CN1595718A

CN1595718A - 无线通信设备

Info

Publication number: CN1595718A
Application number: CNA2004100785554A
Authority: CN
Inventors: 塚本宗太郎
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 2003-09-09
Filing date: 2004-09-09
Publication date: 2005-03-16
Also published as: US20050052329A1; JP2005086531A; TW200511643A; EP1560291A1; KR20050026334A; US7161548B2; TWI256748B

Abstract

提供了一种具有金属外壳的无线通信设备，其中不需要外部天线而且包括一个其敏感度不降低的小天线。在无线通信设备的金属外壳(5)上设有缝隙(1)而馈电线(2)被连接到要用作3/8λ缝隙天线的缝隙(1)长边的近似四分之三的位置。

Description

无线通信设备

技术领域

本发明涉及一种包括一个用于无线通信的缝隙天线(slitantenna)的无线通信设备。

背景技术

诸如移动电话；带有移动电话、蓝牙、无线LAN、UWB(超宽带)和其它用于执行无线通信功能的个人计算机；PDA(个人数字助理)；数码相机(digital still camera)；可携式摄像机；消费电子器具之类的无线通信设备是已经公知的。在那些无线通信设备中，诸如镁(Mg)、铝(Al)或其它金属被用于外壳的部分或全部以便提高其强度并使得设计上的外观漂亮。为了执行无线通信功能，天线是不可缺少的；然而当天线位于金属附近或放在金属覆盖的外壳中时，天线可大大损失其灵敏度。

因此，按照惯例天线被放置在外壳的外面，或者在天线在外壳内部和天线在外壳外部这两种情况下，天线附近的外壳部分均由塑料而不是金属制成。

然而，将天线放在外壳外从成为实现该设备的小型化的一个障碍的角度来看不是优选的。并且，当天线附近的外壳部分由塑料等代替金属制成时，可能出现如减少外壳的强度和减少设计中的自由度这样的问题。因此，灵敏度的退化可被允许用于换取将天线放在外壳内。

为了解决上述问题，设在金属外壳表面的缝隙天线是公知的，该缝隙天线的长度等于接收的无线波的波长的一半(λ/2)并且该缝隙天线由高导磁率元件覆盖。

图1是上述缝隙天线的结构实例的说明性视图。常规的缝隙天线有一条矩形缝隙21、该缝隙长边LT的长度是波长的一半(λ/2)；而且馈电线22被连接到设在该缝隙的长边的金属部分的中心处的馈送点23和接地点24。作为馈电线22，按照惯例使用诸如同轴电缆的不平衡的电缆。在那时，因为缝隙21类似于λ/2偶极天线起作用，如果没有使得连接到馈送点23的馈电线22平衡，那么很难将缝隙天线22的输入阻抗匹配到馈电线22，以致天线增益减少。因此，通过不平衡变压器25等等不平衡的馈电线22a和22b被要求转换到平衡的线22c和22d。

上述的缝隙天线在专利文献1中公开了。

专利文献1：日本公开专利申请No.2003-124738

然而由于上述缝隙天线为λ/2并且太长的天线长度而成为外壳设计的障碍。例如，在下述情况下，其中接收的信号的波长为90cm，给定基于覆盖缝隙的高导磁率元件的相对导磁率和相对介电常数确定的收缩率是TR，则该缝隙的长度LT为45cm乘以收缩率TR。因此，很难在特别是用于便携式使用的无线通信设备或诸如移动电话单元和PDA的小尺寸无线通信设备中安装所述缝隙天线，而且该缝隙天线成为外壳小型化的障碍。进而要求一个不平衡变压器等来获得天线匹配也成为外壳小型化的障碍。

发明内容

本发明的一个目的在于，提供一种具有一个金属外壳的无线通信设备，其中不需要外部天线而且包含一个不减少通信灵敏度的小天线。

为了解决上述问题，本发明使用设在无线通信设备的金属外壳上的缝隙来起缝隙天线的作用，其中馈电线被连接到该缝隙长边近似四分之三的位置处。

因此不需要突出无线通信设备的外壳的外部天线。而且，因为设在外壳上的缝隙的长度可比惯用的缝隙长度更短，所以无线通信设备可进一步小型化。

根据本发明，因为无线通信设备的金属外壳本身被用作缝隙天线的一部分，所以不需要外部天线，以致无线通信设备易于小型化。

而且，按照惯例不平衡变压器等对于天线匹配是必需的；然而根据本发明，通信灵敏度可不用附加不平衡变压器等而被改善。

而且，因为缝隙的长度比惯用的缝隙天线的长度短，所以可获得比惯用的缝隙天线还要小尺寸的缝隙天线并因此易于应用到诸如移动无线通信设备及其它的小尺寸的设备中。而且可增强外观设计中的自由度。

