TW201533973A - 可攜式無線裝置 - Google Patents

Abstract

本發明係一種可攜式無線裝置，其包括：基板，其具有接地平面；殼體，其收容上述基板；及天線，其包含連接於將上述接地平面作為接地基準之饋電點的饋電元件、及藉由與上述饋電元件產生電磁場耦合而被饋電而作為輻射導體發揮功能的輻射元件；且上述殼體包含與上述接地平面直流連接之導體。

Description

可攜式無線裝置

本發明係關於一種可攜式無線裝置。

作為搭載於智慧型手機等可攜式無線裝置之天線，已知有接觸饋電型之單極天線(例如參照專利文獻1)、及基於磁場耦合之非接觸饋電型之磁場耦合天線(例如參照專利文獻2)。

先前技術文獻 專利文獻

專利文獻1：國際公開第2013/047033號說明書

專利文獻2：國際公開第2007/043150號說明書

然而，若於組裝具有接地平面之基板時基板之位置自設計值偏移，則該等天線與接地平面之位置關係產生變化，因此有無法獲取阻抗匹配之虞。

因此，本發明之目的在於提供一種可攜式無線裝置，該可攜式無線裝置即便天線與接地平面之位置關係產生變化，亦可容易地獲取天線之阻抗匹配。

於一個提案中，提供一種可攜式無線裝置，其包括： 基板，其具有接地平面；殼體，其收容上述基板；及天線，其包含連接於將上述接地平面作為接地基準之饋電點的饋電元件、及藉由與上述饋電元件產生電磁場耦合而被饋電而作為輻射導體發揮功能的輻射元件；且上述殼體包含與上述接地平面可直流導通地連接的導體。

根據一態樣，即便天線與接地平面之位置關係產生變化，亦可容易地獲取天線之阻抗匹配。

10‧‧‧固定構件

20‧‧‧殼體

21‧‧‧導體

30‧‧‧天線

31‧‧‧輻射元件

34‧‧‧端部

35‧‧‧端部

36‧‧‧饋電部

37‧‧‧饋電元件

38‧‧‧饋電點

39‧‧‧端部

70‧‧‧接地平面

71‧‧‧外緣部

75‧‧‧接地平面

80‧‧‧基板

85‧‧‧基板

90‧‧‧中央部

100‧‧‧可攜式無線裝置

110‧‧‧基板

200‧‧‧可攜式無線裝置

230‧‧‧天線

231‧‧‧無饋電元件

237‧‧‧饋電元件

300‧‧‧可攜式無線裝置

330‧‧‧天線

337‧‧‧輻射元件

D1‧‧‧最短距離

H1‧‧‧距離

L1‧‧‧長度

L2‧‧‧長度

L3‧‧‧長度

L4‧‧‧長度

L5‧‧‧長度

L31‧‧‧輻射元件之全長

X‧‧‧軸

Y‧‧‧軸

Z‧‧‧軸

圖1係表示基於電磁場耦合之非接觸饋電型之電磁場耦合天線及可攜式無線裝置之一例的俯視圖。

圖2係表示電磁場耦合天線及可攜式無線裝置之各構成之位置關係之一例的圖。

圖3係表示電磁場耦合天線之一例之放大俯視圖。

圖4係表示基於磁場耦合之非接觸饋電型之磁場耦合天線之一例的放大俯視圖。

圖5係表示接觸饋電型之單極天線之一例的放大俯視圖。

圖6係表示饋電點之偏移量與各天線之S11之變動量之關係的圖。

圖7係表示基板之偏移量與各天線之S11之變動量之關係的圖。

圖1係表示用以對搭載於可攜式無線裝置100之電磁場耦合天線30(以下稱為「天線30」)之動作進行分析之電腦上之模擬模型的俯視圖。作為電磁場模擬器，使用Microwave Studio(註冊商標)(CST公司)。

可攜式無線裝置100例如為人可攜帶之通訊終端等無線通訊裝置。作為可攜式無線裝置100之具體例，可列舉資訊終端機、行動電話、智慧型手機、個人電腦、遊戲機、電視、音樂或影像之播放器等電子機器。可攜式無線裝置100包括基板80、殼體20、及天線30。

基板80係具有接地平面70之基板之一例。基板80係與XY平面平行地配置，具有將與X軸方向平行之橫向之長度設為L2且將與Y軸方向平行之縱向之長度設為L3的長方形之外形。亦可於基板80安裝電容器等零件。

