JP2016082562A

JP2016082562A - アンテナ構造及びこのアンテナ構造を備える電子装置

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Publication number: JP2016082562A
Application number: JP2015004842A
Authority: JP
Inventors: ▲コウ▼宏劉; Geng-Hong Liou; 彦輝林; Yen Hui Lin
Original assignee: Chiun Mai Communication Systems Inc
Current assignee: Chiun Mai Communication Systems Inc
Priority date: 2014-10-21
Filing date: 2015-01-14
Publication date: 2016-05-16
Also published as: CN105591198A; TWI658640B; TW201616720A; US9780862B2; US20160112113A1; CN105591198B

Abstract

【課題】金属ハウジングと組み合わせて機能するアンテナ構造及びこのアンテナ構造を備える電子装置を提供すること。
【解決手段】本発明に係るアンテナ構造は、第一放射体、第二放射体、整合回路及び分離フィルターを含み、分離フィルターは、第一ポート、第二ポート及び第三ポートを含み、第一放射体には、第一ポートと電気的に接続されるフィードイン端子が設けられ、第二ポートは、整合回路を介して高周波トランシーバに電気的に接続され、第二放射体は、金属ハウジングの一部を構成し、第一放射体を流れる電流は、第二放射体にカップリングされ、分離フィルターは、フィードイン端子からの無線信号を低周波信号と高周波信号とに分離し、低周波信号は、整合回路により処理された後に高周波トランシーバに伝送され、高周波信号は、第三ポートを介して直接に前記高周波トランシーバに伝送される。
【選択図】図１

Description

本発明は、アンテナ構造に関し、特に金属ハウジングと組み合せて使用するアンテナ構造及びこのアンテナ構造を備える電子装置に関するものである。

無線通信技術の発展に伴って、無線通信装置は益々軽薄になり、消費者の無線通信装置の外観に対する要求も益々高くなっている。金属材料のフレーム又はハウジングは、意匠、構造の強度及び放熱効果等の方面で優れているため、多くの無線通信装置に使用されている。しかし、周知のように、金属材料のケース又はハウジングは、内蔵されているアンテナモジュールの電磁波を遮蔽して妨害し、アンテナモジュールの放射効率に影響を及ぼす。特に、今のＬＴＥ／ＧＳＭ（登録商標）／ＷＣＤＭＡ（登録商標）のような広帯域（７０４ＭＨｚ〜９６０ＭＨｚ）を必要とする通信にとって、金属ハウジングを用いた無線通信装置のアンテナは、必要な帯域幅に達することができない。従って、現在、如何に金属の外観を有する無線通信装置において、より広い帯域幅を有し、多種の異なる周波数の無線信号を送受信できるアンテナを設計して製造するかが、本業界の技術者の課題である。

本発明は、上記の問題点を考慮してなされたものであり、金属ハウジングと組み合わせて機能するアンテナ構造及びこのアンテナ構造を備える電子装置を提供することを目的とする。

上記の課題を解決するために、本発明に係るアンテナ構造は、金属ハウジングを備える電子装置に用いられて、無線通信信号を送受信する。アンテナ構造は、第一放射体、第二放射体、整合回路及び分離フィルターを含み、分離フィルターは、第一ポート、第二ポート及び第三ポートを含み、第一放射体には、フィードイン端子が設けられ、フィードイン端子は、第一ポートに電気的に接続され、第二ポートは、整合回路を介して高周波トランシーバに電気的に接続され、第三ポートは、高周波トランシーバに直接に電気的に接続され、第二放射体は、金属ハウジングの一部を構成し、第二放射体と金属ハウジングとの間には、第一スロットが形成され、第一放射体を流れる電流は、第二放射体にカップリングされ、分離フィルターは、フィードイン端子からの無線信号を低周波信号と高周波信号とに分離し、低周波信号は、第二ポートから整合回路に伝送されて整合回路により処理された後、高周波トランシーバに伝送され、高周波信号は、第三ポートを介して直接に前記高周波トランシーバに伝送される。