附图说明

图1是示出惯用天线设备的一个实例的说明性视图；

图2是示出根据本发明的第一实施例的一个天线设备的结构实例的说明性视图；

图3是示出根据本发明的第二实施例的一个天线设备的结构实例的说明性视图；

图4是示出应用根据本发明的实施例的一个天线设备的一个实例的说明性视图；

图5是示出应用根据本发明的实施例的一个天线设备的另一个实例的说明性视图；

图6是示出根据本发明的第三实施例的一个天线设备的结构实例的说明性视图；

图7是示出根据本发明的第四实施例的一个天线设备的结构实例的说明性视图。

具体实施方式

在下文中，本发明的实施例将参照图2至7来解释。

应当注意，作为本发明所应用到的无线通信设备，可提及移动电话单元、PHS(个人手提移动电话系统)、收发器和GPS(全球定位系统)等等；而且，本发明可用于其它设备：诸如最初不起无线通信设备作用的与诸如移动电话、蓝牙、无线LAN、和UWB之类的无线通信功能结合的个人计算机；诸如PDA、数码相机、可携式摄像机、消费者电子器具等的电子装备；以及诸如收音机、电视接收机、DTV(数字电视)及其它的无线广播接收机。于是，具有ISM频带(工业科学医学频带：2.4GHz)的无线通信功能(蓝牙、IEEE802.11b无线LAN等)的所谓膝上型计算机将作为一个实例来解释。

图2示出根据本发明的第一实施例的一个天线设备的结构实例。如图2中所示，为了获得ISM频带(2.4GHz)的无线通信功能，长度为46.9mm的矩形缝隙(开口)1被设在金属外壳表面上的金属板5上提供，该缝隙的长度等于3/8λ，而且馈电线2被连接到位于缝隙1的长边L的近似四分之三的位置处的金属部分上的馈送点3。馈电线2被连接到未在图中示出且位于外壳内部的一个发射机或一个接收机上。作为馈电线2，可使用不平衡的传输线，而且在这个实例中，使用同轴电缆。于是，同轴电缆的信号线2a的芯线导线(core wireconductor)被连接到馈送点3，而地线2b的外层包覆导线(externalsheath conductor)被连接到接地点4，该接地点4位于馈送点3的对面的金属部分处，而馈送点3位于缝隙1的长边近似四分之三的位置处的金属部分上。利用上述的结构可获得3/8λ缝隙天线。

图3示出根据本发明的第二实施例的一个天线设备的结构实例。在图3中，长度为46.9mm的矩形缝隙(开口)1也被设在金属外壳表面上的金属板中，该缝隙的长度等于3/8λ，而且馈电线被连接到位于缝隙1的长边近似四分之三的位置处的金属部分上的馈送点3上。在这个实例中，使用PCB(印刷电路板)6上的微带线(microstrip line)来构造馈电线。微带线也是不平衡的传输线，而且此处微带线的传输线2a′被连接到馈送点3，而且构成地面的导电部分2b′被连接到接地点4。

注意在第一和第二实施例中所解释的缝隙1的宽度(即图2中所示的缝隙1的宽度W)可根据要使用的带宽来调节。宽度W越宽，则缝隙谐振的值Q下降越多，以致天线可接收和发射的频率带宽越宽。而且有一种情况，其中通过来自缝隙1的邻近零件的寄生电容，缝隙1的长度L的最优值可稍微偏离3/8λ。在那种情况下，长度L被调节以便VSWR(电压驻波比)和缝隙天线的效率可被最大地改善。特别地，调节从缝隙1的边缘到馈送点3的位置的较短的长度，即图2中示出的等于缝隙长度L四分之一的部分X的长度。

在如图1中示出的惯用缝隙天线的情况下，馈电线22被连接到矩形缝隙21的长边LT的中心；而在那时，缝隙21类似于λ/2偶极天线起作用。特别地，缝隙21需要具有等于λ/2的62.5mm的长度LT来获得ISM频带(2.4GHz频带)的无线通信功能。然而，根据本发明实施例的缝隙天线起3/8λ缝隙天线的作用，只需要缝隙1的长度L为46.9mm，该长度比惯用的缝隙天线的长度更短。

而且，因为惯用的λ/2缝隙天线起偶极天线的作用，所以很难不用通过不平衡变压器等等将馈电线转换为平衡线就将缝隙天线的输入阻抗匹配到馈电线并且因此天线增益降低。另一方面，因为根据本发明的实施例3/8λ缝隙天线近似地起单极天线的作用，所以馈电线2可为如上所述的诸如同轴电缆、微带线、共面波导及其它的惯用不平衡传输线。因此，按照惯例需要的不平衡变压器等不再必需而且可简化天线的内部电路以使得设备的小型化变得容易。

