天線設(shè)備的制作方法
【專利摘要】公開了一種天線設(shè)備。本發(fā)明的目的是提供一種具有減小尺寸的天線設(shè)備。該天線設(shè)備包括：接地平面，在平面視圖中具有矩形形狀；以及四個倒F型天線元件，放置在接地平面的表面上并且以在平面視圖中相對于接地平面的中心點對稱的方式來布置，其中，四個倒F型天線元件中的每個均包括：短帶，從主帶的一端延伸到短端v；饋電帶；開放帶，從主帶的另一端朝向開放端延伸至以低于第一高度的第二高度放置的位置；以及末端帶，從開放帶的遠(yuǎn)端延伸到開放端并且以第二高度平行于接地平面放置。
【專利說明】天線設(shè)備

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]這里討論的實施例涉及一種天線設(shè)備。

【背景技術(shù)】
[0002]傳統(tǒng)地，存在包括第一輻射元件和第二輻射元件的平面倒F型天線，該第二輻射元件平行于接地平面放置并且沿著第一輻射元件的縱向延伸。第二輻射元件比第一輻射元件短。第二輻射元件以使得第二輻射元件在饋電點附近大大加寬第一輻射元件的寬度的方式來設(shè)置(例如，參見專利文獻(xiàn)1)。
[0003]盡管傳統(tǒng)的平面倒F型天線具有低的輪廓并且實現(xiàn)了較寬的帶寬，但是沒有進(jìn)行用于減小尺寸的優(yōu)化。
[0004]本發(fā)明的目的是提供一種具有減小尺寸的天線設(shè)備。
[0005][現(xiàn)有技術(shù)參考文獻(xiàn)]
[0006][專利文獻(xiàn)]
[0007][專利文獻(xiàn)1]日本專利早期公開第2012-231219號


【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]根據(jù)實施例的一方面，提供了一種天線設(shè)備，該天線設(shè)備包括:接地平面，在平面視圖中具有矩形形狀；以及四個倒F型天線元件，放置在接地平面的表面上、并且以在平面視圖中相對于接地平面的中心點對稱的方式來布置，這四個倒F型天線元件分別包括連接到接地平面的短端和設(shè)置在短端的相對側(cè)的開放端，其中，四個倒F型天線元件中的每個均包括:主帶，設(shè)置在短端與開放端之間、并且以第一高度平行于接地平面放置；短帶，從主帶的一端延伸到短端；饋電帶，從主帶的中間點延伸到接地平面以及具有在遠(yuǎn)端的饋電點；開放帶，從主帶的另一端朝向開放端延伸至以低于第一高度的第二高度放置的位置；以及末端帶，從開放帶的遠(yuǎn)端延伸到開放端并且以第二高度平行于接地平面放置。
[0009]本發(fā)明的效果
[0010]提供了具有減小尺寸的天線設(shè)備。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0011]圖1是示出實施例的天線設(shè)備的傾斜透視圖，
[0012]圖2A是以傾斜透視圖示出實施例的天線設(shè)備100的圖，
[0013]圖2B是以平面視圖示出實施例的天線設(shè)備100的圖，
[0014]圖3是示出作為最終產(chǎn)品的天線設(shè)備的配置的示例的圖，
[0015]圖4是示出設(shè)置在天線設(shè)備的基板的底表面上的混合RF裝置的圖，
[0016]圖5A是以傾斜透視圖示出實施例的天線設(shè)備100的天線元件110A的圖，
[0017]圖5B是以側(cè)視圖示出實施例的天線設(shè)備100的天線元件110A的圖，
[0018]圖6A是示出比較示例的天線元件10的圖，
[0019]圖6B是示出本實施例的天線元件110A和比較示例的天線元件10的SI, 1參數(shù)的頻率特性的圖，
[0020]圖7是示出本實施例的天線設(shè)備的電場分布的圖，
[0021]圖8A是示出實施例的天線設(shè)備100的S參數(shù)的圖，
[0022]圖8B是示出實施例的天線設(shè)備100的史密斯圖的圖，
[0023]圖9A是示出實施例的天線設(shè)備100的方向性(3D輻射圖案)的圖，
