多频带天线的制作方法
【专利摘要】本发明提供一种多频带天线。在多个频带中工作的天线包括：馈电点；第一导体，其连接到所述馈电点；以及至少两个第二导体，其从所述第一导体分支出，具有线性形状，并且包括作为与所述第一导体相对的一侧的端部的开放端，其中，所述第二导体的所述开放端以与形成所述天线的区域的各个边中最靠近所述馈电点的边基本平行的方式朝向基本相同的方向，所述第二导体包括在与所述边平行的部分处所述导体之间的距离为第一距离的部分、以及该距离是比所述第一距离短的第二距离的另一部分，并且所述第二导体至少在所述另一部分处电磁耦合。
【专利说明】多频带天线
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种多频带天线。
【背景技术】
[0002]近来，在各种电子设备中安装了无线通信功能。此外，在一个电子设备中支持多种无线通信标准的这种设备也不断增加。这些设备需要实现在与各个标准相对应的多个频带中工作的天线。随着设备的尺寸减小，需要将工作在多个频带中的天线布置在尽可能小的空间中。为此，一个天线需要具有多个工作带，并且具有希望的天线工作带宽。
[0003]例如，日本特许第4710457号公报提出了通过增加寄生元件来构造在两个频带中工作的双频带天线的方法。此外，例如，日本特许第4457850号公报或者RodWaterhouse, “Printed Antennas for Wireless Communications”，WILEY，2007，ISBN978-0-470-51069-8, pp.257-279提出了作为双频带天线或者多频带天线的具有宽带天线特性的天线的结构。
[0004]通常，电子设备需要小型化，因此作为电子设备的部件的天线也需要小型化。由于关于无线通信的法律在国家之间不同，因此即使对于相同的无线通信标准，在各个国家使用的频率也不同。假设电子设备在世界上所有国家销售，则要求例如在无线LAN中的5GHz带中实现大约5GHz至6GHz的非常宽的工作带宽的天线，以应对大多数国家。然而，传统天线不完全满足紧凑化、在多个频带中工作并且依据无线标准在宽带中工作的要求。
[0005]本发明提供一种能够容易地满足工作频率要求的紧凑型多频带天线。
【发明内容】
[0006]根据本发明的一个方面，提供一种多频带天线，其在多个频带中工作，所述多频带天线包括:馈电点；第一导体，其连接到所述馈电点；以及至少两个第二导体，其从所述第一导体分支出，具有线性形状，并且包括作为与所述第一导体相对的一侧的端部的开放端，其中，所述第二导体的所述开放端以与形成所述天线的区域的各个边中最靠近所述馈电点的边基本平行的方式朝向基本相同的方向，所述第二导体包括在与所述边平行的部分处所述导体之间的距离为第一距离的部分、以及该距离是比所述第一距离短的第二距离的另一部分，并且所述第二导体至少在所述另一部分处电磁耦合。
[0007]通过以下参照附图对示例性实施例的描述，本发明的其他特征将变得清楚。
【专利附图】
【附图说明】
[0008]图1是示出将无线LAN卡插入笔记本PC的卡槽的状态的视图；
[0009]图2是示出双频带天线的结构的正视图；
[0010]图3是示出图2中的双频带天线的反射特性(Sll)的仿真结果的曲线图；
[0011]图4是示出由馈电点201、导体202、导体203、天线接地205和电介质基板(FR4基板)206形成的天线结构的正视图；[0012]图5是示出图4中的天线的反射特性(Sll)的仿真结果的曲线图；
[0013]图6是示出由馈电点201、导体202、导体204、天线接地205和电介质基板(FR4基板)206形成的天线结构的正视图；
[0014]图7是示出图6中的天线的反射特性(Sll)的仿真结果的曲线图；
[0015]图8是用于说明双频带天线的两个导体之间的距离的视图；
[0016]图9A至9C是示出当导体之间的距离改变时，双频带天线的反射特性(Sll)的仿真结果的曲线图；
[0017]图10是用于说明双频带天线的两个导体的耦合位置的视图；
[0018]图1IA至IlC是示出当稱合位置改变时,双频带天线的反射特性(SII)的仿真结果的曲线图；
[0019]图12是用于说明双频带天线的两个导体的耦合部分的长度的视图；
[0020]图13A至13C是示出当耦合部分的长度改变时，双频带天线的反射特性(Sll)的仿真结果的曲线图；
[0021]图14是例示双频带天线的另一结构的正视图；
[0022]图15是示出图14中的双频带天线的反射特性(Sll)的仿真结果的曲线图；
[0023]图16是例示根据第二实施例的双频带天线的结构的正视图；
[0024]图17是示出图16中的双频带天线的反射特性(Sll)的仿真结果的曲线图；
[0025]图18是例示根据第二实施例的双频带天线的另一结构的正视图；
[0026]图19是示出图18中的双频带天线的反射特性(Sll)的仿真结果的曲线图；
[0027]图20是示出当对图2中的双频带天线粘附电介质片材时，双频带天线的反射特性(Sll)的仿真结果的曲线图；
[0028]图21A和21B分别是例示根据第四实施例的双频带天线的结构的正视图和透视图；
[0029]图22A至22C是示出当图2IA和2IB中的双频带天线的耦合部分的线宽改变时，反射特性(Sll)的仿真结果的曲线图；
[0030]图23A和23B分别是例示根据第四实施例的双频带天线的另一结构的正视图和透视图；以及
[0031]图24A至24C是示出当图23A和23B中的双频带天线的耦合部分的线宽改变时，反射特性(Sll)的仿真结果的曲线图。
【具体实施方式】
[0032]现在，参照附图详细描述本发明的示例性实施例。应当指出，除非另外具体说明，在这些实施例中描述的部件、数字表示和数值的相对配置不限制本发明的范围。
