CN203466286U - 天线装置 - Google Patents

Abstract

天线装置（100）具备金属腔（10）和被配置在该金属腔（10）的内部的天线（20）。在金属腔（10）的一部分具备绝缘体或电介质的缝隙（11）。天线（20）被配置在激励缝隙（11）的位置。缝隙（11）的间隙方向与天线（20）的主极化波的面正交。因而，缝隙（11）被天线（20）激励，作为缝隙天线起作用。由此，构成能配备于具备屏蔽罩、屏蔽功能的金属腔的天线装置。

Description

天线装置

技术领域

本实用新型涉及在具有金属腔的电子设备所配备的天线装置。 

背景技术

在具备屏蔽罩、屏蔽功能的框体设置天线装置的情况下，作为天线装置而应用缝隙天线（开槽天线：slot antenna）。在专利文献1中示出缝隙天线。此外，在专利文献2中示出具备缝隙天线的无线装置。 

专利文献1的缝隙天线由被设于印刷基板的L字型的微波传输带线路、和形成有相对于该微波传输带线路而重叠成直角的缝隙的导体板构成。 

专利文献2的无线装置构成了通过在无线电路的屏蔽罩形成缝隙并设置向该缝隙供电的单元来具备缝隙天线的无线装置。 

在先技术文献 

专利文献 

专利文献1：日本特开平7－221538号公报 

专利文献2：日本特开2004－159029号公报 

实用新型内容

实用新型要解决的课题 

在专利文献1所示那样的一般缝隙天线中，由于需要隔着电介质从相反侧以带状线对缝隙进行供电，因此构造上的制约大。此外，决定谐振频率的是缝隙的大小，带状线担负供电和匹配的作用。因而，在缝隙的大小上产生制约。进而，为了取得匹配，需要L字短截线。 

在专利文献2的无线装置中，在屏蔽罩形成缝隙之际，需要形成立体的沟槽，制造上的难度较高。在该专利文献2中，虽然供电方法未明确，但是为了在切口部（缝隙）之间直接供电，将产生构造上的制约。此外，需要使印刷布线基板的表面与切口部贴紧，需要将面向切口部的印刷基板部分形成为绝缘部。 