[0024]圖9B是示出實施例的天線設(shè)備100的方向性(AR圖案)的圖，
[0025]圖10A是示出實施例的天線設(shè)備和比較示例的天線設(shè)備的電流分布的圖，
[0026]圖10B是示出實施例的天線設(shè)備和比較示例的天線設(shè)備的電流分布的圖，
[0027]圖10C是示出實施例的天線設(shè)備和比較示例的天線設(shè)備的電流分布的圖，
[0028]圖11是示出實施例的天線設(shè)備以上獲得的電場分布的圖，以及
[0029]圖12是示出本實施例的變型例的天線元件的圖。

【具體實施方式】
[0030]參照附圖，給出了天線設(shè)備的實施例的描述。
[0031]〈實施例〉
[0032]圖1是示出實施例的天線設(shè)備100的傾斜透視圖。在下文中，將通過使用XYZ坐標(biāo)系作為正交坐標(biāo)系來描述天線設(shè)備100。
[0033]天線設(shè)備100包括天線元件110A、110B、110C和110D，電容器120A、120B、120C和120D，以及接地平面150。
[0034]天線元件110A、110B、110C和110D設(shè)置在具有矩形形狀的接地平面150的頂表面上，并且分別沿著接地平面150的邊150A、150B、150C和150D布置。
[0035]天線元件110A至110D是平面倒F型天線元件并且具有彼此相同的配置。天線元件110A至110D以在平面視圖中相對于接地平面150的中心點對稱的方式來布置。
[0036]天線元件110A 至 110D 分別包括主帶 111A、111B、111C 和 111D，短帶 112A、112B、112C 和 112D，饋電帶 113A、113B、113C 和 113D，開放帶 114A、114B、114C 和 114D,以及末端帶 115A、115B、115C 和 115D。
[0037]短帶112A至112D分別經(jīng)由電容器120A至120D連接到接地平面150。因此，交流電流可以在短帶112A至112D與接地平面150之間流動。
[0038]饋電點113A1、113B1、113C1和113D1位于末端部分，這些末端部分位于饋電帶113A至113D的Z軸方向上的負(fù)側(cè)。
[0039]開放帶114A至114D和末端帶115A至115D分別連接到主帶111A至111D。末端帶115A至11?的遠(yuǎn)端分別構(gòu)成開放端。
[0040]關(guān)于天線元件110A，短帶112A經(jīng)由電容器120A連接到接地平面150，饋電點131A1設(shè)置在饋電帶113A的遠(yuǎn)端，并且末端帶115A的遠(yuǎn)端構(gòu)成開放端。因此，天線元件110A構(gòu)成倒F型天線元件。
[0041]類似地，關(guān)于天線元件110B、110C和110D，短帶112B、112C和112D分別經(jīng)由電容器120B、120C和120D連接到接地平面150，饋電點131B1、113C1和113D1分別設(shè)置在饋電帶113B、113C和113D的遠(yuǎn)端，并且末端帶115B、115C和11?的遠(yuǎn)端分別構(gòu)成開放端。因此，天線元件110BU10C和110D分別構(gòu)成倒F型天線元件。
[0042]圖2A是以傾斜透視圖示出實施例的天線設(shè)備100的圖。圖2B是以平面視圖示出實施例的天線設(shè)備100的圖。圖2A是通過從如圖1所示的天線設(shè)備100省略了電容器120A至120D和饋電點113A1至113D1而獲得的。圖2B以平面視圖示出了天線元件110A至110D和接地平面150的布置。
[0043]如圖2B所示，天線元件110A至110D以使得主帶111A至111D的末端部分111A1、111B1U11C1和111D1位于靠近接地平面150的拐角部分151A、151B、151C和151D的方式來放置。