[0033]〈〈第一实施例》
[0034]第一实施例将描述在符合无线LAN (IEEE802.lla/b/g/n)标准的无线通信功能中使用的天线。为了应对所有IEEE802.lla/b/g/n，要求一种既在2.4GHz频带也在5GHz频带中工作的双频带天线。如上所述，要组装在电子设备的主体中的天线需要是小型的。当在电子设备中组装无线通信功能时，通常通过从无线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并实现图案天线。如果在天线附近存在物体，则该物体阻挡电磁波的发射。为了尽可能地防止物体存在于天线周围，需要以比外围物体突出的方式，实现要组装在电子设备中的天线。然而，就使用电子设备的用户的便利性而言，缩短突出很重要。
[0035]图1是示出将具有无线LAN通信功能的无线LAN卡102插入笔记本PC 101的卡槽的状态的视图。在这种情况下，如果在无线LAN卡中实现的天线进入笔记本PC 101，则来自天线的电磁波的发射被阻挡。为了防止这种情况，在图1中，无线LAN卡102的天线实现部分保持在笔记本PC 101的外部。然而，在某些作业中，用户可能碰到天线的突出。因此，在无线LAN卡102中实现的天线需要具有薄断面(low-profile),也就是说,具有形成天线的面积的短边比其长边短得多的形状，并且需要使在笔记本PC 101外部的天线突出最小化。
[0036]以这种方式，要组装在电子设备中的天线有时需要具有天线区域的一个边非常短的薄断面形状。由于留给紧凑型天线的面积小，因此确保高设计自由度很重要。因此，将说明由模块基板上(平面上)的图案形成的具有高设计自由度的紧凑型薄断面双频带天线的实施例。
[0037](天线结构)
[0038]图2是例示根据第一实施例的双频带天线的结构的正视图。根据第一实施例的双频带天线由馈电点201、第一导体202、从第一导体分支出的两个第二导体203和204形成。该双频带天线包括天线接地205。为了简便，当不需要特别区分第一导体202以及第二导体203和204时，将它们简称为“导体”。在图2中，黑色部分表示第一导体202以及第二导体203和204。阴影部分表示由导体形成的天线接地205。实践中，在天线接地205上安装有用于实现无线功能的各个部件，但是在本实施例中未予考虑。两个第二导体203和204具有线性形状，并且具有作为第二导体203和204不连接到第一导体202的相对侧的端部的开放端。两个第二导体203和204在其开放端附近彼此靠近并且耦合。“耦合”是指包括静电率禹合(电容稱合)、磁稱合(电感稱合)和它们两者共存的电/磁稱合的电磁稱合。注意，第一导体202以及第二导体203和204实际由基板的平面上的图案形成，并且当仔细观察时，它们具有薄片状形状。在本说明书和权利要求中，将这种形状也表述为“线性形状”。
[0039]在双频带天线的各个导体和天线接地上形成保护层(采用绝缘体的保护性表面膜)。在本实施例中，在天线接地205与两个第二导体203和204的开放端相面对的位置处，间隔预定距离形成有天线接地205的一部分。天线接地205被布置为，使得第二导体203和204的开放端中的至少一个与天线接地205之间的距离(开放端与天线接地205的区域之间的最短距离)等于或小于预定长度。这种设置能够改善图2中的双频带天线的特性。例如，将第二导体203 (和204)的开放端与天线接地205之间的距离设置为等于或小于预定长度。在这种情况下，与天线接地205不存在于该范围内的情况相比，能够减小从馈电点201供给电力时的反射系数，并且能够增大工作频率带宽。在本实施例中，在与两个第二导体203和204的开放端相面对的位置处布置有天线接地205，但是不限于此。在第二导体203和204的开放端与天线接地205所占据的区域之间的最短距离等于或小于预定长度的条件下，可以不在与开放端相面对的位置布置天线接地205。
[0040]各个导体由电介质基板(FR4基板)206的平面上的图案形成。电介质基板(FR4基板)206的相对介电常数例如是4.2。电介质基板(FR4基板)206上的不存在天线接地205的部分是天线区域。在图2中,天线区域的尺寸是15_X5.5_。包括电介质基板、导体和保护层全部的基板的厚度是0.878mm。与传统技术相比，作为用于在IEEE802.lla/b/g/n中使用的2.4GHz和5GHz带的图案天线，天线区域的这些尺寸是小的。天线区域是短边比长边短得多的薄断面矩形。
[0041]图3是示出图2中的双频带天线的反射特性(Sll)的仿真结果的曲线图。由图3明显得出，在IEEE802.lla/b/g/n中使用的2.4GHz和5GHz频带两者中都获得了令人满意的反射特性，并且该双频带天线在这些带中作为天线工作。
[0042]对于2.4GHz带，反射特性等于或低于_6dB的带宽是大约IOOMHz。由于无线LAN所需的带宽是大约70MHz，因此能够确保无线LAN的要求工作带宽。在5GHz带中，无线LAN要求宽的工作带宽(大约1GHz)。为了满足该要求，在根据本实施例的双频带天线中，反射特性等于或低于-1OdB的带宽是大约1.8GHz。这表明,根据本实施例的双频带天线能够确保比无线LAN的要求工作带宽宽得多的工作带宽。
[0043](天线操作)
[0044]接下来，说明根据本实施例的双频带天线的操作。
[0045](各个导体的作用)