本实用新型将上述问题作为应解决的课题，其目的在于提供一种在构造上简单并且通信性能高、能够配备于具备屏蔽罩、屏蔽功能的金属腔的天线装置。 

用于解决课题的手段 

本实用新型的天线装置如下那样构成。 

（1）其特征在于，具备金属腔和被配置在该金属腔的内部的天线， 

在所述金属腔的一部分具备绝缘体或电介质的缝隙， 

所述缝隙的间隙方向是与所述天线的主极化波的面正交或不平行的方向， 

所述天线激励所述缝隙。 

这里，“主极化波”主要是指天线增益高的极化波。 

（2）优选所述缝隙是介电常数高于空气的电介质。 

（3）优选所述天线与所述缝隙之间的间隔为应用频带的波长的（1／10）以下。 

（4）优选在形成有所述缝隙的所述金属腔的面的法线方向上观察该面的状态下，所述缝隙与所述天线的一部分重叠。 

实用新型效果 

根据本实用新型，只是在内部收纳天线的金属腔中设置缝隙，便能确保通信性能。此外，因为缝隙能够由作为金属腔的一部分的电介质构成，所以设计性高、强度高、且能小型化。 

附图说明

图1是作为本实用新型的实施方式的天线装置100的立体图。 

图2（A）是天线20的俯视图。图2（B）是在形成有缝隙11的金属腔10的面的法线方向上观察该面的图（主视图）。 

图3是表示天线20的指向性的图。 

图4是缝隙11的大小、与从供电电路观察到的天线装置的回波损耗特性。 

图5是表示缝隙11的形状和尺寸的立体图。 

图6（A）是表示应用频带中的相对于缝隙的高度尺寸T的天线效率的图，图6（B）是表示回波损耗的频率特性的图。 

图7（A）是表示应用频带中的相对于缝隙的宽度尺寸W的天线效率的图，图7（B）是表示回波损耗的频率特性的图。 

图8（A）是表示应用频带中的相对于缝隙的整个宽度方向尺寸L的天线效率的图，图8（B）是表示回波损耗的频率特性的图。 

图9（A）是表示应用频带中的相对于缝隙的整个宽度方向尺寸L的天线效率的图，图9（B）是表示回波损耗的频率特性的图。 

图10（A）是表示相对于天线的大小的天线效率的图，图10（B）是表示相对于天线的大小的回波损耗的频率特性的图。 

图11（A）是表示相对于缝隙11与天线20之间的间隔的天线效率的图，图11（B）是表示相对于该间隔的回波损耗的频率特性的图。 

图12（A）是表示相对于缝隙11与天线20之间的间隔的天线效率的图，图12（B）是表示相对于该间隔的回波损耗的频率特性的图。 

图13（A）是表示相对于金属腔的纵深尺寸CD（参照图1）的天线效率的图，图13（B）是表示相对于该尺寸CD的回波损耗的频率特性的图。 

图14（A）是表示相对于金属腔的宽度尺寸CW（参照图1）的天线效率的图，图14（B）是表示相对于该尺寸CW的回波损耗的频率特性的图。 

图15（A）是表示相对于金属腔的高度尺寸CH（参照图1）的天线效率的图，图15（B）是表示相对于该尺寸CH的回波损耗的频率特性的图。 

图16（A）是表示用电介质埋填缝隙11、并且改变了其介电常数时的天线效率的图，图16（B）是表示相对于该介电常数的回波损耗的频率特性的图。 

图17（A）是表示从所获得图8的（3）的特性的天线装置的正上方观察时的指向性的图，图17（B）是表示从所获得图16的（3）的特性的天线装置的正上方观察时的指向性的图。。 

具体实施方式

参照各图，依次对作为本实用新型的实施方式的天线装置进行说明。 

图1是作为本实用新型的实施方式的天线装置100的立体图。该天线装置100具备金属腔10、和被配置在该金属腔10的内部的天线20。金属腔10在一部分配备绝缘体或电介质的缝隙11。天线20被配置在可使缝隙11激励的位置。 

金属腔10例如为数字静态照相机（DSC）等电子设备的金属腔，整体几乎均由金属构成。因此，内部的电子电路在电气上被金属腔10屏蔽。而且，缝隙11作为在金属腔10局部地形成的电磁性开口起作用。 

图2（A）是天线20的俯视图。该天线20由基板21、和形成于该基板21的导体图案构成。在基板21形成有接地导体23，在该接地导体的非形成部，形成有L字型的天线元件（辐射元件）22。天线元件22的根部为供电点FP。在基板21配备对该供电点供电的电路。该天线20例如为GPS用天线。 

图2（B）是在形成有缝隙11的金属腔10的面的法线方向上观察该面的图（主视图）。在该方向上观察时，缝隙11与天线20的一部分重叠。缝隙11的间隙方向与天线20的主极化波的面正交。 

图3是表示天线20的指向性的图。在图2（A）所示的基板 21的主面的面内，将基板21的长度方向设为x轴，将基板21的短边方向设为y轴，将相对于基板21的主面的法线方向设为z轴。如果将天线20的三维方向的指向性以立体进行表现，则是孔已被最小化的环形指向性图案。图3中的多个椭圆表示该环形的几个辐射角方向上的断面形状。 

因为天线20能够视作由天线元件22和接地导体23的组合而成的、在x轴方向上延伸的单极天线，所以x轴方向的增益最低，将x轴设为中心的辐射方向（y－z面的面内方向）的增益最大。因而，如图3所示那样，成为孔已被最小化的环形指向性图案。 

此外，因为在与天线元件22的供电点FP靠近的电流强度高的部分所产生的电场的极化波方向为x轴方向，所以在图2（B）所示的缝隙11的间隙宽度方向上施加电场，缝隙11被激励。 

[缝隙的间隙T和回波损耗] 

图4是缝隙11的大小、与从供电电路观察到的天线装置的回波损耗特性。如果将缝隙11的尺寸用图1所示的符号进行表示，则条件如下所述。 

（1）D＝8.5mm，W＝25mm，T＝1mm 

（2）D＝8.5mm，W＝25mm，T＝5mm 

（3）D＝8.5mm，W＝25mm，T＝10mm 

（4）D＝8.5mm，W＝25mm，T＝20mm 

关于金属腔10的各部的尺寸，如果用图1所示的符号进行表示，则为CD＝100mm、CH＝50mm、CW＝25mm。此外，金属腔10的壁厚为1mm。在将以后所示的各种尺寸设为参数的情况下，该条件是共同的。 