[0044]主帶111A至111D的末端部分111A2、111B2、111C2和111D2位于末端部分111A1至111D1的相對側(cè)。開放帶114A至111D分別連接到末端部分111A2至111D2。
[0045]關(guān)于天線元件110A至110D，短帶112A至112D和饋電帶113A至113D分別位于靠近接地平面150的拐角部分151A至151D。
[0046]在天線元件110A至110D中，短帶112A至112D和饋電帶113A至113D位于平面視圖中的順時針方向上的近側(cè)。
[0047]在天線元件110A至110D中，開放帶114A至114D和末端帶115A至11?位于平面視圖中的順時針方向上的遠(yuǎn)側(cè)。
[0048]因此，開放帶114A和末端帶115A位于靠近短帶112B和饋電帶113B。類似地，開放帶114B和末端帶115B位于靠近短帶112C和饋電帶113C。開放帶114C和末端帶115C位于靠近短帶112D和饋電帶113D。開放帶114D和末端帶11?位于靠近短帶112A和饋電帶 113A。
[0049]天線元件110A至110D以使得在平面視圖中主帶111A至111D的外側(cè)111A3、111B3U11C3和111D3分別對應(yīng)于接地平面150的邊150A、150B、150C和150D的方式來設(shè)置。
[0050]如上所述的天線設(shè)備100的天線元件110A至110D構(gòu)成了平面倒F型天線(PIFA)，并且用于讀取射頻識別(RFID)標(biāo)簽的標(biāo)識(ID)。
[0051]天線元件110A至110D具有實現(xiàn)了減小的相互耦合的配置，并且讀取彼此不同的RFID標(biāo)簽。
[0052]以此順序依次具有90度相位差的讀取信號被輸入到天線元件110A至110D的饋電點113A1至113D1。輸入到饋電點113B1至113D1的讀取信號的相位相對于輸入到饋電點113A1的讀取信號的相位被延遲90度、180度和270度。這里，360度對應(yīng)于讀取信號的一個周期。因此，天線元件110A至110D輻射以此順序依次具有90度相位差的讀取信號。
[0053]天線設(shè)備100通過使得天線元件110A至110D輻射以此順序依次具有90度相位差的讀取信號、向正z軸方向輻射圓形極化讀取信號。
[0054]例如，天線設(shè)備100可以如下來使用。如果連接到讀寫器的天線設(shè)備100的用戶用一只手持有天線設(shè)備100、并且操作讀寫器以使得天線設(shè)備100朝向附有RFID標(biāo)簽的物品輻射讀取信號，則讀寫器讀取RFID標(biāo)簽的ID。
[0055]由于天線設(shè)備100用于如上所述的目的，例如，優(yōu)選地減小天線設(shè)備100的尺寸以使得用戶可以一只手持有天線設(shè)備100。
[0056]接下來，將參照圖3描述作為最終產(chǎn)品的天線設(shè)備100的配置的示例。
[0057]圖3是示出作為最終產(chǎn)品的天線設(shè)備100的配置的示例的圖。
[0058]除了如圖1和圖2所示的元件之外，天線設(shè)備100還包括支柱130A1、130A2、130B1、130B2、130C1、130C2、130D1 和 130D2，基板 160 和蓋 170。
[0059]支柱130A1、130A2、130B1、130B2、130C1、130C2、130D1 和 130D2 由絕緣材料制成并且被設(shè)置用于將天線元件110A至110D支撐在接地平面150上。
[0060]支柱130A1和130A2分別將天線元件110A的末端部分111A2和第二帶115A2支撐在接地平面150上。類似地，支柱130B1和130B2分別將天線元件110B的末端部分111B2和第二帶115B2支撐在接地平面150上。支柱130C1和130C2分別將天線元件110C的末端部分111C2和第二帶115C2支撐在接地平面150上。支柱130D1和130D2分別將天線元件110D的末端部分111D2和第二帶115D2支撐在接地平面150上。