[0046]首先，将说明第一导体202的作用以及从第一导体202分支出的两个第二导体203和204的作用。描述不包括第二导体203或者204的结构中的根据本实施例的天线的动作。如图4所示，不包括导体204的结构是由馈电点201、导体202和203、天线接地205以及电介质基板(FR4基板)206形成的天线。图5示出了该反射特性(Sll)的仿真结果，并且共振频率是大约3.25GHzο如图6所示，不包括导体203的结构是由馈电点201、导体202和204、天线接地205以及电介质基板(FR4基板)206形成的天线。图7示出了该反射特性(Sll)的仿真结果，并且共振频率是大约6.25GHz。据此，在图2所示的双频带天线中，从导体202延伸到导体203的路径主要贡献低频侧的天线特性。此外，从导体202延伸到导体204的路径主要贡献高频侧的天线特性。
[0047](导体之间的距离和天线特性)
[0048]将说明导体203和204之间的距离与天线特性的改变之间的关系。图9A至9C示出了如下情况的反射特性的仿真结果:如图8所示，在双频带天线中，改变贡献高频侧的天线特性的导体204的长度a，以改变导体203和204之间的距离d。
[0049]图9A至9C中的仿真结果指示，距离d变得越短，高频侧和低频侧的共振频率转变为越低。因此，导体203和204之间的距离d变得越短，它们之间的耦合变得越强，并且高频侧和低频侧的共振频率能够转变为越低。在这种情况下，当关注图9A至9C中的2.4GHz带中的特性时，随着导体203和204之间的距离d变得越短，天线工作带宽变得越窄。注意，图2中的双频带天线的距离d是0.1mm。
[0050](耦合位置和天线特性)
[0051]接下来，将说明导体203和204耦合的耦合位置与天线特性的改变之间的关系。
[0052]如图10所示，改变导体204的长度b，以改变导体203和204的耦合位置。图1lA至IlC是示出当图10中的距离t改变为1.0mm,2.0mm和3.0mm时，反射特性的改变的曲线图。由图1lA至IlC明显得出，随着距离t增大，也就是说，随着导体203和204的耦合位置远离低频侧的第二导体203的开放端，2.4GHz带中的共振频率向低频的转变量减小。此夕卜，图1lA至IlC示出了随着距离t增大，2.4GHz带中的天线工作带宽变得更大。这被认为是因为在2.4GHz带中导体203和204之间的耦合变弱。也就是说，越靠近开放端的位置的耦合，越能够使共振频率转变为更低。注意，图2中的双频带天线的距离t是2.0mm。
[0053]相反，5GHz中的共振频率不发生大的改变。容易想到，即使t改变，导体204的开放端也保持包含在耦合位置中。然而，当距离t改变时，主要在5GHz带中工作的从导体202延伸到导体204的路径改变。由于路径长度的改变，5GHz带中的特性轻微变化。
[0054]如上所述，通过改变t，能够极大改变2.4GHz带中的工作频率，而不大幅改变5GHz带中的工作频率。
[0055](耦合部分的长度和天线特性)
[0056]接下来，将说明导体203和204耦合的耦合部分的长度与天线特性的改变之间的关系。在该描述中，如图12所示，改变导体204的长度C，以改变导体203和204的耦合部分的长度。此外，示出了这种情况下的天线特性。图13A至13C是示出图12中的耦合部分的长度c改变为1.5mm、2.5mm和3.5mm时的反射特性的曲线图。图13A至13C示出了随着长度c变得越大，共振频率转变为越低。也就是说，随着导体203和204的耦合部分的长度变得越大，导体203和204之间的耦合变得越强。随着耦合变得越强，共振频率转变为越低。当关注2.4GHz带中的特性时，随着导体204的长度c变得越大，天线工作带宽变得越窄。然而，当长度c改变时，主要在5GHz带中工作的从导体202延伸到导体204的路径极大改变。因此，认为在5GHz带中的特性中，路径长度的改变与耦合部分的长度的改变一起影响共振频率。注意，图2中的双频带天线的长度c是2.5mm。
[0057]在图12中，即使导体204的长度c增大，并且导体204的开放端超过导体203的开放端，导体203相对于导体204的耦合部分长度和耦合位置也不改变。在这种情况下，
2.4GHz带中的工作频率不发生大的改变。然而，导体204相对于导体203的耦合位置超过了开放端，耦合位置发生了改变。导体204的路径长度也发生了改变。通过利用这一点，能够调整5GHz带中的工作频率。然而，如果简单地改变长度C，则工作频率可能由于与天线接地205的耦合的改变，而在高频侧和低频侧发生变化。
[0058]如上所述，随着导体203和204之间的耦合变得更强，与各个导体相对应的天线工作频率转变为更低。本实施例描述了能够使用导体之间的距离、要耦合的导体之间的位置关系和耦合部分的长度中的至少一个来调整耦合强度。
[0059]通常来说，随着工作频率变得越低，天线具有越大的尺寸(长度)。根据本实施例，低频侧和高频侧的共振频率依据两个导体之间的耦合而转变为低。通过耦合，天线能够获得与较大的天线的共振频率相同的共振频率。通过使用这种效果，根据本实施例的天线能够实现天线的尺寸减小，并且能够在5GHz工作带中确保比需要的工作带大得多的工作带。已知将用作基本天线的单极天线的天线长度设置为工作频带中的波长的大约1/4。然而，根据本实施例的双频带天线能够将导体202和203的长度的总和设置为小于低频侧的工作频率的波长的1/4，并且将导体202和204的长度的总和设置为小于高频侧的工作频率的波长的1/4。注意，这里提及的“波长”是构成天线的空间中的波长。例如，当在自由空间中构成天线时，该波长是自由空间中的波长。当在无限大电介质中构成天线时，该波长是电介质中的波长。当与本实施例中相同，在电介质基板上构成天线时，该波长是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。