此外，所述条件下的天线效率如下所述。在此，0dB的效率为100％。关于以后出现的天线效率也同样处理。 

（1）－1.67dB 

（2）－0.73dB 

（3）－0.55dB 

（4）－0.66dB 

由此可知，随着缝隙11的间隙T变大而辐射遍及到宽频带。但是，如果将T设得过大，则回波损耗整体会变大。认为其原因在于来自缝隙11的电磁波的辐射效率下降。因此，规定缝隙11的间隙T，以使缝隙11作为辐射效率良好的缝隙天线起作用。 

[缝隙的间隙T和天线效率] 

其次，示出在缝隙11的宽度W仍未达到金属腔10的缝隙形成面的边沿的状态下使缝隙11的间隙（高度）尺寸T变化时的天线效率以及回波损耗的变化。 

图5是表示缝隙11的形状和尺寸的立体图。图6（A）是表示应用频带中的相对于缝隙的高度尺寸T的天线效率的图，图6（B）是表示回波损耗的频率特性的图。其中，图6（A）的天线效率表示在供电电路与天线装置之间已取得完全匹配的值，但是在图6（B）中保持在T＝45mm下可取得匹配的状态不变地使尺寸T变化。关于图6（B）中的各特性与缝隙11的尺寸之间的关系，如果用图5所示的符号进行表示，则如下所述。 

（1）W＝10mm，T＝15mm 

（2）W＝10mm，T＝30mm 

（3）W＝10mm，T＝45mm 

由此可知，如果缝隙11的宽度W一直较小，则即便增大缝隙11的间隙（高度）T，天线效率最多为－10dB，不会变得太大。 

[缝隙的宽度W和天线效率] 

其次，示出在保持增大后的缝隙11的高度T不变且缝隙11的宽度W仍未达到金属腔10的缝隙形成面的边沿的范围内使缝隙11的宽度W变化时的天线效率以及回波损耗的变化。 

图7（A）是表示应用频带中的相对于缝隙的宽度尺寸W的天线效率的图，图7（B）是表示回波损耗的频率特性的图。其中，图7（A）的天线效率已取得供电电路与天线装置之间的匹配，但是在图7（B）中保持在W＝10mm下可取得匹配的状态 不变地使尺寸W变化。关于图7（B）中的各特性与缝隙11的尺寸之间的关系，如果用图5所示的符号进行表示，则如下所述。 

（1）W＝1mm，T＝45mm 

（2）W＝5mm，T＝45mm 

（3）W＝10mm，T＝45mm 

由此可知，如果缝隙11的宽度W一直较小，则天线效率最多为－10dB，不会变得太大。 

[相对于缝隙的宽度W的天线效率以及BW] 

其次，示出修正缝隙11的高度T而使缝隙11的宽度W变化时的天线效率和回波损耗等的特性变化。 

图8（A）是表示应用频带中的相对于缝隙的整个宽度方向尺寸L的天线效率的图，图8（B）是表示回波损耗的频率特性的图。关于整个宽度方向尺寸L，如果用图1所示的符号进行表示，则为用L＝W＋2*D进行表示的尺寸。图8（A）的天线效率表示在供电电路与天线装置之间已取得完全匹配的值，但是在图8（B）中保持在L＝45mm下可获得匹配的状态不变地使尺寸W变化。关于图8（B）中的各特性与缝隙11的尺寸之间的关系，如果用图5所示的符号进行表示，则如下所述。 

（1）L＝15mm，T＝10mm 

（2）L＝30mm，T＝10mm 

（3）L＝45mm，T＝10mm 

（4）L＝60mm，T＝10mm 

另外，因为金属腔的宽度（图1所示的尺寸CW）为25mm，所以在L＝15mm的情况下缝隙11未达到金属腔的侧面。 

如图8（A）所表示那样，如果缝隙11的整个宽度方向尺寸L为45mm以上，则天线效率大致为0dB，获得非常高的效率。此外，在缝隙11的整个宽度方向尺寸L为45mm时，遍及宽频带而获得良好的回波损耗。即，获得频带宽度BW大的特性。 

[相对于缝隙的高度T的天线效率以及回波损耗] 

其次，示出保持将缝隙11的整个宽度方向尺寸L设为最佳 的状态不变地使缝隙11的高度T变化时的天线效率以及回波损耗的变化。 

图9（A）是表示应用频带中的相对于缝隙的整个宽度方向尺寸L的天线效率的图，图9（B）是表示回波损耗的频率特性的图。关于图9（B）中的各特性与缝隙11的尺寸之间的关系，如果用图1所示的符号进行表示，则如下所述。 