图4示出一个实例，其中根据本发明的第一或第二实施例的一个天线设备被应用于膝上型个人计算机。个人计算机10包括由镁制成的外壳7。细直线形的矩阵缝隙1被设在沿镁外壳7的盖子的边缘部分的长边的位置处以起缝隙天线的作用。应注意缝隙1的位置不限于本实例，而且缝隙1可设在由镁制成的外壳7上的任意位置处，只要保证缝隙的长度。

而且，虽然在该实例中缝隙有直线形状，也可能使得缝隙11弯曲成如图5中所示的具有多个弯曲点的曲线形状或使得缝隙成为弯曲形或波形。因此，关于根据本实例的缝隙，形成缝隙的位置及其形状可任意选择，所以对于设备的外观设计等几乎没有影响。

紧接着，根据本发明的第三实施例的一个天线设备的结构实例在图6中示出。在图6中，缝隙12被设在金属外壳表面上的金属板中，而馈电线2被连接到位于缝隙12的长边L′近似四分之三的位置处的金属部分上的馈送点3。而且，缝隙12的开口充满诸如塑料或其它的绝缘材料8。因此，如下列公式1中所示的，通过用绝缘材料8充满缝隙12的开口，缝隙的长度L′可依赖该缝隙12的有效相对介电常数的值而变短。

[公式1]

L^{'} = \frac{3 λ}{8 \sqrt{ϵeff}}

例如，当缝隙12充满ABS树脂(丙烯腈/丁二烯/苯乙烯共聚物树脂)并且在缝隙部分的有效介电常数为εeff＝4的情况下时，缝隙12的长度L′为在第一实施例中所解释的缝隙的长度46.9mm的一半即为23.4mm。

如上所述，根据本发明的第三实施例，设在外壳的金属表面上的缝隙的长度还可通过充满该缝隙开口的绝缘材料的效应来缩短。

接着，根据本发明的第四实施例的一个天线设备的结构的实例在图7中示出。关于缝隙天线的输入阻抗匹配，第一实施例中有以下解释，即通过调节图2中所示的缝隙1的长边的长度L＝3/8λ可获得阻抗匹配；然而，也可能通过提供一个匹配电路来代替调节其长度。在图7中，缝隙1被设在金属外壳的表面上的金属板中，而馈电线2被连接到位于缝隙1的长边L的近似四分之三的位置处的金属部分上的馈送点3。包括电容91和线圈92的匹配电路9或包括电气等效于那些元器件的谐振器的匹配电路9被连接到馈电线2的信号线2a和地线2b的每个输入端子。缝隙天线的输入阻抗可不用调节缝隙1的长度L通过匹配电路9来匹配。注意用于天线匹配的不平衡变压器在这种情况下甚至是不必需的。

如上所述，根据本发明的实施例，无线通信设备的金属外壳本身可用作缝隙天线的一部分，而设在外壳上的缝隙的长度可被充分地缩短到不引起设计中和外壳强度问题的程度。

而且，根据本发明的实施例，不需要用于天线匹配的匹配电路，或即使提供了匹配电路，也不需要不平衡变压器；以致外壳内部的电路线路图上的影响可变小而且可实现设备的小型化。

参考附图已描述了本发明的优选的实施例，必须理解本发明不限于那些精确的实施例而且本领域的技术人员可在不偏离附属的权利要求书中所定义的本发明的精神和范围的情况下实施各种变化和修改。

Claims

1.一种无线通信设备，包含：

在其表面上有一条矩形缝隙的金属外壳，

连接到所述矩形缝隙的长边的近似四分之三位置的馈电线，以及

连接到所述馈电线的发射机和/或接收机；

其中，所述缝隙起一个天线设备的作用。

2.如权利要求1所述的无线通信设备，

其中，所述馈电线由印刷电路板上的微带线构成。

3.如权利要求1所述的无线通信设备，

其中，所述缝隙由具有多个弯曲点的曲线形成。

4.如权利要求1所述的无线通信设备，

其中，所述缝隙的开口充满一种绝缘材料。

5.如权利要求1所述的无线通信设备，

其中，包括电容和线圈的匹配电路被连接到所述馈电线的输入端子而且功率通过所述匹配电路来提供。

6.如权利要求5所述的无线通信设备，

其中，包括谐振器的匹配电路被连接到所述馈电线的输入端子而且功率通过所述匹配电路来提供，该包括谐振器的匹配电路在电气上等效于包括电容和线圈的匹配电路。