[0060]在实际天线设计中，如上所述，通过调整导体203和204之间的距离以及导体203和204的耦合部分的长度和位置，来调整耦合强度。由此，能够调整2.4GHz和5GHz带中的阻抗，使得能够以高自由度进行设计。在这种情况下，当加强耦合，以使共振频率转变为更低时，天线工作带宽可能变窄。因此，在进行设计时在满足需要的天线工作带宽的同时减小天线的尺寸很重要。如果天线区域变窄，以进一步缩短天线区域的短边，则导体203和204靠近馈电点201附近的天线接地205，并且可能与天线接地205耦合，从而影响天线特性。然而，在根据本实施例的天线结构中，即使天线区域的短边变得更短，导体203和204的开放端也平行地布置在与馈电点201附近的天线接地205 —定距离处。因此，根据本实施例的天线抑制了与天线接地205的f禹合。
[0061]在根据本实施例的双频带天线中，从馈电点201朝向导体203的开放端的方向和从馈电点201朝向导体204的开放端的方向相同或者几乎相同。能够在不干扰其他天线导体的情况下容易地改变耦合部分的长度和位置，因此能够进一步提高设计自由度。
[0062]如上所述，图2所示的双频带天线的结构使得能够调整在导体203和204之间产生的耦合的强度，并且获得希望的天线特性。其结果是，能够实现具有高设计自由度的紧凑型薄断面双频带天线。
[0063]还能够通过图2所示的形状之外的形状，来实现根据本实施例的双频带天线。例如，图14是示出在与图2中的基板不同的基板上设计的双频带天线的正视图。在图14的示例中，电介质基板(FR4基板)的相对介电常数是4.4。电介质基板(FR4基板)上的不存在天线接地的部分是天线区域。天线区域的形状不是矩形。在图14中描述了天线区域的尺寸，短边的最大长度是8_，并且长边的长度是11.5_。在图14中，与图2类似，黑色部分表示导体，并且阴影部分表示天线接地。在双频带天线的各个导体和天线接地上形成保护层。包括电介质基板、导体和保护层全部的基板的厚度是0.7675mm。
[0064]图15是示出图14中的双频带天线的反射特性(Sll)的仿真结果的曲线图。如图15所示，图14中的双频带天线能够获得如下反射特性:在2.4GHz带中反射特性等于或低于_6dB的带宽是大约120MHz，并且在5GHz带中反射特性等于或低于-1OdB的带宽是大约
1.2GHzο因此，图14中的双频带天线能够确保比在IEEE802.lla/b/g/n中使用的2.4GHz和5GHz频带两者中要求的工作带宽宽得多的工作带宽。也就是说，如图14所示的形式的双频带天线能够作为在IEEE802.lla/b/g/n中使用的天线工作。
[0065]虽然本实施例描述了在IEEE802.lla/b/g/n中使用的2.4GHz和5GHz带中工作的双频带天线，但是能够类似地设计其它频带中的双频带天线。本实施例描述了具有两个工作频带的双频带天线，但是通过增加天线导体的数量，能够构成在更大数量的工作频带中工作的多频带天线。更具体来说，描述了天线包括两个第二导体203和204的示例，但是通过将第二导体的数量增加到三个或更多个，能够实现多频带天线。在这种情况下，耦合形成多频带天线的多个第二导体中的两个，由此获得与在第二导体的数量为2的情况下相同的效果。例如，即使多个第二导体在一个耦合部分耦合，也能够获得与在两个导体之间耦合时相同的效果。
[0066]在本实施例中，通过在FR4基板上形成的图案来实现双频带天线。然而,双频带天线可以由片材金属或导线、或者诸如陶瓷的高电介质元件中的导线形成。至于对本实施例中的双频带天线的馈电，在本实施例中仅描述了馈电点，而未详细描述到馈电点的馈线。然而，不特别限制馈线，例如，馈线可以是以微带线、槽线或共面线为代表的平面电路，或者可以是诸如共轴线或导波管的用于传输电磁波的传输线。
[0067]在本实施例中，导体203和204沿相同或者几乎相同的方向从馈电点201朝向各自的开放端延伸，并且平行或者几乎平行地布置导体203和204。然而，导体203和204不限于此。使导体203和204彼此部分耦合，并且将它们布置在即使改变耦合部分的长度或者位置也不干涉其他天线导体的位置即可。例如，确保导体203和204之间的距离等于或小于预定值的区域，作为耦合部分。在该部分，例如，至少导体203或者204具有波浪或者曲线形状。
[0068]此外，在这种情况下，不将从馈电点朝向导体203和204的开放端的方向设计为在整体上彼此相反。也就是说，至少在耦合部分的一部分处，由通过导体的中心的线上的从馈电点朝向导体203和204的开放端的方向确定的对各个导体203和204的两个矢量的内积，被设置为正值。内积的正值意味着由两个导体延伸的方向定义的角度小于90° ,并且两个导体沿几乎相同的方向延伸。由于在耦合部分处从馈电点朝向两个导体的开放端的方向不相反，因此分别形成两个天线元件的两个导体的形状的设计自由度大大提高。换句话说，两个天线的形状几乎不限制彼此的长度，并且能够提高天线的设计自由度。
[0069]在本实施例中，导体203和204在它们的开放端附近耦合，但是耦合部分可以是开放端附近之外的部分。也就是说，导体203和204可以不在它们的端部，而在其他部分耦合。这能够进一步提高设计自由度。
[0070]〈〈第二实施例》
[0071]第一实施例描述了具有图2和14中的结构的双频带天线。在第二实施例中，能够通过设计在第一实施例中描述的双频带天线的导体203的形状，来增大导体203和204之间的距离d。能够加宽低频侧的天线特性。
[0072]图16是示出在第二实施例中使用的双频带天线的正视图。图16所示的电介质基板(FR4基板)1606、天线接地1605和保护层与第一实施例中相同。包括电介质基板、导体和保护层全部的基板的厚度也与第一实施例中相同，为0.878mm。在图16的结构中，与第一实施例不同的是，导体1603具有弯曲线形状。通过将天线形成为弯曲线形状，导体1603的路径长度能够变得比图2中的导体203的路径长度更大。与第一实施例中所描述的相同，随着图2中的导体203和204之间的耦合变得更强，天线工作频率转变为更低。随着天线的导体的路径长度变得更大，天线工作频率转变为更低。
