的电感器并联谐振。注意，根据短路部34的每个部分的尺寸，即，例如，Z方向上的直径和长度，确定电感器的值(即，电感)。

因此，当供应工作频率的电力时，由于电感器和电容器之间的能量交换而发生并联谐振，并且在主板31和贴片部32之间垂直于主板31(和贴片部32)的位置处产生垂直电场。即，产生在X方向上的电场。这样的垂直电场从短路部34向贴片部32的边缘传播，在贴片部32的边缘处变得垂直极化，并且在空间中传播。注意，这里的垂直极化波是指电场的振动方向垂直于主板31和贴片部32的无线电波。此外，零阶谐振天线30通过LC并联谐振接收来自零阶谐振天线30外部的垂直极化波。

请注意，零阶谐振的谐振频率不取决于天线大小。因此，可以使贴片部32的一侧的长度短于零阶谐振频率的1/2波长。例如，即使一侧的长度相当于四分之一波长，也会产生零阶谐振。例如，当工作频率为2.44GHz时，在包括基板20的配置中，波长λε是(300[mm/s]/2.44[GHz])/基板20的介电常数的平方根。可以使一侧短于四分之一波长。然而，例如，在这种配置中，诸如天线增益之类的增益降低。

<馈电线的延伸方向和指向性>

接下来，描述馈电线33的延伸方向和指向性，即零阶谐振天线30自身的指向性。图5、图6和图7分别示出了馈电线33的延伸方向和电磁场模拟的结果(即辐射特性)。在这样的模拟中，工作频率、基板20的配置(即，介电常数和厚度)和短路部34的直径在图5、6、7的示例中相同。即，仅馈电线33的延伸方向彼此不同，并且对其他因素在相同条件下执行模拟。例如，工作频率设置为2.44GHz。在图5至图7中，为方便起见，从零阶谐振天线30的图示中省略了基板20。在图5到图7中，为了便于看到零点，电场强度越高，点越稀疏，电场强度越低，点越密集。

图5示出了以与图1中相同的方式配置的零阶谐振天线30的辐射特性。馈电线33从贴片部32的边缘沿Y方向延伸。由于布置成面对主板31的馈电线33的影响，零点向馈电线33相反的一侧倾斜，并且指向性偏向布置馈电线33的一侧。

在图6中，馈电线33沿Z方向延伸。馈电线33从贴片部32的基本上平行于Y方向的边缘之一沿Z方向延伸。在馈电线33的延伸方向上，零点向馈电线33相反的一侧倾斜，并且指向性偏向布置馈电线33的一侧。

在图7中，馈电线33沿对角线延伸。馈电线33具有Y方向分量和Z方向分量。馈电线33与基本上平行于Y方向的虚拟线成锐角，并且也与基本上平行于Z方向的虚拟线成锐角。馈电线33从贴片部32的四个角之一(即，四边形顶点之一)延伸。在馈电线33的延伸方向上，零点向馈电线33相反的一侧倾斜，并且指向性偏向布置馈电线33的一侧。

如上所述，零阶谐振天线30自身在馈电线33的延伸方向上具有指向性。本公开的申请人在日本专利申请号2020-038072中详细描述了馈电线33对零阶谐振天线30的指向性的影响。将该文献的内容通过引用并入本文作为对技术元件的描述。

<金属体的布置>

接下来，描述金属体50的布置。图8和图9示出了零阶谐振天线30的贴片部32、馈电线33、高频电路40和金属体50的布置。附图中的附图标记32c指示平面图中贴片部32的中心。附图标记35表示馈电点。图8和图9示出了金属体50的至少一部分。在本实施例中，采用屏蔽壳体作为金属体50。图8和图9仅示出了作为金属体50的屏蔽壳体的一部分。

在图8中，馈电线33如同图1沿Y方向延伸。金属体50的至少一部分布置在从Z方向观看的平面图中区域R1和区域R2的相交区域R3中。区域R1是平面图中的贴片部32和高频电路40之间的区域。区域R1是在贴片部32的中心32c和馈电点35的对齐方向上贴片部32和高频电路40之间的区域。在图8中，区域R1是(i)贴片部32的馈电侧和(ii)高频电路40的与贴片部32相对的相对侧之间的区域。

