CN204857966U - 天线装置以及电子设备 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及天线装置以及电子设备。天线装置(101)具有金属板(面导体)(2)和天线线圈(3)。天线线圈(3)的主要部分由绝缘性的基材(33)、以及形成于该基材(33)的线圈导体(31)构成。金属板(2)具有第1导体开口部(21)以及第2导体开口部(22)。第2导体开口部(22)与第1导体开口部(21)相连，且不与金属板2的外缘相连。如此，在具有线圈导体、以及与该线圈导体的线圈开口相对的面导体的天线装置中，解决由面导体产生的电磁场遮蔽问题。
Description
本实用新型申请是国际申请号为PCT/JP2014/052020，国际申请日为2014年1月30日，进入中国国家阶段的申请号为201490000144.0，名称为“天线装置以及电子设备”的实用新型专利申请的分案申请。
技术领域
本实用新型涉及一种用于RFID系统、近距离无线通信系统等的天线装置以及包括该天线装置的电子设备。
背景技术
例如专利文献1中披露了RFID用的卡读写器中使用的天线装置。
一般而言，如果线圈天线靠近金属板，则该金属板上就会产生涡电流，由于该涡电流的影响而会使线圈天线的特性发生劣化，因此如专利文献1所示，采用了在线圈天线与金属板之间夹入磁性体片材的构造。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本专利特开2002-298095号公报
实用新型内容
实用新型所要解决的技术问题
在专利文献1所示的天线装置中，由于磁性体会遮蔽线圈天线的磁场，因此金属板所产生的涡电流将被抑制。因此，在通信对方天线配置于配置有线圈天线的一侧(方向)的状态下能进行通信。
但是，由于磁性体和金属板会遮蔽线圈天线的磁场，所以在通信对方天线配置于金属板侧的状态下就不能进行通信。
本实用新型的目的在于提供一种天线装置以及具有该天线装置的电子设备，具有环状或者漩涡状的线圈导体、以及配置于与该线圈导体的线圈开口相对的位置且面状展开的面导体，在该天线装置中，形成有线圈导体的一侧、与面导体侧的两侧都能进行通信。
解决技术问题所采用的技术方案
本实用新型的天线装置具有环状或者漩涡状的线圈导体、以及配置于与该线圈导体的线圈开口部相对的位置且面状展开的面导体，所述面导体具有第1导体开口部以及第2导体开口部；俯视所述线圈导体时，所述线圈开口部与所述第1导体开口部重叠，所述第2导体开口部与所述第1导体开口部相连，且与所述面导体的外缘不相连。通过此构造，形成有线圈导体的一侧、和面状展开的导体侧中的任一侧都能进行通信。
所述第1导体开口部以及第2导体开口部优选为形成于一个平面上。通过此构造，可将单纯平面状导体作为增益天线来使用。
优选为，所述第2导体开口部的端部延伸至由所述线圈导体在导体中感应的电流成为其最大值的50％以下的值的位置。通过此构造，可抑制由在第2导体开口部的端部绕行(走捷径)的电流所引起的磁场的抵消，从而可将面状展开的导体作为增益天线来使用。
优选为，所述面导体是形成于电路基板的接地导体。通过此构造，无需特别设置作为增益天线发挥作用的面状展开的导体。
优选为，所述面导体是收纳所述线圈导体的金属壳体的全部或者其一部分。通过此构造，无需特别设置作为增益天线发挥作用的面状展开的导体。
本实用新型的电子设备具有上述结构的天线装置，其特征在于具有与所述线圈导体相连接的通信电路。
实用新型的技术效果
根据本实用新型，在具有面状展开的导体的同时，可抑制此导体产生的影响，并且形成有线圈导体的一侧、和面状展开的导体侧中的任一侧都能进行通信。
附图说明
图1是第1实施方式所涉及的天线装置101的分解立体图。
图2(A)～(C)是示出线圈导体31中流动的电流以及金属板2中流动的电流的图。
图3是表示金属板2中形成的沿着第1导体开口部21以及第2导体开口部22边缘的3个位置的图。
图4(A)、图4(B)是天线装置的模拟模型的俯视图。
图5是表示对象天线装置与通信对方侧天线之间的耦合系数与模拟模型中第2导体开口部22的长度之间的关系的图。