接地平面70係平面狀之接地圖案，於圖1中例示有於XY平面內延伸之長方形狀之接地平面70。接地平面70具有沿X軸方向呈直線狀延伸之外緣部71。接地平面70係與XY平面平行地配置，具有將與X軸方向平行之橫向之長度設為L2且將與Y軸方向平行之縱向之長度設為L3的長方形之外形。接地平面70係積層於基板80，可配置於基板80之表層(外層)，亦可配置於基板80之內層。接地平面70係具有接地電位之接地部位。就易於獲取天線之阻抗匹配之方面而言，接地平面70較佳為具有特定值以上之面積之接地部位，但亦可為供安裝於基板80之電容器等安裝零件電性連接之接地部位。

於圖1之情形時，基板80與接地平面70之外形相互相同，但亦可互不相同。又，基板80或接地平面70並不限於圖示之形狀。

殼體20係收容基板80之殼體之一例，例如係固定電路基板或可攜式無線裝置100之覆蓋玻璃者。基板80例如固定於殼體20之蓋面、底面或側面。殼體20包含與XY平面平行地配置之平面狀之導體21。導體21例如係具有將與X軸方向平行之橫向之長度設為L1且將與Y軸方向平行之縱向之長度設為L5之長方形之外形的金屬部位。既可為殼體20之一部分為導體21，亦可為殼體20全部為導體21。導體21亦可為安裝於殼體20之零件。殼體20或導體21並不限於圖示之形狀。

導體21係與接地平面70可直流導通地連接。藉此，天線30不僅可利用設置於基板80之接地平面70，亦可將設置於殼體20之導體21用作接地平面。由於可將導體21用作接地平面，故而可確保天線30之動作增益(天線增益)，並且可縮小接地平面70之面積。隨著接地平面70之面積縮小，基板80之面積亦可縮小，因此能夠使可攜式無線裝置100小型化。

再者，所謂動作增益係指以天線之輻射效率與回波損耗之積算出之量且定義為相對於輸入功率之天線之效率之量。

導體21之面積較佳為大於接地平面70之面積，以能夠有效地將導體21用作接地平面。然而，導體21之面積亦可與接地平面70之面積相同，亦可小於接地平面70之面積。

導體21例如經由導電性構件(例如配線、金屬板、導電性接著劑等)與接地平面70可直流導通地連接。亦可以導體21與接地平面70接觸而相互可直流導通地連接之方式，將基板80固定於殼體20或殼體20以外之構件。

導體21例如亦可經由將基板80固定於殼體20之固定構件10與接地平面70可直流導電地連接。藉由利用固定構件10將導體21與接地平面70可直流導通地連接，可將固定構件10兼用於基板80與殼體20之機械性連接及接地平面70與導體21之電性連接。於此情形時，既可為固定構件10全部具有導電性，亦可為固定構件10之一部分具有導電性。作為固定構件10之具體例，可列舉金屬螺絲、導電性接著劑等。

將導體21與接地平面70可直流導通地連接的導電性構件或固定構件10之個數或位置可為任意。於圖1中示出導體21與接地平面70藉由固定構件10於4個部位連接之例。

可攜式無線裝置100亦可包括與基板80不同之基板85。基板85係與XY平面平行地配置，具有將與X軸方向平行之橫向之長度設為L1 且將與Y軸方向平行之縱向之長度設為L4的長方形之外形。亦可於基板85安裝電容器等零件。基板85例如固定於殼體20。基板85亦可收容於殼體20。

基板85例如具有接地平面75。接地平面75係與XY平面平行地配置之平面狀之接地圖案，具有將與X軸方向平行之橫向之長度設為L1且將與Y軸方向平行之縱向之長度設為L4的長方形之外形。接地平面75係積層於基板85，可配置於基板85之表層(外層)，亦可配置於基板85之內層。

於圖1之情形時，基板85與接地平面75之外形相互相同，但亦可互不相同。又，基板85或接地平面75並不限於圖示之形狀。

天線30係包含饋電元件37與輻射元件31之天線之一例。

饋電元件37係連接於將接地平面70作為接地基準之饋電點38之饋電元件之一例。饋電元件37係可對輻射元件31以非接觸之形式高頻耦合而饋電的線狀導體。於圖1中例示有如下饋電元件37，該體電元件37藉由相對於接地平面70之外緣部71呈直角且沿與Y軸平行之方向延伸的直線狀導體、及和與X軸平行之外緣部71並行地延伸的直線狀導體而形成為L字狀。於圖1之情形時，饋電元件37係以饋電點38為起點沿Y軸方向延伸後朝X軸方向彎折，並延伸至X軸方向上之延伸之端部39為止。端部39係未連接其他導體之開放端。饋電元件37並不限於圖示之形狀。又，於圖1中，饋電元件37係以與基板80分離並懸浮於空間中之狀態設置。但，實際設置於可攜式無線裝置100時，可形成於基板80等。