区域R2是从L方向观看的馈电线33宽度范围内的区域，L方向是中心32c与馈电点35的对齐方向。本实施例中的L方向基本上与Y方向一致。在图8所示的例子中，馈电线33只包括直线部33a。也就是说，馈电线33在从馈电点35到与高频电路40的连接部分的整个长度上具有直线形状。馈电线33沿基板20的端部21延伸。馈电线33的宽度在整个长度上基本相同。

图8所示的相交区域R3在平面图中与馈电线33的形成区域重合。金属体50的一部分，具体地说，屏蔽壳体的其中一个侧壁50a布置在相交区域R3中。布置在相交区域R3中的侧壁50a位于馈电线33的直线部33a的正上方。侧壁50a设置在覆盖馈电线33的保护膜上，并在X方向上延伸。在平面图中，侧壁50a(即，金属体50)与馈电线33交叉。

图9示出了具有不同于图8的图案的馈电线33的示例。在图9中，馈电线33包括沿Y方向延伸的第一延伸部和沿Z方向延伸的第二延伸部。直线部33a也作为第一延伸部之一。第二延伸部33b的端部之一连接到直线部33a的与馈电点35相反的端部。第二延伸部33b在Z方向上朝向基板20的端部21延伸。第二延伸部33b延伸到在Z方向上比贴片部32更靠近端部21的位置。第一延伸部33c的端部之一连接到第二延伸部33b的另一端。第一延伸部33c在Y方向上延伸并接近高频电路40。第二延伸部33d的端部之一连接到第一延伸部33c的另一端。第二延伸部33d在Z方向上远离端部21延伸，即在接近高频电路40的方向上延伸。馈电线33的宽度在其整个长度上基本相等。

如上所述，区域R1是平面图中的贴片部32和高频电路40之间的区域。类似于图8，区域R1是贴片部32的馈电侧和高频电路40的相对侧(与贴片部32相对)之间的区域。区域R2是从中心32c和馈电点35的对齐方向(即，L方向)看到的馈电线33的宽度范围。从L方向在平面图中看到的馈电线33的宽度由直线部33a和第一延伸部33c(其对应于第一延伸部)确定。如图9所示，作为金属体50的屏蔽壳体的侧壁50a布置在相交区域R3中。侧壁50a(即，金属体50)布置在馈电线33的直线部33a的虚拟延长线上。

<第一实施例概要>

根据本实施例中所示的无线通信设备10，如上所述，零阶谐振天线30自身的指向性被有意地偏向在馈电线33的延伸方向上。即，电场集中在馈电线33的延伸方向上。然后，通过有意地在电场集中的方向上布置金属体50的至少一部分，具体地说，在上述相交区域R3中，在延伸方向上辐射的一部分无线电波被反射以延伸/加宽电场。如上所述，包括零阶谐振天线30和金属体50的天线设备在与馈电线33的延伸方向不同的方向上具有指向性。即，可以提供具有不同于(馈电线30的)延伸方向的所需指向性的无线通信设备。

例如，馈电线33具有在与贴片部32相同的表面上从馈电点35以直线形状延伸的直线部33a。零阶谐振天线30自身的指向性受到馈电线33的直线部33a的很大影响，该直线部33a布置在与贴片部32相同的表面上并且从馈电点35延伸。也就是说，电场趋向于在沿直线部33a的方向上集中。

在本实施例中，例如，在图8所示的示例中，金属体50直接布置在直线部33a的上方。金属体50在平面图中与直线部33a重叠。金属体50经由阻焊剂(未示出)布置在直线部33a上。因此，在馈电线33的延伸方向上辐射的无线电波可以被金属体50有效地反射以延伸电场。在图9所示的示例中，金属体50布置在直线部33a的延长线上。类似于图8，在馈电线33的延伸方向上辐射的无线电波可以被金属体50有效地反射以延伸电场。

