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【专利摘要】本发明提供一种天线。该天线包括馈电点(301)、第一导体(302、303、305、306、307)以及第二导体(304)。第一导体连接到所述馈电点，所述第一导体包括未连接到所述馈电点的端部作为开放端，并且具有线性形状。所述第二导体被形成为从所述第一导体分支，并且包括从所述第一导体分支的点的相反侧上的端部作为开放端，并且具有线性形状。所述第一导体的至少一部分和所述第二导体的至少一部分被形成在不同的平面上，并且包括彼此电磁耦合的耦合部。
【专利说明】天线

【技术领域】
[0001]本发明涉及天线，具体地，涉及用于天线配置的技术。

【背景技术】
[0002]近年来，在各种类型的电子设备中安装了无线通信功能。许多电子设备需要减小尺寸。随着这种需要，需要在这些电子设备的小空间中实现用于无线通信的天线。在这种情形下，日本特开第2012-085215号公开公开了如下天线结构:具有在不使用从基板的平面大大突出的任何组件的情况下，仅使用基板和导电图案而形成的天线。另外，日本特开第2003-008325号公开了被配置为具有分别布置在绝缘基板的各个表面上的第一和第二天线的占有区域中的第一和第二天线的天线。根据日本特开第2003-008325号公报，通过使当从相对于绝缘基板的表面的直角方向观看时，第一和第二天线的占有区域至少部分彼此重叠，来实现包括多个天线的天线装置的尺寸减小。日本特开第2002-504770号公报公开了包括如下两个辐射元件的紧凑型平面分集天线:固定到电介质基板的两个表面并且在不馈电的情况下耦合，以在两个相邻的频带中协同共振。
[0003]随着使用多个天线的MMO通信功能的安装等，越来越需要减小天线的尺寸。另一方面，天线的尺寸减小有时导致无法确保令人满意的天线性能。即，传统天线难以在确保令人满意的天线性能的同时，实现令人满意的天线尺寸的减小。
[0004]考虑到上述问题而作出本发明，本发明提供一种在确保天线性能的同时便于天线的尺寸减小的技术。


【发明内容】

[0005]根据本发明的一个方面，提供一种天线，所述天线包括:馈电点；第一导体，其连接到所述馈电点，包括未连接到所述馈电点的端部作为开放端，并且具有线性形状；以及第二导体，其被形成为从所述第一导体分支，包括从所述第一导体分支的点的相反侧上的端部作为开放端，并且具有线性形状，其中，所述第一导体的至少一部分和所述第二导体的至少一部分形成在不同的平面上，并且包括彼此电磁耦合的耦合部分。
[0006]通过以下对示例性实施例的描述(参照附图)，本发明的其他特征将变得清楚。

【专利附图】

【附图说明】
[0007]包含在说明书中、构成说明书的一部分的附图，示出了本发明的实施例，并且与文字描述一起，用于解释本发明的原理。
[0008]图1A是示出传统单频天线的布置的正视图，图1B是该天线的透视图；
[0009]图2A和图2B是示出图1A和图1B中的单频天线的反射特性(Sll)的仿真结果的曲线图；
[0010]图3A是示出具有分支部分的天线的布置的正视图；图3B是该天线的透视图；
[0011]图4A至图4C是示出当分支部分的长度改变时，图3A和图3B中的天线的反射特性(Sll)的仿真结果的曲线图；
[0012]图5A是示出根据布置示例I的天线的布置的正视图；图5B是该天线的透视图；
[0013]图6A至图6C是示出当分支部分的开放端的位置改变时，图5A和图5B中的天线的反射特性(Sll)的仿真结果的曲线图；
[0014]图7A是示出根据布置示例I的其他天线的布置的正视图；并且图7B是该天线的透视图；
[0015]图8A至图SC是示出当分支部分和主体部分之间的距离落在预定距离内的部分的长度改变时，图7A和图7B中的天线的反射特性(Sll)的仿真结果的曲线图；
[0016]图9A是示出根据布置示例2的天线的布置的正视图；图9B是该天线的透视图；
[0017]图1OA至图1OC是示出当分支部分和主体部分之间的距离落在预定距离内的部分的长度改变时，图9A和图9B中的天线的反射特性(Sll)的仿真结果的曲线图；
[0018]图11是示出在没有任何分支部分的情况下，图9A和图9B中的天线的反射特性(Sll)的仿真结果的曲线图；
[0019]图12A是示出根据布置示例3的天线的布置的正视图；图12B是该天线的透视图；
[0020]图13A至图13C是示出当导体宽度改变时，图12A和图12B中的天线的反射特性(Sll)的仿真结果的曲线图；
[0021]图14A是示出根据布置示例3的其他天线的布置的正视图；图14B是该天线的透视图；
[0022]图15是示出图14A和图14B中的天线的反射特性(Sll)的仿真结果的曲线图；
[0023]图16A至图16C是示出当导体宽度改变时，具有与图7A和图7B中的天线类似的结构的双频天线的反射特性(Sll)的仿真结果的曲线图；
[0024]图17A至图17C是示出当导体宽度改变时，具有与图9A和图9B中的天线类似的结构的双频天线的反射特性(Sll)的仿真结果的曲线图；以及
[0025]图18A至图18C是示出当导体宽度改变时，具有与图14A和图14B中的天线类似的结构的双频天线的反射特性(Sll)的仿真结果的曲线图。

【具体实施方式】
[0026]现在，参照附图详细描述本发明的示例性实施例。注意，除非另外具体指出，否则在这些实施例中描述的部件、数字表示和数值的相对布置不限制本发明的范围。