饋電點38係連接於利用接地平面70之特定之傳輸路線或饋電線等的饋電部位。作為特定之傳輸路線之具體例，可列舉微帶線、帶狀線、附有接地平面之共平面波導(於與導體面為相反側之表面配置有接地平面之共平面波導)等。作為饋電線，可列舉饋線或同軸電纜。 饋電元件37係經由饋電點38而連接於例如安裝於基板80或基板85之饋電電路(例如，具備RF(Radio Frequency，射頻)電路之IC(Integrated Circuit，積體電路)晶片或具備基頻電路之IC晶片、CPU(Central Processing Unit，中央處理單元)等之積體電路)。饋電元件37與饋電電路亦可經由上述不同之複數種傳輸路線或饋電線而連接。

由於可將饋電電路搭載於與基板80不同之基板85，故而可將饋電電路與接地平面70或天線30分開，從而決定饋電電路與接地平面70或天線30之位置關係之設計之自由度增大。

輻射元件31具有導體部分，該導體部分係以沿著外緣部71之方式配置之線狀之輻射導體部分，且例如係以於Y軸方向側相距特定之最短距離之狀態與外緣部71平行地沿X軸方向延伸。藉由輻射元件31具有沿著外緣部71之導體部分，可容易地控制例如天線30之指向性。於圖1中例示有直線狀之輻射元件31，但輻射元件31亦可為L字狀或環狀等其他形狀。又，於圖1中，輻射元件31係以懸浮於空間中之狀態設置。但，實際設置於可攜式無線裝置100時，可形成於可攜式無線裝置100之覆蓋玻璃或殼體20等。

輻射元件31與饋電元件37只要以饋電元件37可對輻射元件31以非接觸之形式饋電之距離分離，則於X軸、Y軸或Z軸方向等任意方向上之俯視下重複或者不重複均可。

饋電元件37與輻射元件31係以相互之間可產生電磁場耦合之距離分離而配置。輻射元件31具有自饋電元件37接受饋電之饋電部36。輻射元件31係利用饋電部36經由饋電元件37藉由電磁場耦合以非接觸之形式被饋電。藉由以此方式被饋電，輻射元件31係作為天線30之輻射導體發揮功能。

如圖1所示，於輻射元件31為連結2點間之線狀導體之情形時，於輻射元件31上形成與半波長偶極天線相同之諧振電流(分佈)。即， 輻射元件31係作為以特定頻率之半波長諧振之偶極天線發揮功能(以下，稱為偶極模式)。又，雖未圖示，但輻射元件31亦可為如利用線狀導體形成四邊形之環狀導體。於輻射元件31為環狀導體之情形時，於輻射元件31上形成與環形天線相同之諧振電流(分佈)。即，輻射元件31係作為以特定頻率之1波長諧振之環形天線發揮功能(以下，稱為環形模式)。

所謂電磁場耦合係指利用電磁場之共振現象之耦合，例如揭示於非專利文獻(A.Kurs,etal,“Wireless Power Transfer via Strongly Coupled Magnetic Resonances,”Science Express,Vol.317,No.5834,pp.83-86,Jul.2007)中。電磁場耦合亦稱為電磁場諧振耦合或電磁場共振耦合，其係如下技術：若使以相同頻率諧振之諧振器彼此接近而使一諧振器諧振，則經由諧振器間所形成之近場(非輻射場區域)中之耦合而對另一諧振器傳輸能量。又，所謂電磁場耦合係指除靜電電容耦合或基於電磁感應之耦合以外的高頻下之電場及磁場之耦合。再者，此處之「除靜電電容耦合或基於電磁感應之耦合以外」並非指將該等耦合全部除外，而係指該等耦合小至不造成影響之程度。體電元件37與輻射元件31之間之介質可為空氣，亦可為玻璃或樹脂材料等介電體。再者，較佳為於饋電元件37與輻射元件31之間不配置接地平面或顯示器等之導電性材料。

藉由使饋電元件37與輻射元件31產生電磁場耦合，可獲得耐衝擊之構造。即，藉由利用電磁場耦合，可不使饋電元件37與輻射元件31物理性接觸，而使用饋電元件37對輻射元件31饋電，因此，與需要物理性接觸之接觸饋電方式相比，可獲得耐衝擊之構造。

藉由使饋電元件37與輻射元件31產生電磁場耦合，能夠以簡單之構成實現非接觸饋電。即，藉由利用電磁場耦合，可不使饋電元件37與輻射元件31物理性接觸，而使用饋電元件37對輻射元件31饋電， 因此，與需要物理性接觸之接觸饋電方式相比，能夠以簡單之構成進行饋電。又，藉由利用電磁場耦合，即便不構成電容板等多餘之零件，亦可使用饋電元件37對輻射元件31饋電，因此，與利用靜電電容耦合進行饋電之情形相比，能夠以簡單之構成進行饋電。