在图10中，参考示例示出了仅使用零阶谐振天线30r来确保所需指向性的无线通信设备10r。本公开的示例示出了根据本实施例的无线通信设备10的示例。在参考示例中，参考标记r被添加/附加到与本实施例的元件相同或相关的元件的编号中。如图10所示，在参考示例和本公开的示例中，贴片部32和32r以及零阶谐振天线30和30r布置在基板20和20r的端部21和21r附近。

在参考示例中，当试图使用零阶谐振天线30r自身获得包括Z方向分量的实线箭头方向上的指向性时，馈电线33r需要延伸到基板20r的端部21r的外侧，并且高频电路40必须布置在基板20的外侧。也就是说，通过安装在基板20r上的零阶谐振天线30r自身不能获得所需的指向性。

另一方面，在本公开的示例中，馈电线33在Y方向上延伸。结果，零阶谐振天线30自身在虚线箭头指示的方向上，即在Y方向上具有指向性。此外，由于金属体50的布置，在Y方向上辐射的一部分无线电波被反射并且电场被延伸。这样，通过组合零阶谐振天线30和金属体50，可以具有如实线箭头所示的包括Z方向分量的所需指向性。也就是说，即使在贴片部32布置在基板20的端部21附近的配置中，也可将指向性定向在从贴片部32向端部21延伸的方向，即朝向基板20外侧的方向。

作为示例，金属体50安装在基板20的一个表面20a上。即，金属体50是表面安装的。根据这种配置，金属体50可以高精度地布置在所需位置。因此，所需的指向性以高精度实现。

作为示例，贴片部32和馈电线33的至少一部分布置在基板20的一个表面20a上。表面安装的金属体50从一个表面20a比贴片部32更向上伸出。在X方向(垂直方向)，金属体50的高度大于贴片部32的厚度。结果，从零阶谐振天线30辐射的无线电波可以被金属体50有效地反射。

作为示例，采用保护高频电路40的屏蔽壳体作为金属体50。根据这种配置，作为金属体50，不需要单独制备金属块等，因此可以简化结构。

通过电磁场模拟评估本公开的示例和参考示例的结果如下所示。图11示出了该模拟中使用的本公开的示例和参考示例的示意性配置。类似于图10，在参考示例中，参考代码r被添加/附加到与本实施例的元件相同或相关的元件的编号中。本公开的示例包括金属体50。另一方面，参考示例不包括金属体。在本公开的示例和参考示例中，除了存在或不存在金属体之外，其他条件相同。工作频率设置为2.44GHz。零阶谐振天线30和30r布置在基板20和20r的端部21和21r附近。馈电线33和33r的图案与图9所示的图案相同。金属体50和50r均假定为屏蔽壳体。

图12和图13显示了电磁场模拟的结果(即辐射特性)。在图12和图13中，不同于图5到图7，电场强度越高，点越密集，电场强度越低，点越稀疏。为了便于理解指向性，图12示出了在ZY平面上的电场强度分布。图13示出了在基板竖立的状态下的电场强度分布，以便可以容易地理解Y方向以外的变化。指向性的瞄准方向是由图12中的实线箭头指示的方向。瞄准方向是从贴片部到基板边缘外侧的方向，并且从Z方向略微倾斜。瞄准方向是馈电线不能被拉出的方向，即不能布置高频电路的方向。

如图12和13所示，在参考示例中，电场集中在Y方向。另一方面，在本公开的示例中，可以看到电场也沿其他方向延伸。在本公开的示例中，电场还沿X和Z方向延伸。然后，如图12所示，其在目标方向上具有指向性。

图14是比较本公开示例和参考示例在图13中实线所示φ＝0°平面上的辐射特性的图。φ＝0°的平面为ZX平面。图15是比较本公开示例和参考示例在φ＝4°平面上的辐射特性的图。图16是比较本公开示例和参考示例在图13中的虚线所示的φ＝10°平面上的辐射特性的图。在每个附图中，实线示出了本公开的示例，虚线示出了参考示例。m1是本公开示例的增益(增益)，m2是参考示例的增益。m1和m2是每个表面上θ＝60°的值。m1和m2基本上等于它们各自的最大增益。