また、上記の課題を解決するために、本発明に係る電子装置は、金属ハウジングと、回路基板と、高周波トランシーバと、アンテナ構造と、を備え、回路基板の一端には、キープ・アウト・ゾーンが設けられ、アンテナ構造は、第一放射体、第二放射体、整合回路及び分離フィルターを含み、金属ハウジングには、第一スロットが設けられ、金属ハウジングは、第一スロットによって主体部と前記第二放射体との２つの部分に分けられ、第一放射体と第二放射体との間には、第二スロットが形成され、第一放射体を流れる電流は、第二スロットを介して第二放射体にカップリングされ、分離フィルターは、第一ポート、第二ポート及び第三ポートを含み、第一放射体は、第一ポートに電気的に接続され、第二ポートは、整合回路を介して高周波トランシーバに電気的に接続され、第三ポートは、高周波トランシーバに直接に電気的に接続され、第一放射体及び前記第二放射体が受信した無線信号は、分離フィルターによって高周波信号と低周波信号とに分離され、低周波信号は、整合回路により処理された後、高周波トランシーバに伝送され、高周波信号は、高周波トランシーバに直接に伝送される。

従来の技術と異なり、本発明のアンテナ構造は、電子装置のハウジングの一部をアンテナの放射体として使用し、且つ整合回路と切換回路との負荷の間の接続関係を変えることによって、アンテナ構造の周波数を調節する。従って、本発明のアンテナ構造は、ＧＳＭ（登録商標）／ＷＣＤＭＡ（登録商標）／ＬＴＥ通信帯域で動作できると共に、電子装置の金属外観を維持することができる。

本発明のアンテナ構造を備える電子装置の一部の斜視図である。図１に示した電子装置のアンテナ構造の平面図である。図１に示したアンテナ構造の整合回路及び切換回路の回路図である。図１に示したアンテナ構造の低周波数帯域における第一散乱パラメータの曲線図である。図１に示したアンテナ構造の高周波数帯域における第二散乱パラメータの曲線図である。。図１に示したアンテナ構造の低周波数帯域における第一放射効率の曲線図である。図１に示したアンテナ構造の高周波数帯域における第二放射効率の曲線図である。

図１に示すように、本発明の実施形態に係るアンテナ構造１００は、携帯電話機、タブレットＰＣ等の電子装置２００に使用され、無線通信信号を送受信する。

電子装置２００は、ハウジング２１０、回路基板２２０及び表示パネル２３０を備える。本実施形態において、ハウジング２１０は、金属材料からなる。回路基板２２０の一端には、キープ・アウト・ゾーン１０が設けられている。キープ・アウト・ゾーン１０は、接地端子１１を介して回路基板２２０と電気的に接続されている。キープ・アウト・ゾーン１０は、回路基板２２０の導体が存在しないエリアであり、周囲の電子部品、例えば電池、電荷結合素子、振動器及びラッパ等のアンテナ構造１００に対して干渉して、アンテナ構造１００の動作周波数がずれること又はアンテナ構造１００の放射効率が低くなることを防止する。表示パネル２３０は、回路基板２２０の１つの表面に対して平行であり、且つハウジング２１０の側壁と当接して設けられる。

図２及び図３を併せて参照すると、アンテナ構造１００は、第一放射体３０、第二放射体５０、整合回路７０、切換回路８０及び分離フィルター９０を備える。第一放射体３０は、キープ・アウト・ゾーン１０の端面に対して垂直に設けられ、且つフィードイン端子３７を介して分離フィルター９０に電気的に接続される。分離フィルター９０は、第一ポート９１、第二ポート９３及び第三ポート９５を備える。第一ポート９１は、フィードイン端子３７に電気的に接続されている。第二ポート９３は、整合回路７０を介して電子装置２００の高周波トランシーバ２２１に電気的に接続されている。第三ポート９５は、高周波トランシーバ２２１に電気的に接続されている。分離フィルター９０は、フィードイン端子３７からの信号を高周波信号と低周波信号との２つの信号に分ける。高周波信号は、高周波トランシーバ２２１に直接にフィードインされる。低周波信号は、整合回路７０により処理された後、高周波トランシーバ２２１にフィードインされる。つまり、高周波信号及び低周波信号は別々に処理されるので、アンテナ構造１００は、対応する低周波共振モード及び高周波共振モードを備えるようになる。