又，利用電磁場耦合進行饋電之情形與利用靜電電容耦合或磁場耦合進行饋電之情形相比，即便延長饋電元件37與輻射元件31之相隔距離(耦合距離)，輻射元件31之動作增益(天線增益)亦不易降低。此處，所謂動作增益係指以天線之輻射效率×回波損耗算出之量且定義為相對於輸入功率之天線之效率之量。因此，藉由使饋電元件37與輻射元件31產生電磁場耦合，可提高決定饋電元件37與輻射元件31之配置位置之自由度，亦可提高位置穩固性。再者，位置穩固性較高係指即便饋電元件37及輻射元件31之配置位置等偏移，對輻射元件31之動作增益造成之影響亦較低。又，由於決定饋電元件37與輻射元件31之配置位置之自由度較高，故而於可容易地縮小設置天線30所需之空間之方面有利。

又，於圖1之情形時，饋電元件37對輻射元件31饋電之部位即饋電部36位於輻射元件31之一端部34與另一端部35之間之中央部90以外之部位(中央部90與端部34或端部35之間之部位)。藉由如此般使饋電部36位於輻射元件31之基本模式之諧振頻率下成為最低阻抗之部分(於此情形時為中央部90)以外的輻射元件31之部位，可容易地獲取天線30之匹配。饋電部36係以輻射元件31與饋電元件37最接近之輻射元件31之導體部分中距饋電點38最近之部分定義的部位。

於偶極模式之情形時，輻射元件31之阻抗隨著自輻射元件31之中央部90朝端部34或端部35側離開而變高。於電磁場耦合中之高阻抗之耦合之情形時，即便饋電元件37與輻射元件31間之阻抗稍微產生變化，只要以固定程度以上之高阻抗耦合，則對阻抗匹配之影響亦較 小。因此，為了容易地獲取匹配，輻射元件31之饋電部36較佳為位於輻射元件31之高阻抗之部分。

例如，為了容易地獲取天線30之阻抗匹配，饋電部36較佳為位於與輻射元件31之基本模式之諧振頻率下成為最低阻抗之部分(於此情形時為中央部90)相距輻射元件31之全長之1/8以上(較佳為1/6以上，進而較佳為1/4以上)之距離的部位。於圖1之情形時，輻射元件31之全長相當於L31(參照圖3)，饋電部36相對於中央部90位於端部34側。

圖2係模式性地表示可攜式無線裝置100及天線30之各構成之Z軸方向之位置關係的圖。饋電元件37可設置於基板80之表面，亦可設置於基板80之內部。輻射元件31係與饋電元件37分離而配置，例如如圖2所示，設置於與基板80相距距離H1而與基板80對向之基板110。基板80、基板85或基板110係例如樹脂製之介電體基板，但可利用樹脂以外之介電體、例如玻璃或玻璃陶瓷、LTCC(Low Temperature Co-Fired Ceramics，低溫共燒陶瓷)、氧化鋁等。輻射元件31可配置於基板110之與饋電元件37對向之側之表面，亦可配置於基板110之和與饋電元件37對向之側為相反側之表面，亦可配置於基板110之側面。

例如，於圖2中，於天線30搭載於具有顯示器之可攜式無線裝置之情形時，基板110例如可為全面性覆蓋顯示器之圖像顯示面之覆蓋玻璃，亦可為固定基板80之殼體(未形成有導體21之殼體之空白部、尤其是底面或側面等)，亦可為構成為可攜式無線裝置之構成零件(尤其是晶片零件或藉由射出成形等而形成之零件，例如MID(Molded Interconnect Device，模塑互連元件)、可撓性基板、電池等)。覆蓋玻璃係透明或以使用者能夠視認顯示於顯示器之圖像之程度半透明的介電體基板，且係積層配置於顯示器上之平板狀之構件。

於輻射元件31設置於覆蓋玻璃之表面之情形時，輻射元件31較 佳為將銅或銀等之導電膏塗佈於覆蓋玻璃之表面並進行焙燒而形成。作為此時之導電膏，較佳為利用能夠以用於覆蓋玻璃之化學強化玻璃之強化不變弱之程度之溫度焙燒的能夠低溫焙燒之導電膏。又，為了防止因氧化導致之導體之劣化，亦可實施鍍敷等。又，亦可對覆蓋玻璃實施裝飾印刷，亦可於經裝飾印刷之部分形成導體。又，於為了遮蔽配線等而於覆蓋玻璃之周緣形成有黑色遮蔽膜之情形時，輻射元件31亦可形成於黑色遮蔽膜上。