如图14所示，在φ＝0°的平面上，m1＝-7.63[dBi]和m2＝-9.17[dBi]。如图15所示，在φ＝4°的平面上，m1＝-7.55[dBi]和m2＝-8.86[dBi]。如图16所示，在φ＝10°的平面上，m1＝-7.48[dBi]和m2＝-8.27[dBi]。φ的值越接近0°，本公开示例的增益m1与参考示例的增益m2之间的差值越大。也就是说，它表明电场在不同于Y方向的方向上延伸，具体地说，在X方向上延伸。

如上所述，从模拟结果可以清楚地看出，从零阶谐振天线30的贴片部32在Y方向上辐射的无线电波被金属体50反射，从而电场在X方向和Z方向上延伸。即，需要说明的是，可以在馈电线33不能被拉出的目标方向上提供指向性，其与馈电线33的延伸方向不同。

<修改示例>

作为金属体50，示出了高频电路40的屏蔽壳体的示例。然而，本公开不限于此示例。如上所述，包括在金属块或连接器中的金属部分可以设置为金属体50。金属块可以是例如柱状金属体。

指向性的瞄准方向不限于上述示例。例如，如图17所示，通过金属体50的反射，零阶谐振天线30的指向性可以被定向为与零阶谐振天线30自身的指向性相反。在图17中，零阶谐振天线30自身的指向性用虚线表示，包括零阶谐振天线30和金属体50的天线设备的指向性用实线表示。这同样适用于以下修改示例。

示例示出了无线通信设备10包括一个金属体50。然而，本公开不限于此。可以提供多个金属体50。在图18所示的示例中，无线通信设备10包括两个金属体50。每个金属体50安装在同一基板20上。还可以被配置为包括三个或更多金属体50。

金属体50在基板20上的取向不受特别限制。例如，如图19所示，在平面中具有基本矩形形状的金属体50的四个边可以相对于零阶谐振天线30自身的指向性倾斜。也就是说，金属体50可以被布置成从馈电线33的延伸方向倾斜。金属体50的每一个边可布置成在Y方向或Z方向上基本上不平行。

金属体50的平面形状不受特别限制。例如，如图20所示，可以采用扁平梯形金属体50。除上述之外，还可以采用正方形、平行四边形、除矩形以外的多边形、圆形等。

(第二实施例，图21-24)

第二实施例是对作为基本配置的先前实施例的修改，并且可以并入先前实施例的描述。

图21是示出根据本实施例的无线通信设备10中的贴片部32和金属体50之间的距离的图。为方便起见，省略除基板20、贴片部32和金属体50之外的元件。馈电线33沿Y方向延伸。贴片部32和金属体50之间的距离D是平面图中的面对距离。换句话说，它是贴片部32和金属体50之间在L方向上的距离，该L方向是贴片部32的中心32c和馈电点35之间的对齐方向。距离D满足0<D<λ×1/2的关系，其中λ是零阶谐振天线30的工作频率的无线电波的波长。零阶谐振天线30安装在基板20上，波长λ是上述波长λε。其他配置与前述实施例中描述的配置相同。馈电线33的图案与先前实施例的图9和11中的图案相同。

<第二实施例概要>

图22、图23和图24显示了电磁场模拟的结果。在模拟中，将距离D为λ×1/2(即等于一半波长)的情况与λ×1/4(即等于四分之一波长)的情况进行比较。在下文中，当距离等于1/2波长时，可将其简单地称为1/2波长。类似地，当距离等于1/4波长时，可将其简单地称为1/4波长。其它条件被设置为与本公开的先前实施例相同。也就是说，馈电线33的图案与图9和11中的相同。工作频率设置为2.44GHz。