本実施形態において、ハウジング２１０は、第一スロットＳ１によって主体部２１１と第二放射体５０との２つの部分に分けられる。第二放射体５０の主体部２１１に近い側の側面には、接地端子５１が設けられている。接地端子５１は、切換回路８０に電気的に接続されている。

第一放射体３０は、第一放射片３１、第二放射片３３及び第三放射片３５を含む。第一放射片３１は、矩形のシートであり、キープ・アウト・ゾーン１０の一端に設けられている。第一放射片３１の上縁は、キープ・アウト・ゾーン１０の上面とほぼ同一平面上に位置する。第二放射片３３は、帯状のシートであり、第一放射片３１の１つの短辺からハウジング２１０の側壁に向かって延在し、且つ第一放射片３１と同一平面上に位置する。第二放射片３３の下縁は、第一放射片３１の下縁と同一直線上に位置する。第三放射片３５は、逆「Ｌ」字状の構造であり、互いに連接する第一延伸帯体３５１及び第二延伸帯体３５２を含む。第一延伸帯体３５１の一端は、第一放射片３１の１つの長辺から第二放射体５０に向かって延伸する。第二延伸帯体３５２は、第一延伸帯体３５１の末端に連接され、且つ第二放射体５０に対して平行するように延在する。これにより、第二延伸帯体３５２と第二放射体５０との間には、第二スロットＳ２が形成される。第一放射体３０を流れる電流は、この第二スロットＳ２によって第二放射体５０にカップリングされる。フィードイン端子３７は、ほぼ第一放射片３１と第一延伸帯体３５１とが連結する箇所に垂直に連接されている。

整合回路７０は、第一切換スイッチ７１、第二切換スイッチ７２、第三切換スイッチ７３、第一負荷Ｌ１、第二負荷Ｃ１、第三負荷Ｃ２、第四負荷Ｌ２、第五負荷Ｌ３及び第六負荷Ｌ４を備える。第一切換スイッチ７１の一端は、電子装置２００の高周波トランシーバ２２１に電気的に接続されている。第一切換スイッチ７１の他端は、遮断されるか又はオンされて第一負荷Ｌ１の一端と電気的に導通する。第一負荷Ｌ１の他端は、接地される。本実施形態において、第一負荷Ｌ１は、インダクタンスが１６ｎＨであるインダクタである。第二切換スイッチ７２の一端は、電子装置２００の高周波トランシーバ２２１に電気的に接続されている。第二切換スイッチ７２の他端は、第二負荷Ｃ１又は第三負荷Ｃ２に選択可能に電気的に接続される。第二負荷Ｃ１及び第三負荷Ｃ２の他端は、第四負荷Ｌ２の一端に電気的に接続されている。第四負荷Ｌ２の他端は、分離フィルター９０の第二ポート９３に電気的に接続されている。本実施形態において、第二負荷Ｃ１は、キャパシタンスが２ｐＦであるコンデンサである。第三負荷Ｃ２は、キャパシタンスが２．５ｐＦであるコンデンサである。第四負荷Ｌ２は、インダクタンスが１．５ｎＨであるインダクタである。第三切換スイッチ７３の一端は、分離フィルター９０と第四負荷Ｌ２との間のノードに電気的に接続されている。第三切換スイッチ７３の他端は、遮断され、又は第五負荷Ｌ３の一端もしくは第六負荷Ｌ４の一端と選択可能に導通する。第五負荷Ｌ３の他端及び第六負荷Ｌ４の他端は、それぞれ接地する。本実施形態において、第五負荷Ｌ３は、インダクタンスが２６ｎＨであるインダクタである。第六負荷Ｌ４は、インダクタンスが６８ｎＨであるインダクタである。