又，饋電元件37及輻射元件31、以及接地平面70之與Z軸平行之高度方向上的各位置亦可互不相同。又，饋電元件37及輻射元件31、以及接地平面70之高度方向之各位置亦可全部或者僅一部分相同。

又，亦可利用一個饋電元件37對複數個輻射元件饋電。藉由利用複數個輻射元件，易於實施多頻帶化、寬頻帶化、指向性控制等。又，亦可將複數個天線30搭載於一個可攜式無線裝置。

又，於將輻射元件31之基本模式之諧振頻率下之真空中之電波波長設為λ₀的情形時，饋電元件37與輻射元件31之最短距離D2(>0)較佳為0.2×λ₀以下(更佳為0.1×λ₀以下，進而較佳為0.05×λ₀以下)。藉由將饋電元件37與輻射元件31僅分開如上所述之最短距離D2而配置，於提高輻射元件31之動作增益之方面有利。

再者，所謂最短距離D2係相當於將饋電部36與對饋電部36饋電之饋電元件37之最接近部分利用直線連結的距離。又，關於饋電元件37與輻射元件31，只要兩者產生電磁場耦合，則自任意方向觀察時，交叉或者不交叉均可，其交叉角度亦可為任意之角度。又，輻射元件31與饋電元件37可位於同一平面上，亦可位於不同平面上。又，輻射元件31可配置於相對於配置有饋電元件37之平面平行之平面，亦可配置於相對於配置有饋電元件37之平面以任意之角度交叉之平面。

又，於偶極模式之情形時，饋電元件37與輻射元件31以最短距 離D2並行之距離較佳為輻射元件31之物理長度之3/8以下。更佳為1/4以下，進而較佳為1/8以下。於環形模式之情形時，較佳為輻射元件31之環形之內周側之周長之3/16以下。更佳為1/8以下，進而較佳為1/16以下。

成為最短距離D2之位置係饋電元件37與輻射元件31之耦合較強之部位，若以最短距離D2並行之距離較長，則與輻射元件31之阻抗較高之部分與較低之部分之兩者較強地耦合，因此，有無法獲取阻抗匹配之情形。因此，為了僅與輻射元件31之阻抗之變化較少之部位較強地耦合，以最短距離D2並行之距離較短係於阻抗匹配之方面較有利。

又，於將賦予饋電元件37之諧振之基本模式之電氣長度設為Le37、將賦予輻射元件31之諧振之基本模式之電氣長度設為Le31、將輻射元件31之基本模式之諧振頻率f₁下之饋電元件37或輻射元件31上之波長設為λ時，Le37為(3/8)‧λ以下，且於輻射元件31之諧振之基本模式為偶極模式之情形時，Le31較佳為(3/8)‧λ以上(5/8)‧λ以下，於輻射元件31之諧振之基本模式為環形模式之情形時，Le31較佳為(7/8)‧λ以上(9/8)‧λ以下。

又，由於以外緣部71沿著輻射元件31之方式形成有接地平面70，故而饋電元件37可藉由與外緣部71之相互作用而於饋電元件37與接地平面70上形成諧振電流(分佈)，與輻射元件31共振而產生電磁場耦合。因此，饋電元件37之電氣長度Le37之下限值並無特別限定，只要為饋電元件37能夠與輻射元件31物理性地電磁場耦合之程度之長度即可。

又，於欲對饋電元件37之形狀賦予自由度之情形時，上述Le37更佳為(1/8)‧λ以上(3/8)‧λ以下，特佳為(3/16)‧λ以上(5/16)‧λ以下。若Le37為該範圍內，則饋電元件37以輻射元件31之設計頻率(諧 振頻率f₁)良好地諧振，因此，不依存於接地平面70而饋電元件37與輻射元件31共振而獲得良好之電磁場耦合，因而較佳。

再者，實現電磁場耦合意味著獲得匹配。又，於此情形時，饋電元件37無須根據輻射元件31之諧振頻率f而設計電氣長度，而可將饋電元件37作為輻射導體自由地設計，因此，可容易地實現天線30之多頻化。再者，沿著輻射元件31之接地平面70之外緣部71較佳為與饋電元件37之電氣長度合計為設計頻率(諧振頻率f)之(1/4)‧λ以上之長度。

再者，於不包含匹配電路等之情形時，當將輻射元件之基本模式之諧振頻率下之真空中之電波之波長設為λ₀，並將安裝環境之波長縮短效應之縮短率設為k₁時，饋電元件37之物理長度L37係根據λ_g1=λ₀‧k₁而決定。此處，k₁係根據饋電元件37之環境之有效相對介電常數(ε_r1)及有效相對磁導率(μ_r1)等設置有饋電元件之介電體基材等之媒質(環境)之相對介電常數、相對磁導率、及厚度、諧振頻率等算出的值。即，L37為(3/8)‧λ_g1以下。再者，縮短率可根據上述物性算出，亦可藉由實際測量而求得。例如，亦可測定設置於欲測定縮短率之環境之成為對象之元件之諧振頻率，並於任意之每一頻率之縮短率已知之環境下測定相同元件之諧振頻率，根據該等諧振頻率之差算出縮短率。