图6是表示第2导体开口部22的前端位置(短路位置)处的电流量与模拟模型中第2导体开口部22的长度之间的关系的图。
图7(A)(B)(C)是第2实施方式所涉及的3个天线装置所包括的金属板的俯视图。
图8(A)是第3实施方式所涉及的天线装置的俯视图。图8(B)是该天线装置所包括的金属板2的俯视图。
图9是第3实施方式所涉及的其他天线装置的俯视图。
图10(A)～(F)的各图是第4实施方式所涉及的天线装置所包括的金属板的俯视图。
图11是表示第5实施方式所涉及的电子设备301壳体内部结构的图，是第1壳体91与第2壳体92分离后使内部露出的状态下的俯视图。
图12是表示第6实施方式所涉及的电子设备所包括的壳体一部分的立体图。
图13(A)、图13(B)是表示第7实施方式所涉及的电子设备结构的图。
图14(A)、图14(B)是表示第8实施方式所涉及的电子设备结构的图。
图15(A)、图15(B)是表示第9实施方式所涉及的电子设备结构的图。
图16(A)、图16(B)是表示第10实施方式所涉及的电子设备结构的图。
具体实施方式
《第1实施方式》
图1是第1实施方式所涉及的天线装置101的分解立体图。此天线装置101具有金属板2和天线线圈3。天线线圈3的主要部分由绝缘性的基材33以及形成于该基材33的线圈导体31构成。金属板2相当于本实用新型所涉及的“面导体”，具有第1导体开口部21以及第2导体开口部22。
图1中，线圈导体31的线圈开口部CW与金属板2以相对的位置关系配置，天线线圈与金属板以磁场耦合的方式靠近配置。
图1所示的示例中，第1导体开口部21是与线圈导体31的形状以及线圈开口部CW的形状相同的矩形，此第1导体开口部21配置成俯视时与线圈开口部CW重叠。第2导体开口部22与第1导体开口部21相连，且不与金属板2的外缘相连。即，第1导体开口部21与第2导体开口部22相连，且它们封闭而与金属板2的外缘不相接。此外虽然图1中显示为矩形，但不一定需要为矩形，根据减少与周边部件之间不必要的耦合或者天线安装空间的有效利用等的用途，可以改变形状。
图2(A)、图2(B)、图2(C)是示出线圈导体31中流动的电流以及金属板2中流动的电流的图。图2(A)(B)(C)中，金属板2上形成的第2导体开口部22的长度分别各不相同。
图2(A)(B)(C)的各图中，线圈导体31中流动电流I0时，线圈导体31与金属板2通过电磁场进行耦合，由此在金属板2中感应电流。即，主要沿着第1导体开口部21的边缘流动着电流I1，此电流分流成沿着第2导体开口部(切口)22边缘流动的电流、和沿着第1导体开口部21的周围以及金属板2的外缘流动的电流。即，沿着第2导体开口部(切口)22边缘流动着电流I3，沿着第1导体开口部21的周围以及金属板2外缘流动着电流I2。关于此电流I2，在图2(A)(B)(C)中，为了图示的简单化以一条线来表示。
图2(A)(B)(C)中，电流I1，I2，I3的强度以线的粗细来表示。如图2(A)所示，若第2导体开口部22较短，则沿第2导体开口部22边缘流动的电流I3的强度较高，与此相应地，电流I2的强度较低。若使第2导体开口部22的长度较长，则如图2(B)(C)所示，沿第2导体开口部22边缘流动的电流I3的强度变低，与此相应地，电流I2的强度变高。
由于上述电流I2与线圈导体31中流动的电流I0的方向为同方向，所以金属板2中流动着电流I2意味着由金属板2产生的电磁场遮蔽作用被抑制。而且，如果与沿第1导体开口部21的边缘流动的电流I1所产生的电磁场相比、由电流I2产生的电磁场较大，则金属板2能作为增益天线发挥作用。因为上述电流I2的路径比电流I1的路径扩展得更大，所以由电流I2产生的电磁场辐射效应比由电流I1产生的电磁场辐射效应更大。一般而言，上述电流I1的一半作为电流I2流动时，就有作为增益天线的效果，因此其结果是，如果沿着第1导体开口部21的周围以及金属板2外缘流动的电流I2比沿着第2导体开口部22边缘流动的电流I3更大，则金属板2作为增益天线发挥作用。
因此，第2导体开口部22的长度即使较短，也对由金属板2产生的电磁场遮蔽作用存在抑制效果，但是在电流I2大于电流I3的范围内优选为第2导体开口部22较长。