[0061]短帶112A至112D分別經(jīng)由電容器120A至120D在接地平面150上被固定到基板160。
[0062]饋電帶113A至113D分別在饋電點113A1至113D1處固定到基板160。
[0063]例如，除了支柱130A1、130A2、130B1、130B2、130C1、130C2、130D1 和 130D2 之外，由絕緣材料制成的支柱可設(shè)置在末端部分111A1至111D1與接地平面150之間。
[0064]否則，除了這些支柱之外或者取代這些支柱，可使用泡沫狀構(gòu)件(諸如聚氨酯泡沫)以便支撐天線元件110A至110D。
[0065]基板160可以是諸如印刷電路板或柔性基板的基板類型。印刷電路板的示例是阻燃4型(FR4)基板。柔性基板的示例的聚酰亞胺膜基板。接地平面150形成在基板160的頂表面上?；?60的頂表面位于Z軸方向上的正側(cè)。
[0066]混合RF裝置設(shè)置在基板160的底表面上。提供混合RF裝置以便將以此順序依次具有90度相位差的讀取信號輸入到饋電點113A1至113D1?；?60的底表面位于Z軸方向上的負(fù)側(cè)。將參照圖4描述混合RF裝置。
[0067]蓋170覆蓋除基板160和基板160上的蓋170之外的天線元件100的元件。蓋170是如下殼體類型:其由樹脂制成，并且以在Z軸方向上的負(fù)側(cè)具有方形開口的立方體形狀形成。
[0068]在該實施例中，支柱130A1、130A2、130B1、130B2、130C1、130C2、130D1 和 130D2 如上所述用于支撐天線設(shè)備100的天線元件110A至110D。
[0069]然而，天線元件100不限于如上所述的實施例。
[0070]例如，取代使用130A1、130A2、130B1、130B2、130C1、130C2、130D1 和 130D2，天線元件110A至110D可被形成在柔性基板上，并且如圖3所示的天線元件110A至110D的配置可通過使得柔性基板彎曲來實現(xiàn)。
[0071]圖4是示出設(shè)置在天線設(shè)備100的基板160的底表面上的混合RF裝置181、182和183的圖。
[0072]混合RF裝置181、182和183分別包括輸入端181A、182A和183A以及輸出端181B和 181CU82B 和 182C 及 183B 和 183C。
[0073]讀寫器的讀取信號被輸入到混合RF裝置181的輸入端181A?；旌蟁F裝置181將輸入到輸入端181A的讀取信號輸出到輸出端181B而不改變或偏移讀取信號的相位?；旌蟁F裝置181將輸入到輸入端181A的讀取信號的相位延遲180度并且將延遲的讀取信號輸出到輸出端181B而不改變或偏移讀取信號的相位。
[0074]因此，混合RF裝置181從輸出端181B和181C輸出具有180度相位差的兩個讀取信號。
[0075]混合RF裝置181的輸出端181C連接到混合RF裝置182的輸入端182A。其相位相對于從讀寫器輸出的原始讀取信號的相位被延遲了 180度的延遲讀取信號被輸入到輸入端182A。
[0076]混合RF裝置182將輸入到輸入端182A的讀取信號輸出到輸出單182B而不改變或偏移讀取信號的相位。混合RF裝置182將輸入到輸入端182A的讀取信號的相位延遲90度并且將延遲的讀取信號輸出到輸出端182C。
[0077]因此，混合RF裝置182從輸出端182B和182C輸出具有90度相位差的兩個讀取信號。
[0078]由于輸入到混合RF裝置182的讀取信號相對于從讀寫器輸出的原始讀取信號被延遲了 180度，因此從輸出端182B和182C輸出的讀取信號相對于原始讀取信號被延遲了180度和270度。
[0079]混合RF裝置182的輸出端182B和182C分別連接到饋電點113C1和113D1。
[0080]混合RF裝置181的輸出端181B連接到混合RF裝置183的輸入端183A。具有與從讀寫器輸出的讀取信號的相位相同的相位的讀取信號被輸入到輸入端183A。
[0081]混合RF裝置183將輸入到輸入端183A的讀取信號輸出到輸出端183B而不改變或偏移讀取信號的相位?；旌蟁F裝置183將輸入到輸入端183A的讀取信號的相位延遲90度并且將延遲的讀取信號輸出到輸出端183C。