若將饋電元件37之物理長度設為L37(於圖3之情形時相當於L39+L38)，則L37為賦予Le37之物理長度，於不包含其他要素之理想之情形時，與Le37相等。於饋電元件37包含匹配電路等之情形時，L37較佳為大於零且Le37以下。L37可藉由利用電感器等之匹配電路而縮短(縮小尺寸)。

又，於輻射元件31之諧振之基本模式為偶極模式(如輻射元件31之兩端為開放端之線狀之導體)的情形時，上述Le31較佳為(3/8)‧λ以 上(5/8)‧λ以下，更佳為(7/16)‧λ以上(9/16)‧λ以下，特佳為(15/32)‧λ以上(17/32)‧λ以下。又，若考慮高次模式，則上述Le31較佳為(3/8)‧λ‧m以上(5/8)‧λ‧m以下，更佳為(7/16)‧λ‧m以上(9/16)‧λ‧m以下，特佳為(15/32)‧λ‧m以上(17/32)‧λ‧m以下。其中，m為高次模式之模式數，為自然數。m較佳為1~5之整數，特佳為1~3之整數。m=1之情形為基本模式。若Le31為該範圍內，則輻射元件31充分作為輻射導體發揮功能，天線30之效率良好而較佳。

又，同樣地，於輻射元件31之諧振之基本模式為環形模式(輻射元件31為環狀之導體)的情形時，上述Le31較佳為(7/8)‧λ以上(9/8)‧λ以下，更佳為(15/16)‧λ以上(17/16)‧λ以下，特佳為(31/32)‧λ以上(33/32)‧λ以下。又，關於高次模式，上述Le31較佳為(7/8)‧λ‧m以上(9/8)‧λ‧m以下，更佳為(15/16)‧λ‧m以上(17/16)‧λ‧m以下，特佳為(31/32)‧λ‧m以上(33/32)‧λ‧m以下。若Le31為該範圍內，則輻射元件31充分作為輻射導體發揮功能，天線30之效率良好而較佳。

再者，當將輻射元件之基本模式之諧振頻率下之真空中之電波之波長設為λ₀，並將安裝環境之縮短效應之縮短率設為k₂時，輻射元件31之物理長度L31係根據λ_g2=λ₀‧k₂而決定。此處，k₂係根據輻射元件31之環境之有效相對介電常數(ε_r2)及有效相對磁導率(μ_r2)等設置有輻射元件之介電體基材等之媒質(環境)之相對介電常數、相對磁導率、及厚度、諧振頻率等算出的值。即，於輻射元件31之諧振之基本模式為偶極模式的情形時，L31較理想為(1/2)‧λ_g2。輻射元件31之長度L31較佳為(1/4)‧λ_g2以上(5/8)‧λ_g2以下，進而較佳為(3/8)‧λ_g2以上。於輻射元件31之諧振之基本模式為環形模式的情形時，L31為(7/8)‧λ_g2以上(9/8)‧λ_g2以下。

輻射元件31之物理長度L31係賦予Le31之物理長度，於不包含其 他要素之理想之情形時，與Le31相等。L31即便藉由利用電感器等之匹配電路而縮短，亦較佳為大於零且Le31以下，特佳為Le31之0.4倍以上1倍以下。藉由將輻射元件31之長度L31調整為如上所述之長度，於提高輻射元件31之動作增益之方面有利。

例如，使用相對介電常數=3.4、tanδ=0.003、基板厚度0.8mm的BT-Resin(註冊商標)CCL-HL870(M)(三菱氣體化學製造)作為介電體基材之情形時之L37之長度係於將設計頻率設為3.5GHz時為20mm，L31之長度係於將設計頻率設為2.2GHz時為34mm。

又，於將輻射元件31之基本模式之諧振頻率下之真空中之電波波長設為λ₀的情形時，饋電部36與接地平面70之最短距離D1為0.0034λ₀以上0.21λ₀以下。最短距離D1更佳為0.0043λ₀以上0.199λ₀以下，進而較佳為0.0069λ₀以上0.164λ₀以下。藉由將最短距離D1設定於如上所述之範圍，於提高輻射元件31之動作增益之方面有利。又，由於最短距離D1未達(λ₀/4)，故而天線30不產生圓極化波而產生直線極化波。