图3是表示金属板2中形成的沿第1导体开口部21以及第2导体开口部22边缘的3个位置的图。这里，第2导体开口部22优选形成为：将第2导体开口部22的根部(1)(3)处流动的电流量设为100％时，图2(A)(B)(C)中所示的电流I3流经的路径中的中间点附近(图3中为第2导体开口部22的前端附近)(2)的电流量为50％以下。
图4(A)、图4(B)是天线装置的模拟模型的俯视图。图4(A)是天线装置整体的俯视图，图4(B)是线圈导体配置位置部分的放大俯视图。金属板2为150mm×150mm，线圈导体31的尺寸、第1、第2导体开口部21、22的尺寸如图4(B)所示。此外，通信对方侧的天线为54mm×86mm的平面线圈形状，如图4(A)所示的天线装置的中心与通信对方侧天线的中心相吻合，在Z轴上以距离20mm相对配置。
图5是表示对象的天线装置与通信对方侧天线之间的耦合系数与上述模拟模型中第2导体开口部22的长度之间的关系的图。图5的横轴为第2导体开口部22的根部至前端位置(短路位置)的长度，纵轴为耦合系数。如该图5所示，第2导体开口部22的短路位置越大(第2导体开口部22越长)，则耦合系数越大。另外，金属板2不存在时的耦合系数约为2％。因此，若第2导体开口部22的短路位置在100mm以上，则设置金属板2就会产生增益效果。
图6是表示第2导体开口部22的前端位置(短路位置)处的电流量与上述模拟模型中第2导体开口部22的长度之间的关系的图。图6的横轴为第2导体开口部22的根部至前端位置(短路位置)的长度，纵轴为将第2导体开口部22的根部(图3所示(1)(3)的位置)所流动的电流量设为100％时的前端位置附近的电流量。如该图6所示，第2导体开口部22的短路位置越大(第2导体开口部22越长)，则第2导体开口部22的短路位置附近的电流量就越会下降。该比例下降到50％以下时，(第2导体开口部22的短路位置如果在100mm以上)，则设置金属板2就会产生增益效果。
《第2实施方式》
图7(A)(B)(C)是第2实施方式所涉及的3个天线装置所包括的金属板的俯视图。第1实施方式中，示出了单纯切口状的第2导体开口部22从矩形的第1导体开口部21突出的示例，但第2导体开口部22的形状不局限于单纯切口状。如图7(A)所示，从第1导体开口部21延伸出的切口也可是从中途分岔的T字形状。此外，如图7(B)所示，从第1导体开口部21延伸出的切口也可将前端处理得更宽。此外，如图7(C)所示，从第1导体开口部21延伸出的切口也可是前端较粗的锥形。
如图7(A)(B)(C)所示不管是包括何种金属板的天线装置，第2导体开口部22的根部向前端方向流动的电流都会分流成电流I2与电流I3，但由于第2导体开口部22的前端沿X轴方向展开，因此电流I2较易被感应。因此，从第1导体开口部21突出的第2导体开口部22的突出量即使较小，也能使第2导体开口部22的短路位置附近的电流量变小，能提高与通信对方侧天线之间的耦合系数。
《第3实施方式》
图8(A)是第3实施方式所涉及的天线装置的俯视图。图8(B)是该天线装置所包括的金属板2的俯视图。如图8(A)所示，线圈导体31沿着第1导体开口部21的3边配置。第2导体开口部22的宽度(图中为左右宽度)比第1导体开口部21的宽度更大。
如图8(B)所示，沿第1导体开口部21边缘流动的电流在第2导体开口部的根部(1)(3)处分流，沿着第1导体开口部21的周围以及金属板2的外缘流动电流I2，沿着第2导体开口部22边缘流动电流I3。第2导体开口部根部(1)(3)的间隔较大，其之间的静电电容较小，因此会在其之间流过的位移电流I4较小。其结果是，电流I2的电流量增大，可得到增益效果。
如图8(A)所示的天线装置中，示出了第2导体开口部22的宽度比第1导体开口部的宽度更大的示例，但如图9所示，也可为第1导体开口部21与第2导体开口部22的宽度相等。此时，俯视时线圈导体31所包围的区域为第1导体开口部21，剩余的部分为第2导体开口部22。第2导体开口部22的根部在图中(1)(3)所示的位置。
《第4实施方式》