[0082]因此，混合RF裝置183從輸出端183B和183C輸出具有90度相位差的兩個讀取信號。
[0083]由于輸入到混合RF裝置183的讀取信號具有與從讀寫器輸出的原始讀取信號的相位相同的相位，因此從輸出端183B和183C輸出的讀取信號相對于原始讀取信號被延遲0度和90度。
[0084]混合RF裝置183的輸出端183B和183C分別連接到饋電點113A1和113B1。
[0085]通過利用混合RF裝置181、182和183，可以將相對于從讀寫器輸出的原始讀取信號被延遲了 0度、90度、180度和270度的讀取信號分別輸入到饋電點113A1至113D1。
[0086]天線設(shè)備100通過使得天線元件110A至110D輻射以此順序依次具有90度相位差的讀取信號、向正Z軸方向輻射圓形極化讀取信號。
[0087]接下來，將參照圖5A和圖5B描述天線元件110A的詳細(xì)配置。
[0088]圖5A是以傾斜透視圖示出實施例的天線設(shè)備100的天線元件110A的圖。圖5B是以側(cè)視圖示出實施例的天線設(shè)備100的天線元件110A的圖。圖5B是從X軸的正側(cè)觀看的天線元件110A的側(cè)視圖。在圖5A和圖5B中，除了天線元件110A之外，還示出了電容器120A和接地平面150。
[0089]天線元件110A包括主帶111A、短帶112A、饋電帶113A、開放帶114A和末端帶115A。
[0090]主帶111A沿著接地平面150的邊150A在Y軸方向上延伸。主帶111A平行于接地平面150。換言之，主帶111A平行于X-Y平面。
[0091]位于主帶111A的Y軸方向上的負(fù)側(cè)的末端部分111A1連接到短帶112A的末端部分112A2，并且位于主帶111A的Y軸方向上的正側(cè)的末端部分111A2連接到開放帶114A的第一帶 114A1。
[0092]饋電帶113A的末端部分113A2連接到位于末端部分111A1與末端部分111A2之間的、主帶111A的Z軸方向上的負(fù)側(cè)的表面。末端部分113A2可通過例如焊接等而連接到主帶111A。
[0093]主帶111A的X軸方向上的寬度XI是例如5mm，并且等于短帶112A的X軸方向上的寬度。主帶111A的Y軸方向上的長度Π是例如33mm。主帶111A的厚度是例如0.1mm。
[0094]位于短帶112A的Z軸方向上的負(fù)側(cè)的末端部分112A1經(jīng)由電容器120A連接到接地平面150。位于短帶112A的Z軸方向上的正側(cè)的末端部分112A2連接到主帶111A的末端部分111A1。
[0095]由于短帶112A平行于X-Z平面，因此短帶112A相對于接地平面150直立。
[0096]電容器120A連接到位于末端部分112A1的X軸方向上的正側(cè)的最末端部分。根據(jù)電磁場仿真，如果電容器120A連接到位于末端部分112A1的X軸方向上的負(fù)側(cè)的最末端部分，則確定天線元件110A的阻抗特性是退化的。因此，優(yōu)選地，將電容器120A連接到末端部分112A1的X軸方向上的與負(fù)側(cè)最末端相比位于更靠近正側(cè)最末端的部分。最優(yōu)選的是，將電容器120A連接到末端部分112A1的X軸方向上的正側(cè)最末端。末端部分112A1是短端的一個示例。
[0097]短帶112A可例如以集成形式由主帶111A形成。主帶111A的X軸方向上的寬度XI是例如5mm，并且等于短帶112A的X軸方向上的寬度。短帶112A的Z軸方向上的長度Z1是例如15mm。短帶112A的厚度是例如0.1mm。
[0098]短帶112A以使得交流電流可以在短帶112A與接地平面150之間流動的方式連接到接地平面150。
[0099]饋電帶113A的Z軸方向上的負(fù)側(cè)的末端部分是饋電點113A1，并且位于饋電帶113A的Z軸方向上的正側(cè)的末端部分113A2連接到主帶111A的位于Z軸方向上的負(fù)側(cè)的表面。末端部分113A2可通過例如焊接等連接到主帶111A。饋電帶113可例如是由金屬制成的支柱狀構(gòu)件。