[0027]〈〈第一实施例》
[0028]该实施例考虑用于符合无线LAN标准(例如IEEE802.llb/g/n)的无线通信功能的天线。IEEE802.llb/g/n需要在2.4-GHz带中工作的天线。因此，描述在2.4_GHz带中工作的单频天线。
[0029]图1A和图1B分别是示出传统单频天线的布置的示例的正视图和透视图。参照图1A和图1B，导体由黑色部分指示。另外，由导体形成的天线地面107由阴影部分指示。实际上，用于实现无线功能的各种类型的部件和电路安装在天线地面107上。该实施例不考虑这些部件和电路。注意，实际上，导体以图案的形式形成在基板的平面上。因此，靠近观察该导体将揭示其具有薄板状形状。在本说明书和权利要求的范围中，将这些形状表述为“线性形状”。
[0030]如图1A和图1B所示，传统单频天线包括馈电点101、导体102至106、天线地面107以及电介质基板(FR4基板)108。电介质基板(FR4基板)具有与前表面相对应的第一平面和与后表面相对应的第二平面，作为形成天线的表面。注意，第一和第二平面是彼此相对并且彼此平行的平面。
[0031]图1A和图1B中的天线被配置为使得馈电点101、导体102以及导体103形成在电介质基板的第一平面(前表面)上，并且导体105和导体106形成在电介质基板的第二平面(后表面)上。在这种情况下，导体102的一端连接到导体103的一端。类似地，导体105的一端连接到导体106的一端。另外，形成在第一平面上的导体103和形成在第二平面上的导体105各自具有例如圆柱形状，并且经由通孔(导体104)彼此连接。S卩，导体102至106形成横跨电介质基板108的前后表面延伸的一个线性天线。注意，在导体102上形成馈电点101作为馈电销。向由导体102至106形成的天线供给电力。向天线外部输出由天线激发的电力。未连接到导体105的导体106的端部是开放端。
[0032]电介质基板(FR4基板)108具有例如4.4的相对介电常数。未形成天线地面107的电介质基板(FR4基板)108上的部分是天线区域。包括电介质基板和导体的基板的厚度例如是0.896mm，并且基板的尺寸例如是30mm x 35mm。另外，导体103、105和106各自具有例如0.2mm的线宽度。将导体103和105彼此连接的导体104的圆柱形状具有例如0.1mm的半径。此夕卜，例如，天线在纵向和横向方向上的长度a和b分别是1mm和12mm。S卩，天线尺寸例如是1mm X 12mm。
[0033]图2A是示出当图1A和图1B所示的单频天线在纵向和横向方向上的长度分别是1mm和12mm时，该天线的反射特性(Sll)的仿真结果的曲线图。从图2A可以明显看出，天线在IEEE802.llb/g/n中使用的2.4-GHz带中，获得令人满意的反射特性。当反射特性为-1OdB或更小时，带宽为约300MHz。即，很明显，使用这种布置，图1A和图1B所示的天线在该带范围内能够作为天线工作。
[0034]天线具有发射具有特定频率的电磁波的功能。因此，如果在天线周围存在物体，则天线的工作频率可能改变，或者发射的电磁波的能量可能降低。由于该原因，代替在电子设备的本体内部实现天线，可以使用于电子设备的天线突出到包含许多部件等的电子设备的本体外部。例如，具有无线LAN通信功能的无线LAN卡可以插入到笔记本PC的卡槽中。在这种情况下，当在无线LAN卡中实现的天线包含在笔记本PC中时，这种结构阻碍从天线发射的电磁波的发射。由于该原因，无线LAN卡的天线实现部分突出到笔记本PC外部。然而，用户可能在例如操作期间，被卡在天线的该突出部分上。由于该原因，需要在无线LAN卡中实现的天线是薄的，即，具有与其长边相比其短边尽可能短的面积，并且需要使突出到笔记本PC外部的天线突出部分最小。
[0035]因此，考虑在图1A和图1B中，作为天线长度的导体102至106的长度的总和几乎保持不变的同时，长度a减小到2.5mm，并且长度b增加到18mm的情况。在这种情况下，天线尺寸变为2.5mm x 18mm。图2B示出了反射特性(Sll)的仿真结果。如图2B所示，在这种情况下，很明显，反射特性不满足在2.4-GHz带中-6dB的要求，因此在作为天线工作方面不令人满意。即，发现在图1A和图1B所示的天线布置中，减小长度a将使天线特性劣化。
[0036]与此相反，根据该实施例的天线具有即使天线在纵向方向上的长度减小，也允许天线能够作为天线工作的布置。下面，详细描述这种天线布置。图3A和图3B是分别示出根据实施例的单频天线的布置的示例的正视图和透视图。图3A和图3B所示的天线具有其他导体304从图1A和图1B所示的天线布置的导体102分支的结构。
[0037]根据该实施例的单频天线包括馈电点301、导体302至307、天线地面308以及电介质基板(FR4基板)309。由上述部件中的馈电点301、导体302和303以及导体305至307构成的第一导体具有与图1A和图1B所示的天线结构相同的天线结构。在该天线中，导体302不仅连接到导体303，还连接到导体304，由此形成分支结构。由导体304形成的第二导体(分支部分)布置在电介质基板的第一平面(前表面)上。注意，未连接到导体303的导体304的端部、即在分支点相对侧上的端部是开放端。注意，包括电介质基板和导体的该天线的基板的厚度与图1A和IB所示的天线结构的厚度相同，例如是0.896mm。