切換回路８０は、第四切換スイッチ８１、第七負荷Ｌ５及び第八負荷Ｌ６を備える。第四切換スイッチ８１の一端は、接地端子５１に電気的に接続されている。第四切換スイッチ８１の他端は、第七負荷Ｌ５と第八負荷Ｌ６との間で切り換えられて、第七負荷Ｌ５の一端又は第八負荷Ｌ６の一端と選択可能に導通する。第七負荷Ｌ５の他端及び第八負荷Ｌ６の他端は、それぞれ接地される。本実施形態において、第七負荷Ｌ５は、インダクタンスが７ｎＨであるインダクタである。第八負荷Ｌ６は、インダクタンスが１ｎＨであるインダクタである。

本発明は、前記複数の切換スイッチ７１、７２、７３、８１とこれらに対応する負荷との間の接続関係を変えることによって、アンテナ構造の動作周波数帯域を調節する。

以下、本発明のアンテナ構造１００の動作原理について詳細に説明する。

アンテナ構造１００が受信した無線信号は、フィードイン端子３７から分離フィルター９０内に伝送されて分離フィルター９０を流れ、該分離フィルター９０によって低周波信号と高周波信号とに分離される。

図３、図４及び図６に示すように、低周波信号は、整合回路７０により処理された後、電子装置２００の高周波トランシーバ２２１に伝送される。第一切換スイッチ７１が遮断され（開路状態にある）、第二切換スイッチ７２が第二負荷Ｃ１と電気的に導通し、第三切換スイッチ７３が第五負荷Ｌ３と電気的に導通し、第四切換スイッチ８１が第七負荷Ｌ５と電気的に導通した場合、アンテナ構造１００は、ＧＳＭ（登録商標）８５０／９００という周波数帯域で動作する。アンテナ構造１００のＧＳＭ（登録商標）８５０／９００という周波数帯域における散乱パラメータは、図４の曲線１により示される。アンテナ構造１００のＧＳＭ（登録商標）８５０／９００という周波数帯域における放射効率は、図６の曲線４により示される。

また、第一切換スイッチ７１が遮断され、第二切換スイッチ７２が第二負荷Ｃ１と電気的に導通し、第三切換スイッチ７３が第六負荷Ｌ４と電気的に導通し、第四切換スイッチ８１が第七負荷Ｌ５と電気的に導通した場合、アンテナ構造１００は、ＬＴＥｂａｎｄ２０という周波数帯域で動作する。アンテナ構造１００のＬＴＥｂａｎｄ２０という周波数帯域における散乱パラメータは、図４の曲線２により示される。アンテナ構造１００のＬＴＥｂａｎｄ２０という周波数帯域における放射効率は、図６の曲線５により示される。

また、第一切換スイッチ７１が第一負荷Ｌ１と電気的に導通し、第二切換スイッチ７２が第三負荷Ｃ２と電気的に導通し、第三切換スイッチ７３が遮断され、第四切換スイッチ８１が第七負荷Ｌ５と電気的に導通した場合、アンテナ構造１００は、ＬＴＥｂａｎｄ１７という周波数帯域で動作する。アンテナ構造１００のＬＴＥｂａｎｄ１７という周波数帯域における散乱パラメータは、図４の曲線３により示される。アンテナ構造１００のＬＴＥｂａｎｄ１７という周波数帯域における放射効率は、図６の曲線６により示される。

図３、図５及び図７に示すように、高周波信号は、整合回路７０を経過せず、直接に電子装置２００の高周波トランシーバ２２１に伝送される。これと同時に、第四切換スイッチ８１は、切り換えられて、第八負荷Ｌ６に電気的に接続される。これにより、アンテナ構造１００は、ＧＳＭ（登録商標）１８００／１９００、ＵＭＴＳ２１００及びＬＴＥｂａｎｄ７という周波数帯域で動作する。アンテナ構造１００のＧＳＭ（登録商標）１８００／１９００、ＵＭＴＳ２１００及びＬＴＥｂａｎｄ７という周波数帯域における散乱パラメータは、図５により示される。アンテナ構造１００のＧＳＭ（登録商標）１８００／１９００、ＵＭＴＳ２１００及びＬＴＥｂａｎｄ７という周波数帯域における放射効率は、図７により示される。