[0073]在第二实施例中，将图16中的导体1603形成为弯曲线形状，使得导体的路径长度变得比图2中的导体203的路径长度更大。因此，与图2中的天线的低频侧的工作频率相t匕，低频侧的工作频率降低。在图16中，用于降低低频侧的工作频率的导体1603和1604之间的耦合可以比图2中的导体203和204之间的耦合更弱。由于该原因，在第二实施例中，将图16中的导体1603和1604之间的距离d设置为0.15mm。
[0074]图17示出了图16所示的双频带天线的反射特性(Sll)的仿真结果。根据示出在第一实施例中描述的图2中的天线特性的图3与示出图16中的天线特性的图17之间的比较，在2.4GHz和5GHz带中，反射特性等于或低于_6dB的带宽几乎相同。在图3和17两者中，低频侧的共振频率展示了几乎相同的特性。
[0075]如上所述，图2中的导体203和204之间的距离d是0.1mm，而图16中的导体1603和1604之间的距离d是0.15mm。如图16所示，即使通过将导体1603形成为弯曲线形状增大了导体之间的距离d，也能够获得与具有图2的结构的双频带天线几乎相同的低频侧的特性。如上所述，导体之间的距离d确定耦合强度，并且还确定天线工作频率。图2中的导体之间的距离d是0.1mm，是非常短的距离。在制造双频带天线时，这可能导致天线特性的误差。因此，与第二实施例中相同，通过增大导体之间的距离d，使设计变得容易。
[0076]在图16的天线中，导体1604没有弯曲线形状，耦合比在图2中弱，并且与图3相t匕，高频侧的共振频率保持高。然而，也能够通过类似地将导体1604形成为弯曲线形状，来降低高频侧的共振频率。与第二实施例中相同，通过使用弯曲线形状来降低共振频率，能够提高耦合的导体之间的距离d的自由度，从而方便设计。
[0077]图18是示出像图16中的双频带天线一样，使用弯曲线形状来进一步调整各个导体的长度和位置时的双频带天线的正视图。图18中的导体1803和1804之间的距离d是
0.4mm。图19示出了图18所示的双频带天线的反射特性(Sll)的仿真结果。
[0078]根据图3和19之间的比较，在图2的天线结构中，在2.4GHz带中能够获得_6dB或更小的反射特性的带宽是大约100MHz，但是在图18的天线结构中，该带宽增大为大约180MHz。与第一实施例中所描述的相同，随着耦合变弱，天线工作带变宽。与图2中的天线结构相比，如在根据第二实施例的图18中，通过将导体1803形成为弯曲线形状，能够使两个导体1803和1804之间的耦合变弱。其结果是，2.4GHz带中的天线工作带能够变宽。
[0079]虽然在第二实施例中，仅导体1803具有弯曲线形状，但是通过仅将导体1804或者将导体1803和1804两者形成为弯曲线形状，也能够获得与上述效果相同的效果。在第二实施例中，作为增大导体的路径长度的方法，将导体形成为弯曲线形状。然而，只要能够增大路径长度，导体可以具有其他形状。
[0080]〈〈第三实施例》
[0081]当将天线组装在电子设备的主体中时，天线特性在电子设备的主体的元件的影响下发生变化。这也能够根据当使具有比空气大的介电常数的元件靠近天线时，天线工作频率转变为低的事实明显看出。
[0082]当将天线组装在电子设备的主体中时，天线工作频率转变，因此需要调整天线特性。例如，对于仅具有一个工作频带的天线，能够通过连接到天线的匹配电路，来调整组装到主体中时的天线特性的转变。然而，当将双频带天线组装在电子设备的主体中时，天线特性在低和高两个工作频带中都转变，并且需要在两个频带中调整天线特性。
[0083]第三实施例将说明当将在第一实施例中描述的双频带天线组装在电子设备的主体中时,对变化的天线特性的调整。
[0084]与第一实施例类似，在第三实施例中描述的双频带天线是在IEEE802.lla/b/g/n中使用的2.4GHz和5GHz频带两者中工作的双频带天线。与第一实施例类似，该双频带天线具有如图2所示的结构，并且如图3所示，在2.4GHz和5GHz带中工作。在高频侧(5GHz带)，确保了比需要的工作带宽大得多的工作带宽。
[0085]将说明将在第一实施例中描述的双频带天线组装在电子设备的主体中的情况。在这种情况下，2.4GHz和5GHz带中的天线工作频率在电子设备的主体的影响下转变。第三实施例将说明通过使电介质材料接触或者靠近图2所示的双频带天线并且附装该材料，来调整天线特性的方法。
[0086]在第三实施例中要附装的电介质材料是具有大于I的相对介电常数的电介质片材。将该电介质片材粘附到基板的图2所示的双频带天线的导体202至204和天线接地205存在的一侧的整个表面。该电介质片材具有0.2_的厚度和4.4的相对介电常数。图20是示出粘附了电介质片材的双频带天线的反射特性(Sll)的仿真结果的曲线图。
[0087]在示出在第一实施例中描述的没有粘附电介质片材的图2中的天线的天线特性的图3，与示出粘附了电介质片材的类似天线的天线特性的图20之间进行比较。
[0088]首先，针对2.4GHz带，对图3和20进行比较。共振频率在图3中的2.4GHz带的反射特性(Sll)中是大约2.46GHz，而在图20中的2.4GHz带的反射特性(Sll)中是大约2.24GHz。这表明，在粘附电介质片材后，2.4GHz带中的共振频率转变为低。然后，针对5GHz带，对图3和20进行比较。共振频率在图3中的5GHz带的反射特性(Sll)中是大约