[0038]在该天线中，导体304经由电介质基板电磁耦合到导体307。使用这种结构，与在图2B所示的情况下相同，即使当天线在纵向方向上的长度减小时，也改善了天线特性。图4A至图4C示出了当根据图2B所示的仿真结果，将纵向方向上的长度a和横向方向上的长度b分别设置为2.5mm和18mm时，图3A和图3B所示的天线的反射特性(Sll)的仿真结果。图4A、图4B和图4C分别示出了当将分支部分的长度c设置为14.5臟、11.5mm和6.5mm时的反射特性(Sll)的仿真结果。
[0039]从图4A至图4C可以明显看出，随着长度c越大，在作为IEEE802.llb/g/n中的工作带的2.4-GHz带中，能够获得越令人满意的反射特性。这可能是因为随着长度c增大，天线的主体部分(由馈电点301、导体302和303以及导体305至307构成的部分)和分支部分(由导体304形成的部分)之间的电磁耦合的强度增大。注意，这种情况下的“耦合”指不包括静电稱合(电容稱合)、磁稱合(电感稱合)和作为它们的混合的电磁稱合的电磁率禹口 ο
[0040]如上所述，在图3A和图3B所示的天线布置中，即使天线在纵向方向上短，通过调整电磁耦合到天线主体部分的分支部分的长度，也能够获得良好的反射特性。因此，根据该实施例的天线能够在确保令人满意的天线特性的同时，便于天线的尺寸减小。
[0041]通常，需要天线具有与相应的无线电波的波长成比例的尺寸(长度)，因此随着工作频率减小，天线的长度增大。例如，已知作为基本天线的单极天线的天线长度约为工作频带中的波长的1/4。注意，这种情况下的“波长”是形成天线的空间中的波长。例如，如果在自由空间中形成天线，则“波长”是自由空间中的波长。如果在无限大的电介质中形成天线，则“波长”是电介质中的波长。另外，如果与在该实施例中相同，在电介质基板上形成天线，则“波长”是通过使用基于空气层和电介质层获得的有效介电常数计算的波长。
[0042]另一方面，根据该实施例，通过使天线主体部分的导体耦合到分支部分的导体，能够使共振频率转变为较低的频率。即，耦合使得天线能够具有与尺寸比实际尺寸大的天线类似的共振频率。这种效果能够使该实施例的天线的尺寸减小为例如小于波长的1/4的尺寸。
[0043]下面例示被配置为通过调整电磁耦合的强度来减小天线的尺寸的、图3A和图3B所示的天线布置的几个布置示例。注意，在图3A和图3B所示的天线中，在第一平面上整体地形成分支部分，并且分支部分耦合到在第二平面上形成的天线主体部分。然而，本发明不限于此。即，可以在第二平面上形成分支部分的一部分，并且该部分耦合到天线主体部分。即，只要天线主体部分的至少一部分和分支部分的至少一部分被形成在不同的平面上，并且具有电磁耦合的耦合部分，则能够获得与上述相同的效果。
[0044](布置示例I)
[0045]在图3A和图3B所示的天线布置中，能够将天线主体部分和分支部分布置为彼此进一步接近。图5A和图5B是分别示出天线主体和分支部分被布置为彼此进一步接近的单频天线的布置示例的正视图和透视图。图5A和图5B所示的天线具有与在图3A和图3B所示的布置中相同的2.5mm x 18mm的天线尺寸，并且包括与图1A和图1B中的天线相同的电介质基板(FR4基板)511和天线地面510。类似地，包括电介质基板和导体的基板的厚度例如是 0.896mm。
[0046]图5A和图5B所示的天线与图3A和图3B所示的天线的不同之处在于分支部分的布置。即，当从与电介质基板511的表面垂直的方向观看时，在构成分支部分的导体504、508和509中，包括开放端的导体509被布置为面对作为构成天线主体的导体中的一个的导体507。另一方面，构成天线主体部分的馈电点501、导体502和503以及导体505至507的布置与图3A和图3B所示的天线的天线主体部分相同。这使得能够在天线主体部分和分支部分之间获得更强的耦合。注意，图5A没有示出导体509的原因是，其具有与导体507相同的线宽度并且与其重叠。虽然在该布置示例中，当从与电介质基板511的表面垂直的方向观看时，导体509被布置为面对导体507,但是本发明不限于此。即，导体509可以仅被布置在距导体507预定距离内，或者被布置在与分支部分的其他部分相比更靠近导体507的位置。
[0047]与图3A和图3B所示的天线相比，图5A和图5B所示的天线能够增大耦合的强度，并且还能够通过改变天线主体部分和分支部分之间的耦合位置，来改变耦合的强度。即，能够依据导体509被布置在靠近、还是远离天线主体部分的导体507的开放端的位置，来改变耦合的强度。
[0048]图6A至图6C示出了当在导体509的长度固定为2mm的同时，改变导体504的长度d时，图5A和图5B所示的单频天线的反射特性(Sll)的仿真结果。图6A、图6B和图6C分别示出了 d = 4.5mm、d = 8.5mm和d = 12.5mm时的图5A和5B中的单频天线的反射特性(S11)。注意，在这些仿真中，随着d增大，分支部分的开放端(导体509)接近天线主体部分的开放端。
[0049]从图6A至图6C所示的结果可以明显看出，随着长度d增大，即，分支部分的开放端接近天线主体部分的开放端，天线的工作频率转变为较低的频率。这可能是因为随着导体509接近导体507的开放端，天线主体部分和分支部分之间的耦合的强度增大。因此，使用这种布置能够容易地改变天线主体部分和分支部分之间的耦合的强度，并且能够在确保期望的天线特性的同时，容易地减小天线的尺寸。