従来の単極アンテナ又は逆Ｆ型アンテナに比べて、本発明のアンテナ構造１００は、電子装置２００のハウジング２１０の一部をアンテナの放射体として使用し、且つ分離フィルター９０を用いて無線信号を高周波信号と低周波信号とに分離して、整合回路７０と切換回路８０との複数の負荷の間の接続関係を変えることによって、アンテナ構造１００の周波数を調節する。従って、本発明のアンテナ構造１００は、ＧＳＭ（登録商標）／ＷＣＤＭＡ（登録商標）／ＬＴＥ通信帯域で動作できると共に、電子装置２００の金属外観を維持することができる。

１０キープ・アウト・ゾーン
１１接地端子
３０第一放射体
３１第一放射片
３３第二放射片
３５第三放射片
３７フィードイン端子
５０第二放射体
５１接地端子
７０整合回路
７１第一切換スイッチ
７２第二切換スイッチ
７３第三切換スイッチ
８０切換回路
８１第四切換スイッチ
９０分離フィルター
９１第一ポート
９３第二ポート
９５第三ポート
１００アンテナ構造
２００電子装置
２１０ハウジング
２１１主体部
２２０回路基板
２２１高周波トランシーバ
２３０表示パネル
３５１第一延伸帯体
３５２第二延伸帯体
Ｓ１第一スロット
Ｓ２第二スロット
Ｌ１第一負荷
Ｃ１第二負荷
Ｃ２第三負荷
Ｌ２第四負荷
Ｌ３第五負荷
Ｌ４第六負荷
Ｌ５第七負荷
Ｌ６第八負荷