5.7GHz，而在图20中的5GHz带的反射特性(Sll)中是大约5.45GHz。这表示，在粘附电介质片材后，5GHz带中的共振频率也转变为低。
[0089]通过对天线粘附电介质片材，能够缩短天线附近的电磁波的波长，并且能够使共振频率转变为低。能够通过电介质片材的相对介电常数、厚度和面积中的至少一个，来控制缩短电磁波的波长的比率。当电介质片材的相对介电常数增大时，天线的共振频率进一步转变为低。当电介质片材的厚度增大时，天线的共振频率进一步转变为低。当增大电介质片材的面积，以增大对天线粘附电介质片材的面积时，天线的共振频率进一步转变为低。
[0090]如上所述，当使用用于使例如2.4GHz带中的共振频率转变为低的、覆盖整个天线的电介质片材时，即使5GHz带中的共振频率，也转变为低。然而，根据本实施例的双频带天线确保了比需要的工作带宽大得多的高频侧(5GHz带)的工作带宽。该天线足以在无线LAN的使用带宽处作为天线工作。即使在粘附电介质片材后，高频侧(5GHz带)的工作频率转变为低，这在实际使用中也很难引起问题，因为该双频带天线确保了非常大的工作带宽。
[0091]当双频带天线中的一个带(该示例中的高频侧)的工作带宽比要求的工作带宽大得多时，可以通过仅关注其他带(低频侧)中的天线特性，来调整组装到主体中后的天线特性的变化。即使当能够将如图2所示的双频带天线结构组装到多个型号的电子设备中，并且天线特性变化时，通过使用电介质片材仅调整2.4GHz带中的特性，也能够与设备无关地实现合适的天线特性。在维持组装到产品中后的天线特性的同时，能够减少天线时间的开发工时，并且能够容易地使组装到主体中后的天线特性最优化。
[0092]与第一实施例中所描述的相同，已知在图2所示的双频带天线中，从导体202延伸到导体203的路径主要贡献低频侧的天线特性。还已知从导体202延伸到导体204的路径主要贡献高频侧的天线特性。考虑到此，可以根据要使工作频率转变为低的频带，来选择粘附电介质片材的部分。相应地，能够更有效地进行调整。例如，当要使2.4GHz带中的工作频率转变为低时，可以不对整个天线，而在图2中的导体202和203附近粘附电介质片材。此外，即使在如图14、16或18所示的天线中，也通过相同的方法来调整2.4GHz带中的工作频率，并且能够在整个天线中适当地调整工作频率。
[0093]虽然第三实施例描述了对基板的整个表面粘附片材状电介质材料的情况，但是电介质片材可以是具有大厚度的电介质材料。此外，不仅能够通过对天线粘附电介质片材和电介质材料，还能够通过将它们布置为在预定距离内彼此间隔开，来调整天线特性。当通过将天线中的电介质片材和电介质材料布置为在预定距离内彼此间隔开、来调整天线特性时的预定距离，取决于天线工作的频率。当将预定距离设置为大约IOmm或更小时，能够在如本实施例这样的2.4GHz和5GHz带中工作的用于无线LAN的双频带天线中，高效地调整天线特性。
[0094]〈〈第四实施例》
[0095]在上述实施例中，所有导体都布置在电介质基板(FR4基板)的同一平面上。相反，在根据第四实施例的双频带天线中，将导体布置在电介质基板(FR4基板)的两个表面上，并且将第二导体的耦合部分配置为经由电介质基板(FR4基板)彼此相面对。例如，在耦合部分，在第一平面上形成两个第二导体中的一个，并且在与第一平面不同的第二平面上形成另一个。这时，第一平面是电介质基板的正面，第二平面是电介质基板的背面。例如，第一平面是多层基板的第一和第二层之间的平面，第二平面是多层基板的第二和第三层之间的平面。在这种结构中，两个第二导体例如布置在它们经由电介质基板彼此相面对的位置。将两个导体之间的距离设置为等于或短于预定距离，并且耦合这些导体。除了这种结构之外，还将说明能够通过耦合部分的线宽来调整耦合量，并且能够在不需要高制造精度的情况下制造具有这种结构的天线。
[0096]图21A是示出根据第四实施例的双频带天线的正视图。图21B是透视图。在该双频带天线中，电介质基板(FR4基板)2106、天线接地2105和保护层与第一实施例中相同。包括电介质基板、导体和保护层全部的基板的厚度也与第一实施例中相同，为0.878mm。在该双频带天线的结构中，与第一实施例不同的是，在电介质基板的相面对的表面上形成两个第二导体2103和2104。更具体来说，例如，如图21B所示，在与第一导体2102相同的电介质基板的表面上形成导体2104，并且在电介质基板的相面对的表面上形成导体2103。如图21A和21B所示，以当从与基板表面垂直的方向看时彼此重叠的方式，形成作为两个导体2103和2104的稱合部分的开放端部分。在与形成导体2104的表面相面对的表面上形成的导体2103，通过通路2107连接到馈电点2101和第一导体2102。
[0097]在这种结构中，能够通过导体2103和2104的耦合部分的线宽W，来调整导体2103和2104之间的耦合的强度。将说明包括两个导体2103和2104的耦合部分的导体的线宽与天线特性的改变之间的关系。
[0098]图22k至22C是示出当包括图2IA中的两个导体2103和2104的耦合部分的导体的线宽w改变为0.3mm、0.6mm和0.9mm时，反射特性的仿真结果的曲线图。图22B中的特性是当将导体的线宽w设置为0.6mm,并且调整各个导体的长度，使得该双频带天线在无线LAN的使用带宽处工作时获得的反射特性。图22A和22C示出了当将各个导体的长度固定到在图22B的仿真中使用的值，并且将导体的线宽w分别调整为0.3mm和0.9mm时获得的反射特性。
[0099]图22A至22C表明，随着线宽w变得更大，共振频率转变为更低。也就是说，随着导体2103和2104的耦合部分的线宽变得更大，在耦合部分处它们之间的耦合变得更强。随着耦合变得更强，共振频率转变为更低。当关注2.4GHz和5GHz带中的特性时，随着两个导体2103和2104的线宽w变得更大，天线工作带宽变得更窄。