[0050]另外，在图5A和图5B所示的单频天线中，能够通过调整从与电介质基板511的表面垂直的方向观看时的面对分支部分的导体的长度，来改变耦合的强度。图7A和图7B分别是面对部分具有长度e的天线布置的正视图和透视图。图7A和图7B中的构成天线主体部分的馈电点701、导体702和703以及导体705至707的布置，与图5A和图5B所示的天线的天线主体部分相同。另外，天线地面710和电介质基板711与图5A和5B所示相同。注意，图7A和图7B中的构成分支部分的导体704以及导体708和709的基本结构也与图5A和图5B中的分支部分相同。
[0051]虽然图5A和图5B中的天线的导体509的开放端的位置是可变的，但是图7A和7B中的天线的导体709的位置是恒定的。S卩，图7A和图7B中的天线被配置为在导体704和709的长度的总和固定为18mm的同时，导体709的长度e是可变的。
[0052]图8A、图8B和图8C分别示出了当导体709的长度e改变为2mm、6mm和12mm时的单频天线的反射特性(Sll)的仿真结果。从图8A至图SC可以明显看出，随着长度e增大，天线工作频率转变为较低的频率。这可能是因为天线主体部分和分支部分之间的耦合的强度随着天线主体部分和分支部分之间的距离落在预定距离内的部分的长度的增大而增大。
[0053]因此，通过改变天线主体部分和分支部分之间的位置关系、以及天线主体部分和分支部分之间的距离落在预定距离内的部分的长度中的至少一个，能够调整天线工作频率。另外，在该布置示例中，天线主体部分和分支部分的导体沿同一方向从馈电点延伸到各个开放端。由于两个导体不沿相反的方向从馈电点延伸到开放端，因此设计形成两个天线元件的两个导体的形状的自由度大大改善。例如，考虑到天线的设计，能够防止形成在第一平面上的天线主体的部分干扰形成的同一第一平面上的分支部分。其结果是，两个天线的形状彼此较少限制它们的长度等，因此能够改善天线设计的自由度。
[0054]注意，天线主体部分和分支部分的导体从馈电点延伸到开放端的方向不需要相同。例如，这些方向可以是几乎相同的，或者至少由天线主体部分和分支部分的导体从馈电点延伸到开放端的方向定义的两个矢量的内积为正值。内积具有正值指示由两个导体延伸的方向定义的角小于90°，因此指示两个导体沿几乎相同的方向延伸。
[0055]另外，在实际天线设计中，通过以上述方式调整各导体的长度和位置，来调整耦合的强度。这使得能够调整2.4-GHz带中的阻抗，并且使得能够以高自由度进行设计。在这种情况下，当进行设计时，重要的是在满足需要的天线工作带宽的同时，实现尺寸减小。如上所述，根据该布置示例的天线通过调整耦合的强度获得期望的天线特性，由此实现具有高设计自由度的薄型的紧凑型单频天线。
[0056]注意，根据图5A和图5B以及图7A和图7B所示的天线，使图3A和图3B所示的天线地面部分附近的分支部分的导体304弯曲，以使导体304和天线主体部分的导体307之间的距离落在预定距离内。然而，可以使天线主体部分的导体307弯曲，以使从分支部分的导体304开始的距离落在预定距离内。作为另选方案，可以使分支部分的导体304和天线主体部分的导体307两者弯曲，以使它们之间的距离落在预定距离内。
[0057](布置示例2)
[0058]在布置示例I中，在不改变天线主体部分的长度的情况下，通过改变天线主体部分和分支部分之间的导体间距离落在预定距离内的部分的位置和长度中的至少一个，来调整耦合的强度。随着导体之间的耦合的强度增大，天线的工作频率转变为较低的频率。布置示例2例示了在不改变天线尺寸(2.5_ X 18mm)的情况下,能够通过改变天线主体部分的长度和耦合的强度来减小天线的尺寸的情况。
[0059]图9A和图9B分别是该布置示例中的单频天线的正视图和透视图。图9A和图9B中的天线包括馈电点901、导体902至909、天线地面910和电介质基板(FR4基板)911。图9A和图9B中的天线与图3A和图3B所示的天线的不同之处在于天线主体部分(由馈电点901、导体902和903以及导体905至909构成的部分)的布置。即，与在布置示例I中不同，根据图9A和图9B中的天线，作为未连接到导体908的端部的、天线主体部分的导体909的开放端的方向，与分支部分的导体904的开放端的方向相反。
[0060]另一方面，分支部分(由馈电点901以及导体902和904构成的部分)的布置与图3A和图3B中的天线的布置相同。注意，与图3A和图3B中的天线类似，图9A和图9B中的天线具有2.5mm x 18mm的天线尺寸，并且电介质基板(FR4基板)911和天线地面910与图1A和图1B所示的天线的电介质基板和天线地面相同。另外，包括电介质基板和导体的基板的厚度也是0.896mm。
[0061]在图9A和图9B中的天线中，分支部分的导体904和天线主体部分的导体909之间的距离落在预定距离内，并且导体强耦合。在该布置示例中，为了获得高耦合强度，当从与电介质基板的表面垂直的方向观看时，导体904和909彼此面对。注意，图9A未示出导体909的原因是其具有与导体904相同的线宽度并且与其重叠。虽然在该布置示例中，导体909被布置为当从与电介质基板911的表面垂直的方向观看时，面对导体904，但是本发明不限于此。即，可以将导体909仅布置在距导体904预定距离内，或者布置在与分支部分的其他部分相比更靠近导体904的位置。