图22示出了各自的辐射特性。在图22中，就像图12和13一样，电场强度越高，点越密集，电场强度越低，点越稀疏。图22示出了如同图13基板竖直状态下的电场强度分布。图23是比较图22中实线所示φ＝0°平面上1/2波长和1/4波长的辐射特性的图。图24是比较图22中虚线所示φ＝55°平面上1/2波长和1/4波长的辐射特性的图。在图23和图24中，实线表示1/2波长，虚线表示1/4波长。m1是1/4波长的增益，m2是1/2波长的增益。m1和m2是每个表面上θ＝60°的值。m1和m2基本上等于它们各自的最大增益。

如图22所示，可以看出，Y方向上的电场集中被抑制，并且电场在1/4波长处而不是在1/2波长处向另一方向延伸。在1/4波长处，电场也沿X和Z方向延伸。也就是说，可以看到馈电线33在与延伸方向不同的方向上具有指向性。

如图23所示，在φ＝0°的平面上，m1＝-7.63[dBi]和m2＝-9.63[dBi]。如图24所示，在φ＝55°的平面内，m1＝-8.58[dBi]和m2＝-7.18[dBi]。在φ＝0°的平面内，1/4波长的增益大于1/2波长的增益。在比φ＝0°更靠近Y方向的φ＝55°平面上，1/4波长的增益小于1/2波长的增益。在φ＝0°值时，1/4波长的增益大于φ＝55°值时的增益。在φ＝55°值时，1/2波长的增益大于φ＝0°值时的增益。也就是说，澄清了由于金属体50的反射，1/4波长具有更高的在Z方向和X方向上延伸电场的效应。

如上所述，模拟结果表明，当距离D设置在0<D<λ×1/2的范围内时，金属体50能够有效地反射从贴片部32沿Y方向辐射的无线电波。也就是说，表明电场在X方向和Z方向上延伸。除了提供金属体50之外，通过将距离D设置在上述范围内，容易在与馈电线33的延伸方向不同的方向上提供指向性。特别地，如果将距离D设置为基本上等于1/4波长的距离，则其更有效。

(第三实施例，图25)

第二实施例是对作为基本配置的先前实施例的修改，并且可以并入先前实施例的描述。在先前的实施例中，在贴片部面向高频电路的一侧设置馈电点。替代地，可以在高频电路的非面对侧提供馈电点。

图25是示出根据本实施例的无线通信设备10的示意性配置的平面图。图26是从XXVI方向观看的图25的侧视图。馈电点35设置在贴片部32的一侧(其与面对高频电路40的一侧相反)。馈电线33具有布置在与贴片部32相同的表面上的直线部33a。直线部33a从馈电点35沿Y方向和远离高频电路40的方向延伸。贴片部32和直线部33a布置在基板20的一个表面20a上。

馈电线33除了直线部33a之外还具有内层导体33e和过孔导体33f。内层导体33e是布置在基板20内部(例如，在表面下方)的导体图案，其具有多层层压的绝缘基材。即，内层导体33e是内层图案。过孔导体33f通过将导体布置诸如电镀在穿透至少一层绝缘基材的通孔中而形成。通孔有时被称为过孔。贴片部32经由(即，通过)馈电线33的直线部33a、过孔导体33f、内层导体33e和过孔导体33f电连接到高频电路40。内层导体33e和过孔导体33f被布置成不与零阶谐振天线30的其他元件接触。

如同先前实施例所示的图1，在Y方向上并排布置贴片部32和高频电路40。高频电路40安装在基板20的一个表面20a上。金属体50在平面图中布置在贴片部32和高频电路40之间的区域中。金属体50布置在(i)作为贴片部32相对于高频电路40的相反/非面对侧的非馈电侧和(ii)高频电路40与贴片部32相对的相对侧之间的区域中。在贴片部32中，面向高频电路40的一侧是与馈电侧相反的一侧。金属体50布置在馈电线33的直线部33a的虚拟延长线上。金属体50布置在从中心32c和馈电点35的对齐方向观看的直线部33a宽度内。其他配置与前述实施例中描述的配置相同。