[0100]在图21A和21B的结构中，第二导体2103形成在与电介质基板的形成馈电点2101、第一导体2102和第二导体2104的表面相面对的表面上。然而，双频带天线不限于这种结构。例如，只要能够通过改变包括耦合部分的导体的线宽，来调整耦合特性，可以使用如图23A和23B所示的结构。[0101]图23A和23B分别是例示根据第四实施例的双频带天线的另一结构的正视图和透视图。该双频带天线中的电介质基板(FR4基板)2306、天线接地2305和保护层与第一实施例中相同。包括电介质基板、导体和保护层全部的基板的厚度也与第一实施例中相同，为
0.878mm。与图21B所示的导体2103不同的是,在该双频带天线中，不在电介质基板的相面对的表面上形成贡献低频侧的天线特性的整个导体。而是在电介质基板的相面对的表面上形成包括耦合部分的导体的一部分。如图23B所示，以当从与基板表面垂直的方向看时彼此重叠的方式，形成作为两个第二导体2303和2304的耦合部分的开放端部分。通过通路2307连接横跨两个表面形成的导体2303的连接部分。
[0102]将参照图24A至24C说明即使在这种结构中，也能够通过耦合部分的线宽W，来调整两个导体2303和2304之间的耦合的强度。图24A至24C是示出当包括图23A和23B中的两个导体2303和2304的耦合部分的导体的线宽w改变0.3mm、0.6mm和0.9mm时，反射特性的仿真结果的曲线图。图24B中的特性是当将导体的线宽w设置为0.6mm，并且调整各个导体的长度，使得该双频带天线在无线LAN的使用带宽处工作时获得的反射特性。图24A和24C示出了当将各个导体的长度固定到在图24B的仿真中使用的值，并且将导体的线宽w分别调整为0.3mm和0.9mm时获得的反射特性。
[0103]图24A至24C示出了即使在图23A和23B的双频带天线中，随着线宽w变得更大，共振频率也转变为更低。当关注2.4GHz和5GHz带中的特性时，随着两个导体2303和2304的线宽w变得更大，天线工作带宽变得更窄。也就是说，即使在图23A和23B的结构中，也与图21A和21B的结构类似，随着w变得更大，耦合部分的耦合变得更强。
[0104]如上所述，作为根据第四实施例的双频带天线的特征，为了通过耦合部分的线宽调整耦合强度，仅需要在电介质基板的两个表面上形成两个导体，使得它们的耦合部分彼此相面对。为了获得与上述效果相同的效果，例如，可以在图21A和21B中反转两个第二导体2103和2104之间的位置关系。更具体来说，可以在电介质基板的同一表面上形成馈电点2101、第一导体2102和第二导体2103,而在相面对的表面上形成另一第二导体2104。作为另选方案，在图21A和21B中，可以在电介质基板的相面对的表面上仅形成两个导体2103和2104的耦合部分。
[0105]在根据第四实施例的双频带天线中，与第一实施例中描述的结构不同，不需要导体之间的距离d是小的值。在第一实施例中，导体之间的距离d确定耦合强度，并且还确定天线工作频率。因此，导体之间的距离d的误差有时影响天线特性。在第一实施例中描述的结构中，例如，图2所示的双频带天线中的导体之间的距离d的值是0.1_。在一些情况下，为了调整导体之间的耦合的强度，导体之间的距离d的值变得非常小。为了准确地确保导体之间的短距离，需要高精度的制造工艺。然而，在根据第四实施例的双频带天线中，能够通过耦合部分的线宽w来调整导体之间的耦合的强度。因此，能够在不减小导体之间的距离d的值的情况下，通过耦合部分的线宽《，来调整耦合强度。能够通过精度比用于在第一实施例中描述的双频带天线的制造工艺低的制造工艺，来相对容易地制造根据第四实施例的双频带天线。
[0106]在第四实施例中，在电介质基板的两个表面上形成两个导体的耦合部分。说明该电介质基板的效果。与第一和第二实施例中所描述的相同，两个第二导体的耦合部分之间的距离极大影响耦合强度。此外，在第四实施例的结构中，也认为导体之间的距离影响耦合强度，并且也影响天线特性。因此，根据第四实施例的双频带天线有时需要具有能够维持在耦合部分处导体之间的预定距离的结构。
[0107]当不在电介质基板上形成，而例如在空闲空间中配置天线的导体时，天线的导体不具有保持形状的结构。因此，导体可能由于在制造中与导体接触、老化等原因而变形，并且对天线特性的影响严重的在耦合部分处导体之间的距离也可能改变。然而，当与第四实施例中相同，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时，在耦合部分处导体之间的距离保持在电介质基板的厚度。由于该原因，与不存在电介质基板的情况相比，能够减少削弱天线特性的因素的数量。
[0108]电介质基板具有集中电磁场的效果。当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时，在耦合部分之间产生的电磁场变得比在没有电介质基板时大。由于电磁场集中在两个导体的耦合部分，因此与不存在电介质基板的情况相比，根据第四实施例的双频带天线能够加强在作为耦合部分的两个导体之间产生的耦合。由于能够在不增大导体的线宽的情况下加强耦合，因此与不存在电介质基板的情况相比，能够进一步减小根据第四实施例的双频带天线的尺寸。
[0109]能够通过从无线模块基板的各个层中去除导体，以确保天线区域，并且在天线区域中进行印刷，来在电介质基板上制作天线。这方便了上述天线的制作，并且与通过折叠金属板而构成的天线相比，能够以更低的成本制造天线。由于在电介质基板上形成的天线的厚度等于电介质基板的厚度，因此整个天线不需要比电介质基板的厚度大的厚度。上述结构使得能够在不使天线比电介质基板厚的情况下，在形成无线模块基板的电介质基板上形成天线。能够实现天线几乎不突出的结构。