[0062]在图9A和图9B中的天线布置中，调整天线主体部分的长度，以使得能够通过调整天线长度本身，来调整工作频带，并且能够通过调整耦合的强度，来调整工作频带。更具体来说，改变图9A和图9B中的导体909的长度f，以与天线主体部分的长度一起，改变距分支部分的导体904的距离落在预定距离内的部分的长度，由此调整工作频带。
[0063]图1OA至图1OC分别示出了使用作为天线主体部分的一部分的导体909的长度f作为参数时的反射特性(Sll)的仿真结果。图10A、图1OB和图1OC分别示出了当f = 4mm、f = 8mm和f = 12mm时获得的仿真结果。从图1OA至图1OC能够确认，随着稱合的强度增大，天线主体部分的长度增大，因此天线工作频带转变为较低的频率。从这些结果发现，与布置示例I类似，该布置示例能够实现天线尺寸的减小。
[0064]为了进行比较，图11示出了在没有任何分支部分的情况下图9A和图9B中的天线的反射特性(Sll)的仿真结果。注意，这时的长度f为12mm。从图11中的仿真结果和图1OC中的仿真结果之间的比较能够确认，图11中的天线工作频率转变为较高的频率。这可能是因为在图9A和图9B所示的天线布置中，与在布置示例I中相同，工作频率由于耦合的改变而转变。
[0065]注意，在该布置示例中，天线主体部分和分支部分的导体沿相反的方向从馈电点延伸到各个开放端。这种布置使得能够在保持天线的总体尺寸不变的同时，使天线主体部分的长度增大。另外，图9A和图9B所示的布置能够灵活地改变耦合的强度。与该布置示例类似的天线使得能够在实现天线的尺寸减小的同时，确保设计的高自由度。
[0066]注意，天线主体部分和分支部分的导体从馈电点延伸到各个开放端的方向不需要是相反的方向。例如，这些方向可以刚好是几乎彼此相反的。作为另选方案，由天线主体部分和分支部分的导体从馈电点延伸到开放端的方向定义的两个矢量的内积可以刚好为负值。内积具有负值指示由两个导体延伸的方向定义的角大于90°，因此指示两个导体沿几乎相反的方向延伸。
[0067](布置示例3)
[0068]图12A和图12B分别是根据该布置示例的单频天线的正视图和透视图。天线尺寸是2.5mm x 10mm。如图12A和图12B所示,根据该布置示例的天线包括馈电点1301、导体1302至1308、天线地面1309和电介质基板(FR4基板)1310。图12A和图12B中的天线的电介质基板(FR4基板)1310和天线地面1309与图1A和图1B所不的天线的电介质基板和天线地面相同。另外，包括电介质基板和导体的基板的厚度也是0.896_。
[0069]图12A和图12B中的天线与图3A和图3B中的天线的不同之处在于天线主体部分和分支部分的形状。然而，这些天线的相同之处在于，在电介质基板的前表面上形成分支部分，横跨电介质基板的前后表面形成天线主体，并且通过调整主体部分和分支部分之间的耦合，来调整天线的特性。
[0070]与图3A和图3B中的天线类似，图12A和图12B中的天线包括天线主体部分和分支部分。天线主体部分由馈电点1301以及导体1302、1303、1305、1306和1308构成。分支部分由馈电点1301以及导体1302、1304和1307构成。在这种情况下，包括天线主体部分的开放端的导体1308和包括分支部分的开放端的导体1307具有比其余导体大的导体宽度。
[0071]虽然下面将描述包括开放端的导体的导体宽度比其他导体的导体宽度大的情况，但是只要能够在天线主体部分和分支部分之间获得耦合，则不包括开放端的导体的导体宽度可以比其他导体的导体宽度大。在下面的描述中，在天线主体部分和分支部分处，以相同的形状和尺寸形成具有大导体宽度的导体。然而，只要能够获得耦合，这些导体不需要具有相同的形状和尺寸。例如，可以仅在天线主体部分和分支部分中的一个处，形成具有大导体宽度的导体。此外，在下面的描述中，具有大导体宽度的各导体是矩形的。然而，这些导体可以具有诸如圆形或三角形的矩形之外的形状。
[0072]另外，导体1307和1308被布置为当从与电介质基板的表面垂直的方向观看时彼此面对，并且导体1304和1306也是如此。注意，图12A未示出导体1306和1308的原因是，它们具有与导体1303、1304和1307相同的线宽度并且与它们重叠。这能够使天线主体部分和分支部分之间的耦合的强度增大。注意，在该布置示例中，导体1307和1308被布置为当从与电介质基板1310的表面垂直的方向看时彼此面对，并且导体1304和1306也是如此。然而，本发明不限于此。即，这些导体可以被布置为它们之间的距离落在预定距离内。
[0073]根据图12A和图12B中的天线布置，能够通过改变开放端部分的导体宽度i，来调整天线主体部分和分支部分之间的耦合的强度。图13A和图13C示出了当改变天线主体部分和分支部分的开放端部分的导体宽度i时，图12A和图12B中的天线的反射特性(Sll)的仿真结果。图13A、图13B和图13C分别示出了 i = 1mm、i = 2mm和i = 3mm时的仿真结果。从图13A至图13C可以明显看出，随着开放端部分的导体宽度i增大，工作频率转变为较低的频率。这是因为分别包括分支部分和天线主体部分的开放端的导体1307和1308之间的耦合的强度增大。
[0074]随着频率降低，波长增大，并且通常天线的尺寸增大。然而，根据图12A和图12B所示的天线，能够在固定横向方向上的长度h的同时，使频率转变为较低的频率。由于该原因，假设具有大导体宽度的导体1307和1308能够实现天线在横向方向上的尺寸减小。