接下來，針對天線之位置穩固性，對本發明之實施形態之天線30(圖3)和與本發明之實施形態不同之其他天線(圖4、5)加以比較而進行說明。

圖4係表示與本發明之實施形態不同之天線230的放大俯視圖。天線230係應用上文所述之專利文獻2中所揭示之技術的基於磁場耦合之非接觸饋電型之磁場耦合天線。搭載天線230之可攜式無線裝置200具有與本發明之實施形態之可攜式無線裝置100相同之構成。

天線230包含饋電元件237與無饋電元件231。饋電元件237係連接於將接地平面70作為接地基準之饋電點38的線狀導體。無饋電元件231係藉由磁場耦合以非接觸之形式被饋電元件237饋電的線狀之輻射導體。饋電元件237係形成於與無饋電元件231相同之高度、即同一平 面上。

於本發明之實施形態之天線30中，由於饋電元件37與輻射元件31之耦合方式為電磁場耦合，故而饋電元件37與輻射元件31以高阻抗耦合。與此相對，於天線230中，由於饋電元件237與無饋電元件231之耦合方式為磁場耦合，故而饋電元件237與無饋電元件231以低阻抗耦合。

圖5係表示與本發明之實施形態不同之天線330的放大俯視圖。天線330係接觸饋電型之單極天線。搭載天線330之可攜式無線裝置300具有與本發明之實施形態之可攜式無線裝置100相同之構成。

天線330包含輻射元件337。輻射元件337係連接於將接地平面70作為接地基準之饋電點38的線狀導體。

圖6表示在以基本模式之諧振頻率於2GHz附近匹配之方式設計之天線30、230、330中使饋電點38之位置於X軸方向平行移動時的各天線30、230、330之S11(反射損耗)之變動量。

橫軸之「饋電位置偏移量」係表示基準位置與饋電點38之X軸方向之距離，基準位置係指基本模式之諧振頻率於2GHz附近匹配時之饋電點38之位置(於圖6之情形時為L40=5mm)。偏移量為0係表示饋電點38位於基準位置之情形，隨著偏移量增大，饋電點38朝圖之左側移動。縱軸之「S11變動量」係指饋電點38位於基準位置之情形時之匹配頻率下之S11與使饋電點38移動時之相同頻率下之S11的差。饋電點38移動時，可攜式無線裝置及天線之各構成及其尺寸保持固定，而僅天線與接地平面70之相對之X軸方向之位置關係產生變化。

關於測定S11時之圖1至5中所示之各尺寸，若將單位設為mm，則

L1：100

L2：60

L3：30

L4：120

L5：160

H1：2

H2：2

固定構件10之直徑：4

L31：60

L38：15

L39：5.5

輻射元件31及饋電元件37之寬度：2

L231：80

L238：45

L239：5.5

L240：1.0

無饋電元件231及饋電元件237之寬度：2

L338：45

L339：10.5

輻射元件337之寬度：2。

又，固定構件10係圓柱狀之構件且設置於4個部位，且係配置於自基板80之端部之左邊及右邊分別於X軸方向朝內側偏移15mm且自上邊及下邊分別於Y軸方向朝內側偏移5mm的位置，直徑為4mm。

如圖6所示，即便增大饋電點38之偏移量，天線30之S11變動量亦抑制得比天線230、330之S11變動量低，因此，天線30相對於饋電點38之位置變化具有較高之位置穩固性。因此，若為天線30，則例如可相對自由地設計變更饋電點38之位置。

圖7表示在以基本模式之諧振頻率於2GHz附近匹配之方式設計 之天線30、230、330中使基板80之位置於X軸方向平行移動時的各天線30、230、330之S11(反射損耗)之變動量。

橫軸之「基板位置偏移量」係表示基板80自基準位置於X軸方向移動之距離，基準位置係指基本模式之諧振頻率於2GHz附近匹配時之基板80之位置(於圖7之情形時為L40=5mm)。偏移量為0係表示基板80位於基準位置之情形，隨著偏移量增大，基板80朝圖之左側移動。縱軸之「S11變動量」係指饋電點38位於基準位置之情形時匹配之頻率下之S11與饋電點38移動後之位置上之相同頻率下之S11的差。基板80移動時，可攜式無線裝置及天線之各構成之尺寸保持固定，將天線與基板80視為一個整體而僅基板80與導體21之相對之X軸方向之位置關係產生變化。

測定S11時之圖1至5中所示之各尺寸與上述相同。

如圖7所示，即便增大基板80之偏移量，天線30之S11變動量亦抑制得比天線230、330之S11變動量低，因此，天線30相對於基板80之位置變化具有較高之位置穩固性。因此，若為天線30，則例如即便於將基板80組裝至殼體20時基板80之位置自設計值偏移，亦可容易地獲取天線30之阻抗匹配。