图10(A)～(F)的各图是第4实施方式所涉及的天线装置所包括的金属板的俯视图。不管是哪个示例中，都在金属板2上形成了第1导体开口部21以及第2导体开口部22。至此为止所示出的实施方式中，示出了第1导体开口部21中形成有1个第2导体开口部22的示例，但如图10(A)(B)(C)所示，也可为多个第2导体开口部22。图10(A)的示例中，形成了2个第2导体开口部22A、22B，图10(B)的示例中，形成了3个第2导体开口部22A、22B、22C，图10(C)的示例中，形成了4个第2导体开口部22A、22B、22C、22D。
此外，在具有多个第2导体开口部的情况下，相邻的第2导体开口部的交叉角不局限于90度或者180度。例如，如图10(D)所示，关于2个第2导体开口部，22A也可相对于22B斜着延伸。此外，如图10(E)所示，2个第2导体开口部22A、22B也可同方向延伸。此外，关于第2导体开口部，其整体或者一部分也可为曲线状。
此外，在具有多个第2导体开口部的情况下，如图10(F)所示，也可形成宽度彼此不同的第2导体开口部22A、22B。
《第5实施方式》
图11是表示第5实施方式所涉及的电子设备301壳体内部结构的图，是第1壳体91与第2壳体92分离后使内部露出的状态下的俯视图。该电子设备301例如是手机终端或者平板电脑等，是具有各实施方式所示构造的天线装置101、以及内置有天线线圈的模块201的设备。此模块是HF频带的RFID用模块，例如进行NFC(近场通信)通信。即，天线装置作为HF频带的天线使用。
第1壳体91的内部收纳有印刷布线板71、81、电池块83等。印刷布线板71中安装了天线线圈内置模块201。此印刷布线板71上还搭载有UHF频带天线72、摄像模块76等。此外，印刷布线板81上搭载有UHF频带天线82等。印刷布线板71与印刷布线板81通过同轴电缆84相连接。
第2壳体92的内表面配置有天线装置101。天线装置101的金属板2中形成的第1导体开口部21位于与摄像模块76相对应的位置，第1导体开口部21也是摄像头镜头位置的窗口。此天线装置101与内置有供电用天线线圈的模块201的天线线圈(供电线圈)产生磁场耦合。
上述金属板2也可与树脂制的壳体进行一体化。此外，金属板也可兼作为整个金属壳体或者一部分。
此外，也可为，在印刷布线板上形成的接地导体中形成第1导体开口部以及第2导体开口部，使线圈导体靠近第1导体开口部，构成天线装置。
《第6实施方式》
图12是表示第6实施方式所涉及的电子设备所包括的壳体一部分的立体图。此电子设备例如是手机终端或者平板电脑等。图12所示的壳体是与显示面板所在面相反侧的面的壳体，是金属板的成型品。在这样的金属制壳体中，例如可以将摄像头镜头窗口作为第1导体开口部21来使用。此外，也可以将用于耳机插口、卡槽、按钮等的通孔23作为第1导体开口部以及第2导体开口部来使用。
《第7实施方式》
图13(A)、图13(B)是表示第7实施方式所涉及的电子设备结构的图。图13(A)是个人电脑监视器(显示器)上构成天线装置的示例，图13(B)是个人电脑键盘上构成天线装置的示例。
图13(A)所示的示例中，个人电脑监视器(显示器)的金属框2F作为“面状导体”使用，金属框2F的1个隅角部21D作为第1导体开口部使用，显示部22D作为第2导体开口部使用。即，通过在金属框的隅角部21D配置天线线圈3，从而使金属框2F作为增益天线来发挥作用。
图13(B)所示的示例中，个人电脑的键盘的金属框2F作为“面状导体”使用，金属框2F的触摸板部21T作为第1导体开口部使用，键盘部22K作为第2导体开口部使用。即，通过在触摸板21T部配置天线线圈3，从而使金属框2F作为增益天线发挥作用。
《第8实施方式》
图14(A)、图14(B)是表示第8实施方式所涉及的电子设备结构的图。
图14(A)是键盘的正面图，图14(B)是其右侧面图。
键盘具有键盘部5K以及触摸板部5T。本实施方式中，键盘的金属框2F的正面的一部分中形成有第1导体开口部21，侧面的一部分形成有第2导体开口部22。而且，金属框21的第1导体开口部21的周围配置有天线线圈3的线圈导体31。
第1导体开口部21的宽度(图14(A)(B)中Y轴方向的开口宽度)比第2导体开口部22的宽度更大。