<第三实施例概要>

如上所述，在本实施例中，馈电点35设置在贴片部32中与面向高频电路40的一侧相反的一侧。对指向性具有大影响的馈电线33的直线部33a沿Y方向从馈电点35远离高频电路40延伸。结果，如图25中的虚线箭头所示，零阶谐振天线30本身具有方向与虚线箭头对齐的指向性。尽管零阶谐振天线30在直线部33a的延伸方向上具有指向性，但从图5至图7、图12等中可以清楚地看到，在与延伸方向相反的方向上发送/辐射相当量的无线电波。

在本实施例中，金属体50布置在贴片部32和高频电路40之间。金属体50相对于贴片部32布置在与直线部33a相反的一侧。金属体50将来自贴片部32的一部分无线电波辐射到高频电路40一侧/朝向高频电路40一侧辐射。结果，电场相对于贴片部32进一步集中在直线部33a的延伸方向上。也就是说，包括零阶谐振天线30和金属体50的天线设备具有所需的指向性，并且可以比零阶谐振天线30自身具有更强大/更强烈的指向性。在图25中，天线设备的指向性由实线箭头表示。

(其他实施例)

说明书和附图中的本公开不限于其描述的示例性实施例。本公开包括示例性实施例和本领域技术人员基于示例性实施例进行的修改。例如，本公开不限于实施例中所示的组件和/或元件的组合。本公开可以以各种组合实施。本公开可以具有可添加到实施例的附加部分。本公开包括修改后的实施例，其中省略了实施例的组件和/或元件。本公开包括组件和/或元件在一个实施例和另一个实施例之间的重新分配或组合。所公开的技术范围不限于对实施例的描述。所公开的一些技术范围由权利要求书描述指示，并且应当理解为包括与权利要求所描述的等同的含义和范围内的所有修改。

说明书、附图等中的本公开不受权利要求书描述的限制。说明书、附图等中的本公开包含权利要求中描述的技术思想，并且进一步扩展到比权利要求中的技术思想更广泛的技术思想。因此，可以从说明书、附图等的本公开中提取各种技术思想，而不限于权利要求的描述。

当元件或层被描述为“布置在上面”或“连接”时，元件或层可以直接布置在另一元件或另一层的上面或连接到另一元件或另一层，或者也可以具有布置在其间的中间元件或中间层。相反，当元件或层被描述为“直接布置在上面”或“直接连接”时，不存在中间元件或中间层。用于描述元件之间关系的其他术语(例如，“之间”对“直接之间”以及“相邻”对“直接相邻”)应作类似解释。本文中使用的术语“和/或”包括关于一个或多个相关列出项目的任何组合和所有组合。

本文使用空间相对术语“内”、“外”、“后”、“底”、“下”、“顶”、“高”等来便于描述一个元件或特征与其他元件或特征之间的关系的描述。空间相对术语可以理解为除了在附图中描绘的方向之外，还包括正在使用或操作的设备的不同方向。例如，当翻转图中的设备时，被描述为“低于”或“直接低于”另一个元件或特征的元件随后被定位为“高于”另一个元件或特征。因此，术语“以下”可以包括上面和下面。该装置可朝向另一方向(例如，旋转90度或任何其他方向)，并且本文中使用的空间相对术语做相应地解释。

Claims (12)

1.一种无线通信设备，包括：

包含电介质的基板(20)；

零阶谐振天线(30)；

安装在所述基板上的高频电路(40)；和

安装在所述基板上的金属体(50)，其中

所述零阶谐振天线包括：

主板(31)，其设置在所述基板的底面(20b)上并提供接地电位；

贴片部(32)，其设置在所述基板的顶面(20a)上并包括馈电点(35)；

馈电线(33)，其从所述贴片部的所述馈电点延伸以电连接所述贴片部和所述高频电路，所述馈电线的至少一部分设置在所述基板的所述顶面上；和

短路部(34)，其设置在所述基板中并电连接所述贴片部和所述主板，以及

所述金属体被配置为：

具有与所述主板相同的电位，

具有大于贴片部高度的金属体高度，

和

在平面图中，设置成(i)至少部分地位于从所述贴片部的中心和所述馈电点的对齐方向看到的所述馈电线的宽度范围内，以及(ii)至少部分地位于所述贴片部和所述高频电路之间的之间区域内。