（1）L＝45mm，T＝1mm 

（2）L＝45mm，T＝5mm 

（3）L＝45mm，T＝10mm 

如图9（B）所表示那样，可知越减小缝隙11的间隙（高度）T则天线的Q值变得越高，回波损耗也增大。由此可知，缝隙11作为辐射元件起作用。 

[相对于天线长度的天线效率以及回波损耗] 

其次，示出使天线的大小变化时的天线效率以及回波损耗的变化。 

图10（A）是表示相对于天线的大小的天线效率的图，图10（B）是表示相对于天线的大小的回波损耗的频率特性的图。关于图10（B）中的各特性与缝隙11的尺寸之间的关系，如果用图2所示的符号进行表示，则如下所述。 

（1）GL＝7.5mm，NGL＝5mm 

（2）GL＝15mm，NGL＝5mm 

（3）GL＝25mm，NGL＝5mm 

另外，相对于缝隙11的天线元件22的位置关系为恒定。即，通过改变接地导体23的长度来变更天线大小。 

如从图10（A）可明确的那样，越缩短天线长度（GL＋NGL）则天线效率越下降。此外，如从图10（B）可明确的那样，越缩短天线长度则回波损耗越恶化。这样，天线20不仅作为相对于缝隙11的单纯的供电部，天线20还对天线装置的性能有贡献。因此，通过天线20的设计也能够规定天线性能。 

[相对于缝隙与天线之间的间隔的天线效率以及回波损耗] 

其次，示出使缝隙11与金属腔内部的天线之间的间隔变化时的天线效率以及回波损耗的变化。 

图11（A）是表示相对于缝隙11与天线20之间的间隔的天线效率的图，图11（B）是表示相对于该间隔的回波损耗的频率特性的图。图11（B）中的各特性与所述间隔d的尺寸之间的关系如下所述。 

（1）d＝1mm 

（2）d＝5mm 

（3）d＝10mm 

关于缝隙11的尺寸，如果用图1所示的符号进行表示，则为L（＝W＋2*D）＝45mm，T＝10mm。 

在此，如果考虑天线20对缝隙11的激励作用，则优选缝隙11与天线20之间的间隔d为应用频带2.45GHz的波长（＝120mm）的1／10以下。 

如从图11（A）可明确的那样，如果缝隙11与天线20之间的间隔d超过5mm，则天线效率下降得较大。此外，如从图11（B）可明确的那样，缝隙11与天线20之间的间隔d越小则成为越宽的宽频带。即，可知缝隙11与天线20之间的间隔d越小则缝隙11越易激励。 

[相对于金属腔中的缝隙的位置的天线效率以及回波损耗] 

其次，示出使金属腔10中的缝隙11的位置变化时的天线效率以及回波损耗的变化。 

图12（A）是表示相对于缝隙11与天线20之间的间隔的天线效率的图，图12（B）是表示相对于该间隔的回波损耗的频率特性的图。关于图12（A）的横轴，将缝隙11位于金属腔的中央高度时设为0，缝隙11从中央起变低的方向为正，从中央变高的方向为负。图12（B）中的各特性与缝隙11的高度H之间的关系如下所述。 

（1）H＝－10mm 

（2）H＝0mm 

（3）H＝＋10mm 

另外，天线20的位置固定。 

如从图12（A）可明确的那样，在缝隙11的高度H位于金属腔的中央高度时，天线效率成为最大。此外，如从图12（B）可明确的那样，在缝隙11的高度H位于金属腔的中央高度时，回波损耗特性也最为良好。 

[相对于金属腔的纵深尺寸的天线效率以及回波损耗] 

其次，示出使金属腔10的纵深尺寸CD变化时的天线效率以及回波损耗的变化。 

图13（A）是表示相对于金属腔的纵深尺寸CD（参照图1）的天线效率的图，图13（B）是表示相对于该尺寸CD的回波损耗的频率特性的图。图13（B）中的各特性与金属腔的纵深尺寸CD之间的关系如下所述。 

（1）CD＝50mm 

（2）CD＝75mm 

（3）CD＝100mm 

如从图13（A）、图13（B）可明确的那样，相对于金属腔的纵深尺寸CD的变化的天线特性的变化小。即，可知金属腔的纵深尺寸CD对作为缝隙天线的特性未带来影响，对天线的特性有贡献的仍然是缝隙11以及天线20的配置区域。 

[相对于金属腔的宽度尺寸的天线效率以及回波损耗] 