如此，通过在键盘的金属框2F中形成第1导体开口部22以及第2导体开口部22(通过不利用既有的导体开口部，而形成专用的导体开口部)，也可以将金属框2F作为“面状导体”使用，作为增益天线发挥作用。
《第9实施方式》
图15(A)、图15(B)是表示第9实施方式所涉及的电子设备结构的图。
图15(A)是键盘的正面图，图15(B)是其右侧面图。
与图14(A)(B)所示的示例不同，本实施方式中，第1导体开口部21的宽度(图15(A)(B)中Y轴方向的开口宽度)与第2导体开口部22的宽度相同。此外，第1导体开口部21是从金属框2F的边缘向内部方向形成的细长形状。由此，线圈导体31的形成范围也为细长，其他的结构与第8实施方式所示的结构相同。
这样，即使第1导体开口部21的宽度与第2导体开口部22的宽度相同，金属框2F也可以作为“面状导体”使用，作为增益天线发挥作用。
《第10实施方式》
图16(A)、图16(B)是表示第10实施方式所涉及的电子设备结构的图。
图16(A)是键盘的正面图，图16(B)是其右侧面图。本实施方式中，将金属框2F的空格键(较长的按键)21K的导体开口部作为第1导体开口部使用，触摸板部22T的导体开口部作为第2导体开口部使用。天线导体3的线圈导体31在空格键21K的导体开口部的周围形成。
这样，触摸板部22T的导体开口部也可作为第2导体开口部使用。此外，如该示例所示，第2导体开口部的宽度(触摸板部22T的X轴方向的宽度)也可比第1导体开口部的宽度(空格键21K的X轴方向的宽度)更大。
《其他的实施方式》
如第7～第10的实施方式所示，也可为第1导体开口部以及第2导体开口部的一方或者双方使用既有的导体开口部，也可为双方都是专门设置的导体开口部。
在以上所示的示例中，示出了HF频带的RFID，但本实用新型不仅是HF频带，同样也适用于例如无线LAN等中使用的UHF频带系统等。
以上所示的示例中，示出了具有漩涡状的线圈导体的示例，但线圈导体根据需要也可为1匝的环状，或者采用层叠线圈导体的构造。此外，线圈导体的平面形状不局限于矩形，只要是与第1导体开口部进行电磁场耦合的形状即可。
标号说明
CW-线圈开口部
2-金属板
2F-金属框
3-天线线圈
5K、22K-键盘部
5T、21T、22T-触摸板部
21-第1导体开口部
21D-隅角部
21K-空格键
22-第2导体开口部
22A、22B、22C、22D-第2导体开口部
22D-显示部
23-通孔
31-线圈导体
33-基材
71、81-印刷布线板
72-UHF频带天线
76-摄像模块
81-印刷布线板
82-UHF频带天线
83-电池块
84-同轴电缆
91-第1壳体
92-第2壳体
101-天线装置
201-天线线圈内置模块
301-电子设备
Claims (7)
1.一种天线装置，具有环状或者漩涡状的线圈导体、以及配置于与该线圈导体的线圈开口部相对的位置且面状展开的面导体，其特征在于，
所述面导体具有第1导体开口部以及第2导体开口部，
俯视所述线圈导体时，所述线圈开口部与所述第1导体开口部重叠，
所述第2导体开口部的一端与所述第1导体开口部相连，且所述第2导体开口部的另一端短路。
2.如权利要求1所述的天线装置，其特征在于，
所述第1导体开口部和所述第2导体开口部形成在不同平面上。
3.如权利要求1或2所述的天线装置，其特征在于，
将所述第2导体开口部与所述第1导体开口部的边界处流动的电流量设为100％时，在由所述线圈导体在所述面导体中感应的电流的电流量成为50％以下的值的位置，所述第2导体开口部短路。
4.如权利要求1或2所述的天线装置，其特征在于，
所述面导体是形成于电路基板的接地导体。
5.如权利要求1或2所述的天线装置，其特征在于，
所述面导体是收纳所述线圈导体的金属壳体的全部或者其一部分。
6.如权利要求5所述的天线装置，其特征在于，
所述金属壳体具有主面和侧面，所述第1导体开口部形成于所述主面，所述第2导体开口部形成于所述侧面。
7.一种电子设备，具有权利要求1至6中任一项所述的天线装置，其特征在于，该电子设备具有与所述线圈导体相连接的通信电路。
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