[0075]另外，从图13B可以明显看出，当i = 2mm时,能够在IEEE802.llb/g/n中使用的2.4-GHz带中获得令人满意的反射特性，并且能够确保反射特性为_6dB或更小的带宽约为85MHzο由于无线LAN需要的带宽约为70MHz，因此能够确保无线LAN需要的工作带宽。SP，当i = 2mm时，图12A和图12B所示的天线能够作为2.4-GHz带天线,确保满足无线LAN需要的工作带宽的工作带宽。在这种情况下，当i = 2mm时，图12中的天线在纵向方向上的长度g是2.5mm,并且在横向方向上的长度h为10mm。S卩，天线尺寸为2.5mm x 10mm。考虑在IEEE802.llb/g/n中使用的2.4-GHz带中的图案天线,该尺寸比传统天线的尺寸小。
[0076]如上所述，使用图12A和图12B所示的单频天线的布置，通过调整各自包括开放端的导体1307和1308的导体宽度，来调整耦合的幅度，由此调整工作频带。因此，使用图12A和图12B中的天线布置，能够实现具有高设计自由度的紧凑型单频天线。
[0077]注意，在上述布置示例中，不仅包括开放端的导体1307和1308，而且分支部分和天线主体部分的导体1304和1306被布置为通过电介质基板彼此面对。然而，本发明不限于这种布置。例如,如图14A和图14B所示，可以仅将包括开放端的导体1508和1509布置为彼此面对，或者在预定距离内彼此接近。图14A和图14B分别是被配置为在使包括开放端的导体1508和1509的宽度大于其他导体的宽度之后，当从与电介质基板的表面垂直的方向观看时，仅包括开放端的导体1508和1509被布置为彼此面对的天线的正视图和透视图。
[0078]除了使包括开放端的天线主体部分和分支部分的导体具有比其他导体的导体宽度大预定长度的导体宽度之外，图14A和图14B所示的天线的布置和图3A和图3B所示的天线的布置相同。在这种情况下，增大包括开放端的导体(导体1508和1509)的导体宽度能够使通过电介质基板的导体之间的距离落在预定距离内。这使得能够增大这些导体之间的耦合的强度，并且调整工作频带。
[0079]注意，图14A和图14B所示的天线的天线主体部分的长度比图12A和图12B中的天线大了连接的导体1505。由于该原因，为了将工作频率调整为2.4GHz，重要的是调整天线主体部分和分支部分之间的耦合的强度。由于该原因，图14A和图14B所示的天线使得能够通过调整导体1508和1509的尺寸调整耦合的强度，来调整工作频率。
[0080]图15示出了作为在2.4-GHz带中工作的天线，在调整导体1508和1509的尺寸之后，图14A和图14B所示的单频天线的反射特性(Sll)的仿真结果。从图15可以明显看出，图14A和图14B所示的天线能够在IEEE802.llb/g/n中在2.4-GHz带中获得令人满意的反射特性，并且确保反射特性为_6dB或更小的约10MHz的带宽。注意，在这种情况下，导体1508和1509中的各个的尺寸为2mm x 2.38mm，并且天线尺寸为2.5mm x 8.58mm。S卩，图14A和图14B中的天线的尺寸甚至比图12A和图12B中的天线小。因此，与图14A和图14B所示的天线相比，能够实现具有高设计自由度的紧凑型单频天线。
[0081]上面描述了根据该实施例的单频天线的基本形式和三个不同的布置示例。虽然该实施例例示了所有基本形式和各个布置示例中的导体都是线性或者矩形的情况，但是本发明不限于此。例如，导体中的至少一部分可以形成为曲线或圆形形状，或者可以形成为诸如弯折线形状的能够在导体中获得高电感值的形状。
[0082]另外，该实施例例示了形成天线主体部分和分支部分的第一和第二平面分别对应于一个电介质基板的前后表面的情况。然而，本发明不限于此。例如，第一和第二平面可以分别对应于多层基板的不同层之间的平面。第一平面可以是多层基板的第一和第二层之间的平面，并且第二平面可以是该基板的第二和第三层之间的平面。
[0083]另外，该实施例例示了由形成在FR4基板上的图案形成的单频天线。然而，本发明不限于此。例如，单频天线可以由金属片或导线形成，或者可以由诸如陶瓷组件中的高介电组件中的导线形成。此外，该实施例仅例示了与到该实施例的双频天线的馈电相关联的馈电点，但是没有对到馈电点的馈电线的详细描述。然而，不具体限制该馈电线。例如，能够使用以微带线、槽线或共面线为代表的平面电路或者诸如共轴线或波导的传输电磁波的传输线。
[0084]〈〈第二实施例》
[0085]第一实施例例示了在符合无线LAN标准(例如IEEE802.llb/g/n)的2.4-GHz带中工作的单频天线。近来，符合例如无线LAN标准(例如IEEE802.lla/b/g/n)的无线通信功能已经安装在电子设备上。需要用于该功能的天线在2.4-GHz带和5-GHz带两者中工作。另外，如上所述，由于需要天线减小尺寸，因此需要一个天线具有多个工作带，即，用作双频天线。
[0086]在这些情形下，该实施例将例示能够通过与图7A和图7B、图9A和图9B以及图14A和图14B所示的天线类似的天线结构,来实现符合无线LAN标准(例如IEEE802.lla/b/g/η)的双频天线的情况。在这种情况下，第一实施例中的天线主体部分作为第一天线贡献于2.4-GHz带，并且分支部分作为第二天线贡献于5-GHz带。注意，如果在不进行任何改变的情况下使用第一实施例中的各天线的长度和线宽度，则天线与工作频带不匹配。由于该原因，针对第一实施例中的状态，调整这些天线的导体的长度和线宽度，以使天线作为双频天线工作。