2.根据权利要求1所述的无线通信设备，其中，

在所述零阶谐振天线的工作频率中的无线电波的波长为λ，以及

在所述平面图中，所述贴片部和所述金属体之间的距离D满足0<D<λ×1/2的关系。

3.根据权利要求1或2所述的无线通信设备，其中

所述馈电线具有在与所述贴片部相同的表面上从所述馈电点以直线形状延伸的直线部(33a)，

所述金属体直接设置在所述直线部的上方或所述直线部的延长线上。

4.根据权利要求1或2所述的无线通信设备，其中

所述贴片部设置在所述基板的外周边缘(21)附近。

5.根据权利要求1或2所述的无线通信设备，其中

所述金属体安装在所述基板的所述顶面(20a)上。

6.根据权利要求5所述的无线通信设备，其中

所述贴片部、所述馈电线的至少一部分设置在所述基板的所述顶面上，以及

所述金属体从所述基板的所述顶面比所述贴片部更多地向上伸出。

7.根据权利要求1或2所述的无线通信设备，其中

所述金属体是保护所述高频电路的屏蔽壳体。

8.一种无线通信设备，包括：

基板(20)；

位于所述基板的底面(20b)上的主板(31)；

贴片部(32)：(i)位于所述基板的顶面(20a)上，(ii)包括所述贴片部(32c)的中心，以及(iii)包括位于所述贴片部的第一边缘的馈电点(35)；

短路部(34)，其位于所述基板中，并将所述主板电连接到所述贴片部的所述中心；

高频电路(40)；

馈电线(33)，其将所述馈电点电连接到所述高频电路；和

金属体(50)，其包括至少部分地位于所述贴片部和所述高频电路之间的第一壁部。

9.根据权利要求8所述的无线通信设备，其中：

所述馈电线从所述贴片部的所述第一边缘沿Y方向正交地(33a)延伸到所述高频电路的第一边缘的中心部分，

在平面图中，所述金属体包括第一壁部，所述第一壁部(i)在所述馈电线上方沿Z方向延伸以及(ii)相对于所述Y方向位于所述贴片部和所述高频电路之间。

10.根据权利要求8所述的无线通信设备，其中：

所述馈电线以电气串联的方式包括：

(i)第一部分(33a)，其从所述贴片部的所述第一边缘朝向所述高频电路沿Y方向正交地延伸；

(ii)第二部分(33b)，其沿Z方向朝向所述基板的边缘延伸；

(iii)沿所述Y方向延伸的第三部分(33c)；和

(iv)第四部分(33d)，其沿负Z方向延伸并接触所述高频电路的第二边缘，以及

在平面图中，所述金属体包括第一壁部，所述第一壁部(i)沿Z方向延伸且不跨越所述馈电线，以及(ii)位于所述贴片部和所述高频电路之间。

11.根据权利要求10所述的无线通信设备，其中：

所述金属体基本上包围所述高频电路的顶部和所述高频电路的所有侧边，

在平面图中，所述贴片部、所述馈电线和所述金属体均与所述主板完全重叠。

12.根据权利要求10所述的无线通信设备，其中，在平面图中：

所述贴片部基本上是包括四个贴片部侧边的第一矩形，

所述贴片部侧边中的每一个与所述Z方向平行或与所述Y方向平行，

所述金属体基本上是包括四个金属体侧边的第二矩形，

所述金属体侧边中的每一个与所述Z方向平行或与所述Y方向平行，

所述金属体在所述Y方向上从所述贴片部偏移，以及

所述馈电线的所述第三部分在所述Z方向上从所述金属体偏移，使得从所述馈电线的所述第三部分到所述基板的端部(21)的第一距离小于从所述金属体到所述端部的第二距离。

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