Claims

金属ハウジングを備える電子装置に用いられて、無線通信信号を送受信するアンテナ構造であって、
前記アンテナ構造は、第一放射体、第二放射体、整合回路及び分離フィルターを含み、前記分離フィルターは、第一ポート、第二ポート及び第三ポートを含み、前記第一放射体には、フィードイン端子が設けられ、前記フィードイン端子は、前記第一ポートに電気的に接続され、前記第二ポートは、前記整合回路を介して高周波トランシーバに電気的に接続され、前記第三ポートは、前記高周波トランシーバに直接に電気的に接続され、
前記第二放射体は、前記金属ハウジングの一部を構成し、前記第二放射体と前記金属ハウジングとの間には、第一スロットが形成され、前記第一放射体を流れる電流は、前記第二放射体にカップリングされ、
前記分離フィルターは、前記フィードイン端子からの無線信号を低周波信号と高周波信号とに分離し、前記低周波信号は、前記第二ポートから前記整合回路に伝送されて、前記整合回路により処理された後、前記高周波トランシーバに伝送され、前記高周波信号は、前記第三ポートを介して直接に前記高周波トランシーバに伝送されることを特徴とする、アンテナ構造。
前記第一放射体は、第一放射片、第二放射片及び第三放射片を含み、前記第一放射片は、キープ・アウト・ゾーンに設けられ、前記第二放射片は、前記第一放射片の側辺から延在し且つ前記第一放射片と同一平面上に位置し、前記第三放射片は、互いに連接する第一延伸帯体及び第二延伸帯体を含み、前記第一延伸帯体は、前記第一放射片の側辺から延伸してなり、前記第二延伸帯体は、前記第二放射体に対して平行するように延在し、前記第二延伸帯体と前記第二放射体との間には、第二スロットが形成され、前記第一放射体を流れる電流は、前記第二スロットを介して前記第二放射体にカップリングされることを特徴とする、請求項１に記載のアンテナ構造。
前記整合回路は、第一切換スイッチ及び第一負荷を備え、前記第一切換スイッチの一端は、前記高周波トランシーバに電気的に接続され、前記第一切換スイッチの他端は、遮断され又は前記第一負荷の一端と電気的に導通し、前記第一負荷の他端は、接地されることを特徴とする、請求項１に記載のアンテナ構造。
前記整合回路は、第二切換スイッチ、第二負荷、第三負荷及び第四負荷をさらに備え、前記第二切換スイッチの一端は、前記高周波トランシーバに電気的に接続され、前記第二切換スイッチの他端は、前記第二負荷又は前記第三負荷と電気的に導通し、前記第二負荷及び前記第三負荷の他端は、全て前記第四負荷の一端に電気的に接続され、前記第四負荷の他端は、前記分離フィルターの前記第二ポートに電気的に接続されることを特徴とする、請求項１に記載のアンテナ構造。
前記整合回路は、第三切換スイッチ、第五負荷及び第六負荷をさらに備え、前記第三切換スイッチの一端は、前記第四負荷と前記第二ポートとの間に電気的に接続され、前記第三切換スイッチの他端は、遮断され又は前記第五負荷の一端及び前記第六負荷の一端と電気的に導通し、前記第五負荷の他端及び前記第六負荷の他端は、接地されることを特徴とする、請求項４に記載のアンテナ構造。
前記アンテナ構造は、接地端子及び切換回路をさらに備え、前記接地端子は、前記第二放射体と前記切換回路との間に電気的に接続され、
前記切換回路は、第四切換スイッチ、第七負荷及び第八負荷を備え、前記第四切換スイッチの一端は、前記接地端子に電気的に接続され、前記第四切換スイッチの他端は、前記第七負荷と前記第八負荷との間で切り換えられて、前記第七負荷の一端又は前記第八負荷の一端と電気的に導通し、前記第七負荷の他端及び前記第八負荷の他端は、それぞれ接地されることを特徴とする、請求項１に記載のアンテナ構造。
金属ハウジングと、回路基板と、高周波トランシーバと、アンテナ構造と、を備える電子装置であって、
前記回路基板の一端には、キープ・アウト・ゾーンが設けられ、前記アンテナ構造は、第一放射体、第二放射体、整合回路及び分離フィルターを含み、前記金属ハウジングには、第一スロットが設けられ、前記金属ハウジングは、前記第一スロットによって主体部と前記第二放射体との２つの部分に分けられ、前記第一放射体と前記第二放射体との間には、第二スロットが形成され、前記第一放射体を流れる電流は、前記第二スロットを介して前記第二放射体にカップリングされ、
前記分離フィルターは、第一ポート、第二ポート及び第三ポートを含み、前記第一放射体は、前記第一ポートに電気的に接続され、前記第二ポートは、前記整合回路を介して前記高周波トランシーバに電気的に接続され、前記第三ポートは、前記高周波トランシーバに直接に電気的に接続され、
前記第一放射体及び前記第二放射体が受信した無線信号は、前記分離フィルターによって高周波信号と低周波信号とに分離され、前記低周波信号は、前記整合回路により処理された後、前記高周波トランシーバに伝送され、前記高周波信号は、前記高周波トランシーバに直接に伝送されることを特徴とする、電子装置。
前記第一放射体は、第一放射片、第二放射片及び第三放射片を含み、前記第一放射片は、前記キープ・アウト・ゾーンに設けられ、前記第二放射片は、前記第一放射片の側辺から延伸してなり、前記第三放射片は、互いに連接する第一延伸帯体及び第二延伸帯体を含み、
前記第一延伸帯体は、前記第一放射片の側辺から延伸してなり、前記第二延伸帯体は、前記第二放射体に対して平行するように延在し、前記第二スロットは、前記第二延伸帯体と前記第二放射体との間に形成されることを特徴とする、請求項７に記載の電子装置。
前記アンテナ構造は、フィードイン端子をさらに備え、前記フィードイン端子の一端は、前記第一放射片と前記第一延伸帯体とが連結する箇所に垂直に連接され、前記フィードイン端子の他端は、前記分離フィルターに電気的に接続されることを特徴とする、請求項８に記載の電子装置。
前記アンテナ構造は、接地端子及び切換回路をさらに備え、前記接地端子は、前記第二放射体と前記切換回路との間に電気的に接続され、且つ前記切換回路を介して接地されることを特徴とする、請求項７に記載の電子装置。