其次，示出使金属腔10的宽度尺寸CW变化时的天线效率以及回波损耗的变化。 

图14（A）是表示相对于金属腔的宽度尺寸CW（参照图1）的天线效率的图，图14（B）是表示相对于该尺寸CW的回波损耗的频率特性的图。图14（B）中的各特性与金属腔的宽度尺寸CW之间的关系如下所述。 

（1）CW＝15mm 

（2）CW＝25mm 

（3）CW＝35mm 

如从图14（A）、图14（B）可明确的那样，金属腔的宽度尺寸CW越小则天线特性越得以提高。认为其原因在于金属腔的宽度尺寸CW越小则缝隙的切入相对变得越深。 

[相对于金属腔的高度尺寸的天线效率以及回波损耗] 

其次，示出使金属腔10的高度尺寸CH变化时的天线效率以及回波损耗的变化。 

图15（A）是表示相对于金属腔的高度尺寸CH（参照图1）的天线效率的图，图15（B）是表示相对于该尺寸CH的回波损耗的频率特性的图。图15（B）中的各特性与金属腔的高度尺寸CH之间的关系如下所述。 

（1）CH＝40mm 

（2）CH＝50mm 

（3）CH＝60mm 

由从图15（A）可明确的那样，金属腔的高度尺寸CH越大则天线效率越高。此外，由从图15（B）可明确的那样，可知金属腔的高度尺寸CH越大则越进行宽频带化。 

[相对于缝隙的介电常数的天线效率以及回波损耗] 

其次，示出使缝隙11的介电常数变化时的天线效率以及回波损耗的变化。 

图16（A）是表示用电介质埋填缝隙11、并且改变其介电常数时的天线效率的图，图16（B）是表示相对于该介电常数的回波损耗的频率特性的图。图16（B）中的各特性与电介质的相对介电常数εr之间的关系如下所述。 

（1）εr＝1 

（2）εr＝20 

（3）εr＝40 

（4）εr＝60 

如从图16（A）、图16（B）可明确的那样，在缝隙11的介电常数为规定的介电常数（在该例中为εr＝40）时，天线特性也提升得最大。认为其原因在于，缝隙11具有谐振频率特性，应 用频率与其谐振频率一致。因此，只要根据缝隙11的尺寸规定缝隙11的介电常数以使在天线装置的应用频率下进行谐振即可。 

[天线装置的指向特性] 

图17（A）是表示从获得图8的（2）的特性的天线装置的正上方观察时的指向性的图。图17（B）是表示从所获得图16的（3）的特性的天线装置的正上方观察时的指向性的图。在此，金属腔的缝隙形成面的法线方向（前方）相当于90°。 

可知，均较强地辐射到缝隙11的形成侧。 

另外，在以上所示的例子中，缝隙11的间隙方向（间隙T的方向）与天线20的主极化波的面正交。这样，如果缝隙11的间隙方向与天线20的主极化波的面正交则能效率良好地激励缝隙11，但只要缝隙11的间隙方向与天线20的主极化波的面不平行即可。由此，缝隙11被天线20激励。 

根据本实用新型，即便在如诸如数字静态照相机（DSC）等那样不得不在整体几乎被金属包围的金属腔内配置天线的情况下，也能够确保通信性能。此外，因为缝隙能够由作为金属腔的一部分的电介质构成，所以设计性高、强度高、且能小型化。 

符号说明 

FP…供电点 

10…金属腔 

11…缝隙 

20…天线 

21…基板 

22…天线元件 

23…接地导体 

100…天线装置 

Claims (5)

1.一种天线装置，具备： 

金属腔、和被配置在该金属腔的内部的天线， 

在所述金属腔的一部分具备绝缘体或电介质的缝隙， 

所述缝隙的间隙方向是与所述天线的主极化波的面正交或不平行的方向， 

所述天线激励所述缝隙。 

2.根据权利要求1所述的天线装置，其中， 

所述缝隙是介电常数高于空气的电介质。 

3.根据权利要求1或2所述的天线装置，其中， 

所述天线与所述缝隙之间的间隔为应用频带的波长的十分之一以下。 

4.根据权利要求1或2所述的天线装置，其中， 

在形成有所述缝隙的所述金属腔的面的法线方向上观察该面的状态下，所述缝隙与所述天线的一部分重叠。 

5.根据权利要求3所述的天线装置，其中， 

在形成有所述缝隙的所述金属腔的面的法线方向上观察该面的状态下，所述缝隙与所述天线的一部分重叠。 

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