[0110]上述实施例说明了分别在电介质基板的两个表面上形成具有耦合部分的两个第二导体的情况。然而，本发明不限于此。例如，当电介质基板具有多层结构时，通过在不同层上形成两个导体的耦合部分，能够获得与上述效果相同的效果。也就是说，两个导体的耦合部分彼此相面对即可，并且可以不将它们形成在电介质基板的两个表面上，而形成在它们能够彼此相面对的不同层上。在这种情况下，与第一实施例类似，通过增加天线导体的数量，能够实现在更大数量的工作频带中工作的多频带天线。通过根据需要在具有多层结构的电介质基板的不同层上形成各个导体的耦合部分，并且将它们耦合，能够获得与上述效果相同的效果。在上述实施例中，具有耦合部分的两个导体的线宽相等，但也可以不同。
[0111]在上述实施例中，当从与基板表面垂直的方向看时，具有耦合部分的两个导体彼此重叠，但是只要发生耦合，两个导体可以彼此不重叠。例如，两个导体的耦合部分可以缠绕在一起。还可以两个导体的耦合部分彼此部分重叠，而其余部分彼此不重叠。
[0112]即使在第四实施例中描述的结构中，与第二实施例类似，导体也可以形成为弯曲线形状。即使在第四实施例中描述的结构中，与第三实施例类似，也可以粘附电介质片材和电介质材料，或者使它们彼此靠近，以调整天线工作频率。
[0113]在当从与电介质基板的表面垂直的方向看时，天线接地的表面和天线的导体彼此重叠的结构中，在电磁波从天线的导体向天线接地的表面行进的方向上，发射的电磁波可能被天线接地的表面阻挡，而使得强度衰减。当在电子设备中安装无线通信功能时，与电子设备通信的对方设备所在的位置不总是恒定的。因此，如果电磁波的强度依据方向而极大减弱，则可能变得难以与对方设备进行通信。然而，根据第四实施例的天线具有天线接地的表面和天线的导体彼此不重叠的天线结构。能够与方向无关地均匀发射从天线发射的电磁波。
[0114]本发明能够提供能够容易地满足工作频率要求的紧凑型多频带天线。
[0115]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、等同结构及功能。
【权利要求】
1.一种多频带天线，其在多个频带中工作，所述多频带天线包括: 馈电点； 第一导体，其连接到所述馈电点；以及 至少两个第二导体，其从所述第一导体分支出，具有线性形状，并且包括作为与所述第一导体相对的一侧的端部的开放端， 其中，所述第二导体的所述开放端以与形成所述天线的区域的各个边中最靠近所述馈电点的边基本平行的方式朝向基本相同的方向， 所述第二导体包括在与所述边平行的部分处所述导体之间的距离为第一距离的部分、以及该距离是比所述第一距离短的第二距离的另一部分，并且 所述第二导体至少在所述另一部分处电磁耦合。
2.根据权利要求1所述的多频带天线，其中，所述第二导体具有不同的长度，并且具有所述第二导体贡献的不同的工作频率。
3.根据权利要求2所述的多频带天线，其中，所述第二导体中的一个第二导体的工作频率是2.4GHz带，并且另一个第二导体的工作频率是5GHz带。
4.根据权利要求2所述的多频带天线，其中，所述第二导体中的一个第二导体的长度与所述第一导体的长度的总和，小于所述一个第二导体贡献的工作频率处的波长的1/4。
5.根据权利要求2所述的多频带天线，其中，包括所述第二导体中的要减小所贡献的工作频率的一个第二导体的开放端，作为所述另一部分。
6.根据权利要求1所述的多频带天线，其中，所述至少两个第二导体中的至少一个第二导体具有弯曲线形状。
7.根据权利要求1所述的多频带天线，其中，所述多频带天线形成在平面上。
8.根据权利要求1所述的多频带天线，其中，在所述另一部分，所述至少两个第二导体中的一个第二导体被布置在第一平面上，并且所述至少两个第二导体中的另一个第二导体被布置在与所述第一平面不同的第二平面上。
9.根据权利要求8所述的多频带天线，其中，所述第一平面是形成所述多频带天线的基板的正面，并且所述第二平面是所述基板的背面。
10.根据权利要求8所述的多频带天线，其中，所述第一平面是形成所述多频带天线的多层基板的第一层与第二层之间的平面，并且所述第二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所述的多频带天线，其中，所述基板包括电介质基板。
12.根据权利要求8所述的多频带天线，其中，所述至少两个第二导体中的布置在所述第一平面上的一个第二导体、以及所述至少两个第二导体中的布置在所述第二平面上的另一个第二导体，被布置在所述另一部分中的所述至少两个第二导体彼此相面对的位置。
13.根据权利要求1所述的多频带天线，所述多频带天线还包括电介质材料，所述电介质材料具有大于1的相对介电常数，并且被布置为以与所述多频带天线接触或与其相距预定距离的方式附装。
14.根据权利要求13所述的多频带天线，其中，所述电介质材料包括电介质片材，并且所述电介质材料被粘附到整个所述多频带天线。
15.根据权利要求13所述的多频带天线，其中，所述电介质材料被布置为以仅与所述第二导体中的要使工作频率转变为低的一个第二导体接触或与其相距预定距离的方式附装。
16.根据权利要求1所述的多频带天线，其中，以将所述第二导体的开放端中的至少一个开放端与天线接地之间的距离设置为不大于预定长度的方式，布置所述天线接地。
【文档编号】H01Q5/01GK103579764SQ201310336942
【公开日】2014年2月12日 申请日期:2013年8月5日 优先权日:2012年8月8日
【发明者】志村元 申请人:佳能株式会社