[0087]图16A至图16C示出了当改变图7A所示的线宽度j时，具有与图7A和7B所示的结构相同的结构的双频天线的反射特性(Sll)的仿真结果。图16A、图16B和图16C分别示出了 j = 0.3mm、j = 0.5mm和j = 0.7mm时的反射特性(Sll)。从图16A至图16C可以明显看出，随着线宽度j增大，作为工作带的2.4-GHz带和5-GHz带两者转变为较低的频率。这可能是因为随着线宽度增大，图7B中的导体707和709之间的耦合的强度增大，并且较低频率侧和较高频率侧的天线工作频率两者都转变为较低的频率。
[0088]注意，在具有图16B所示的特性的双频天线的情况下，天线尺寸是5.5mm x14.7mm。因此，很明显，与图7A和图7B所示类似的天线结构能够实现在作为符合无线LAN标准(例如IEEE802.lla/b/g/n)的频带的2.4-GHz带和5_GHz带两者中工作的紧凑型双频天线。
[0089]图17A至图17C示出了当改变图9A所示的线宽度k时，具有与图9A和图9B所示的结构相同的结构的双频天线的反射特性(Sll)的仿真结果。图17A、17B和图17C分别示出了 k = 0.3mm、k = 0.5mm和k = 0.7mm时的反射特性(Sll)。从图17A至图17C可以明显看出，随着线宽度w增大，作为工作带的2.4-GHz带和5-GHz带两者转变为较低的频率。这可能是因为随着线宽度增大，图9B中的导体909和904之间的耦合的强度增大，并且较低频率侧和较高频率侧的天线工作频率两者都转变为较低的频率。
[0090]注意，在具有图17B所示的特性的双频天线的情况下，天线尺寸是3.5mm x11.0mm。因此，很明显，与图9A和图9B所示类似的天线结构也能够实现在作为符合无线LAN标准(例如IEEE802.lla/b/g/n)的频带的2.4-GHz带和5_GHz带两者中工作的紧凑型双频天线。另外，能够以比与图7A和图7B所示的天线结构类似的天线结构小的天线尺寸形成该双频天线。这可能是因为假设导体908和909使贡献于较低频率侧的导体能够具有比在图5A和图5B所示的天线布置中大的天线长度。
[0091]图18A至图18C分别示出了当改变图14A所示的线宽度I时，具有与图14A和图14B所示的结构相同的结构的双频天线的反射特性(Sll)的仿真结果。图18A、图18B和图18C分别示出了 I = 3.0mm> 1 = 3.5mm和I = 4.0mm时的反射特性(Sll)。从图18A至图18C可以明显看出，随着线宽度(导体宽度)I增大，作为工作带的2.4-GHz带和5_GHz带两者转变为较低的频率。这可能是因为随着线宽度增大，图14B中的导体1508和1509之间的耦合的强度增大，并且较低频率侧和较高频率侧的天线工作频率两者都转变为较低的频率。
[0092]注意，在具有图18B所示的特性的双频天线的情况下，天线尺寸是3.5mm x9.5mm。因此，很明显，与图14A和图14B所示类似的天线结构也能够实现在作为符合无线LAN标准(例如IEEE802.lla/b/g/n)的频带的2.4-GHz带和5_GHz带两者中工作的紧凑型双频天线。注意，能够以比与图7A和图7B或者图9A和图9B所示的天线结构类似的天线结构小的天线尺寸形成该双频天线。这可能是因为假设具有大的线宽度(导体宽度)并且彼此面对的导体1508和1509能够在导体1508和1509之间产生强耦合。
[0093]注意，通过增加上述各天线的分支的数量，能够形成与三个或更多个频带相对应的多频天线。与各个频带相对应的导体可以分别布置在三个或更多个不同的层上，或者与一些频带相对应的导体可以布置在同一层上，而其他导体可以布置在其他层上。作为另选方案，可以对多个频带进行分组，并且可以将与各组相对应的天线导体布置在同一层上。
[0094]在上述实施例中，两个导体的耦合部分形成在电介质基板的两个表面上。描述该电介质基板的效果。上面已经描述了两个导体之间的耦合的效果。由于将两个导体的耦合部分之间的导体间距离视为影响耦合的强度和天线特性两者，因此天线可以具有能够保持预定导体间距离的结构。如果导体不在电介质基板上形成，则由于天线的导体没有用来保持形状的结构，因此导体可能由于在制造时与它们接触、随着时间劣化等而变形。这可能导致大大影响天线特性的耦合部分之间的导体间距离改变，并且可能影响天线特性。然而，如在上述实施例中，分别在电介质基板的两个表面上形成两个导体的耦合部分，将使两个导体的耦合部分之间的导体间距离保持为电介质基板的厚度。因此，与没有任何电介质基板的天线相比，这能够减少使天线特性劣化的因素。
[0095]另外，电介质基板具有使电磁场会聚的效果。由于该原因，当两个导体的耦合部分分别形成在电介质基板的两个表面上时，在两个导体的耦合部分之间产生的电磁场变得比在不使用电介质基板时大。与没有任何电介质基板的结构相比，在根据上述实施例的结构中，使两个导体的耦合部分处的电磁场会聚，能够使在作为耦合部分的两个导体之间产生的耦合的强度增大。与没有任何电介质基板的结构相比，这种结构能够在不增大各个导体的线宽度的情况下，增大耦合的强度，因此能够进一步减小天线的尺寸。