以上，利用實施形態對可攜式無線終端進行了說明，但本發明並不限定於上述實施形態。可在本發明之範圍內進行與其他實施形態之一部分或全部之組合或置換等各種變化及改良。

例如，天線並不限定於僅包含呈直線狀延伸之線狀之導體部分者，亦可為包含彎曲之導體部分者。例如，亦可為包含L字狀之導體部分者，亦可為包含弓形形狀之導體部分者，亦可為包含在中途分支之導體部分者。

又，亦可於饋電元件設置短線，亦可於饋電元件設置匹配電路。藉此，可減小饋電元件於基板所占之面積。

本國際申請案係基於2014年1月20日提出申請之日本專利申請案第2014-008167號而主張優先權者，並將日本專利申請案第2014-008167號之所有內容引用於本國際申請案中。

10‧‧‧固定構件

20‧‧‧殼體

21‧‧‧導體

30‧‧‧天線

31‧‧‧輻射元件

34‧‧‧端部

35‧‧‧端部

36‧‧‧饋電部

37‧‧‧饋電元件

38‧‧‧饋電點

39‧‧‧端部

70‧‧‧接地平面

71‧‧‧外緣部

75‧‧‧接地平面

80‧‧‧基板

85‧‧‧基板

90‧‧‧中央部

100‧‧‧可攜式無線裝置

D1‧‧‧最短距離

L1‧‧‧長度

L2‧‧‧長度

L3‧‧‧長度

L4‧‧‧長度

L5‧‧‧長度

X‧‧‧軸

Y‧‧‧軸

Claims (11)

1. 一種可攜式無線裝置，其包括：基板，其具有接地平面；殼體，其收容上述基板；及天線，其包含連接於將上述接地平面作為接地基準之饋電點的饋電元件、及藉由與上述饋電元件產生電磁場耦合而被饋電作為輻射導體發揮功能的輻射元件；且上述殼體包含與上述接地平面可直流導通地連接的導體。
2. 如請求項1之可攜式無線裝置，其中上述導體係經由將上述基板固定於上述殼體之固定構件而與上述接地平面可直流導電地連接。
3. 如請求項1之可攜式無線裝置，其中於將賦予上述饋電元件之諧振之基本模式之電氣長度設為Le37、將賦予上述輻射元件之賦予諧振之基本模式之電氣長度設為Le31、將上述輻射元件之基本模式之諧振頻率下之上述饋電元件或上述輻射元件上之波長設為λ時，Le37為(3/8)‧λ以下，且於上述輻射元件之諧振之基本模式為偶極模式之情形時，Le31為(3/8)‧λ以上(5/8)‧λ以下，於上述輻射元件之諧振之基本模式為環形模式之情形時，Le31為(7/8)‧λ以上(9/8)‧λ以下。
4. 如請求項1至3中任一項之可攜式無線裝置，其中於將上述輻射元件之基本模式之諧振頻率下之真空中之波長設為λ₀的情形時，上述饋電元件與上述輻射元件之最短距離為0.2×λ₀以下。
5. 如請求項1至4中任一項之可攜式無線裝置，其中上述輻射元件包含接受來自上述饋電元件之饋電之饋電部；上述饋電部位於上述輻射元件之基本模式之諧振頻率下成為 最低阻抗之部分以外。
6. 如請求項1至5中任一項之可攜式無線裝置，其中上述輻射元件包含接受來自上述饋電元件之饋電之饋電部，上述饋電部位於與上述輻射元件之基本模式之諧振頻率下成為最低阻抗之部分相距上述輻射元件之全長之1/8以上之距離的部位。
7. 如請求項1至6中任一項之可攜式無線裝置，其中上述饋電元件與上述輻射元件以最短距離並行之距離為上述輻射元件之長度之3/8以下。
8. 如請求項1至7中任一項之可攜式無線裝置，其中上述輻射元件包含與上述饋電元件產生電磁場耦合而被饋電之饋電部；於將上述輻射元件之基本模式之諧振頻率下之真空中之波長設為λ₀的情形時，上述饋電部與上述接地平面之最短距離為0.0034λ₀以上0.21λ₀以下。
9. 如請求項1至8中任一項之可攜式無線裝置，其包含全面性覆蓋顯示器之圖像顯示面之覆蓋玻璃；上述輻射元件設置於上述覆蓋玻璃。
10. 如請求項1至8中任一項之可攜式無線裝置，其中上述輻射元件係設置於未形成有上述導體之上述殼體之空白部。
11. 如請求項1至10中任一項之可攜式無線裝置，其中於與上述基板不同之基板搭載有饋電電路。