[0096]另外，通过从无线通信模块基板的各个层中去除导体来确保天线区域，并且在天线区域中印刷上述天线，能够容易地制造上述形成在电介质基板上的天线。这便于制造天线。因此，能够以比通过例如折叠金属板形成的天线低的成本制造天线。另外，由于在电介质基板上形成的天线的厚度变得等于电介质基板的厚度，因此天线不需要具有比电介质基板大的厚度。如果有突出部分，则用户可能被卡在天线上的突出部分上。然而，使用上述布置能够在不使形成例如无线通信模块基板的电介质基板具有比电介质基板大的厚度的情况下，形成天线。因此，能够获得具有较小的天线的突出部分的布置。
[0097]另外,上述实施例例不了在电介质基板的两个表面上形成具有稱合部分的两个导体的情况。然而，如果电介质基板具有多层结构，则还能够通过在不同的层上形成具有耦合部分的两个导体，来实现天线。即，只要两个导体的耦合部分彼此面对，不需要总是在电介质基板的两个表面上形成两个导体，因此可以在使导体能够彼此面对的不同的层上形成两个导体的耦合部分。在这种情况下，增加天线的导体的数量能够获得在许多工作频带中工作的多频天线。通过根据需要，在具有多层结构的电介质基板的不同的层上形成各个导体的耦合部分，并且将耦合部分彼此耦合，能够获得与上述效果类似的效果。此外，在上述实施例中，具有耦合部分的两个导体具有相同的线宽度。然而，它们可以具有不同的线宽度。
[0098]另外，在上述实施例中，当从与基板的表面垂直的方向观看时，具有耦合部分的两个导体彼此重叠。然而，只要在不使导体彼此重叠的情况下发生耦合，可以使用任意布置。
[0099]另外，根据上述实施例的天线的布置，当从与电介质基板的表面垂直的方向观看时，天线地面的表面与天线的导体不重叠。然而，如果天线地面的表面与天线的导体重叠，则在从天线的导体到天线地面的表面的方向上，发射的电磁波被天线地面的表面阻挡，并且显著减弱。如果在电子设备中安装了无线通信功能，则存在与电子设备进行通信的对方设备的地点可能改变。与此相反，和天线地面的表面与天线的导体重叠的天线结构相比，天线地面的表面与天线的导体不重叠的天线结构使得天线能够在所有方向上均匀地发射电磁波。
[0100]〈〈其他实施例》
[0101]上述各个实施例例示了符合IEEE802.11系列标准的无线LAN天线。然而，本发明能够应用于符合IEEE802.11系列标准的无线LAN天线之外的用于无线通信的天线。
[0102]根据本发明，能够在确保高天线性能的同时，容易地减小天线的尺寸。
[0103]虽然参照示例性实施例对本发明进行了说明，但是应当理解，本发明不限于所公开的示例性实施例。所附权利要求的范围符合最宽的解释，以使其涵盖所有这种变型以及等同结构和功能。
【权利要求】
1.一种天线，所述天线包括: 馈电点； 第一导体，其连接到所述馈电点，包括未连接到所述馈电点的端部作为开放端，并且具有线性形状；以及 第二导体，其被形成为从所述第一导体分支，包括从所述第一导体分支的点的相反侧上的端部作为开放端，并且具有线性形状， 其中，所述第一导体的至少一部分和所述第二导体的至少一部分被形成在不同的平面上，并且包括彼此电磁耦合的耦合部分。
2.根据权利要求1所述的天线，其中，所述耦合部分是所述第一导体与所述第二导体之间的距离落在预定距离内的部分。
3.根据权利要求1所述的天线，其中，在所述耦合部分，由从所述第一导体的所述馈电点到开放端的方向以及从所述第二导体的分支点到开放端的方向定义的角度小于90°。
4.根据权利要求1所述的天线，其中，在所述耦合部分，由从所述第一导体的所述馈电点到所述第一导体的开放端的方向以及从所述第二导体的分支点到所述第二导体的开放端的方向定义的角度大于90°。
5.根据权利要求1所述的天线，其中，所述第一导体的所述耦合部分具有比所述第一导体的其他部分大的导体宽度。
6.根据权利要求1所述的天线，其中，所述第二导体的所述耦合部分具有比所述第二导体的其他部分大的导体宽度。
7.根据权利要求1所述的天线，其中，所述耦合部分包括所述第一导体的开放端和所述第二导体的开放端中的至少一者。
8.根据权利要求1所述的天线，其中，所述第一导体的至少一部分和所述第二导体的至少一部分中的至少一者具有弯折线形状。
9.根据权利要求1所述的天线，其中，在所述耦合部分，形成所述第一导体的平面是形成所述天线的基板的前表面，并且形成所述第二导体的平面是所述基板的后表面。
10.根据权利要求1所述的天线，其中，在所述耦合部分，形成所述第一导体的平面是形成所述天线的多层基板的第一层与第二层之间的平面，并且形成所述第二导体的平面是所述基板的所述第二层与第三层之间的平面。
11.根据权利要求9所述的天线，其中，所述基板包括电介质基板。
12.根据权利要求1所述的天线，其中，所述天线包括单频天线，作为所述单频天线工作的所述第一导体或者所述第二导体的长度小于所述天线的工作频带中的波长的1/4。
13.根据权利要求1所述的天线，其中，所述天线包括双频天线， 所述第一导体的长度小于所述第一导体贡献出的工作频带中的波长的1/4，并且 所述第二导体的长度小于所述第二导体贡献出的工作频带中的波长的1/4。
14.根据权利要求13所述的天线，其中，所述第一导体贡献出的所述工作频带包括.2.4-GHz带，并且 所述第二导体贡献出的所述工作频带包括5-GHz带。
【文档编号】H01Q1/00GK104425864SQ201410410737
【公开日】2015年3月18日 申请日期:2014年8月20日 优先权日:2013年8月20日
【发明者】志村元, 守田淳 申请人:佳能株式会社