[0100]饋電點113A1可由例如具有50歐姆的特性阻抗的同軸電纜的電纜芯來饋電。在接地平面150形成在基板160的位于Z軸方向上的正側(cè)的表面上的情況下，饋電點113A1可經(jīng)由形成在基板160的相對表面上的帶線和穿過基板的通孔來饋電。
[0101]饋電帶113A的Z軸方向上的長度Z1和短帶112A的Z軸方向上的長度Z1彼此相等。兩個Z1的長度均是例如15mm。Y軸方向上的饋電點113A1與短帶112A的末端部分112A1之間的距離Y2是例如3.5mm。
[0102]開放帶114A包括第一帶114A1和第二帶114A2。第一帶114A1從主帶111A的末端部分111A2延伸到正X軸方向。第一帶114A1平行于接地平面150。換言之，第一帶114A1平行于X-Y平面。
[0103]第二帶114A2從位于第一帶114A1的X軸方向上的正側(cè)的末端部分延伸到負(fù)Z軸方向。末端帶115A連接到位于第二帶114A2的Z軸方向上的負(fù)側(cè)的末端部分。
[0104]Y軸方向上的第一帶114A1的寬度Y3和第二帶114A2的寬度Y3彼此相等。兩個寬度Y3均是例如2mm。第一帶114A1的X軸方向上的長度X2是例如2mm，并且第二帶114A2的Z軸方向上的長度Z2是例如12mm。
[0105]第二帶114A2相對于第一帶114A1在負(fù)Z軸方向上以直角彎曲。因此，第二帶114A2平行于Z軸。
[0106]末端帶115A包括第一帶115A1和第二帶115A2。第一帶115A1和第二帶115A2平行于接地平面150。換言之，第一帶115A1和第二帶115A2平行于X-Y平面。
[0107]第一帶115A1從位于第二帶114A2的X軸方向上的負(fù)側(cè)的末端部分延伸到正X軸方向。第二帶115A2從位于第一帶115A1的X軸方向上的正側(cè)的末端部分延伸到負(fù)Y軸方向。第二帶115A2的遠(yuǎn)端是開放端115A3。
[0108]第一帶115A1的Y軸方向上的寬度和第二帶115A2的X軸方向上的寬度等于開放帶114A的第一帶114A1和第二帶114A2的寬度Y3，并且是2mm。
[0109]第一帶115A1的X軸方向上的長度X3是例如6mm，并且第二帶115A2的Y軸方向上的長度Y4是例如6mm。
[0110]Z軸方向上的第一帶115A1和第二帶115A2的位置等于位于第二帶114A2的Z軸方向上的負(fù)側(cè)的末端部分的位置。因此，第一帶115A1與接地平面150之間的Z軸方向上的距離Z3是3mm，并且第二帶115A2與接地平面150之間的Z軸方向上的距離Z3是3mm。
[0111]開放帶114A和末端帶115A被設(shè)置用于通過增加天線元件110A的開放端115A3的容量、最小化天線元件110A。通過與主帶111A相比將開放帶114A和末端帶115A放置得更近來增加開放端115A3的容量。此外，開放帶114A和末端帶115A被設(shè)置用于減小天線元件110A與其它三個天線元件110BU10C和110D之間的相互耦合。
[0112]電容器120A以串聯(lián)方式插入在短帶112A的末端部分112A1與接地平面150之間。電容器120A的容量是例如150pF。電容器120A以使得交流電流可以在短帶112A與接地平面150之間流動的方式來連接短帶112A和接地平面150。
[0113]電容器120A不是總是需要插入在末端部分112A1與接地平面150之間。在電容器120A沒有插入在末端部分112A1與接地平面150之間的情況下，末端部分112A1直接連接到接地平面150。
[0114]電容器120A插入在末端部分112A1與接地平面150之間以用于控制天線元件110A的諧振頻率，改進(jìn)天線元件110A的阻抗特性和/或最小化天線元件110A。
[0115]在接地平面150形成在基板160的頂表面上的情況下，電容器120A可設(shè)置在基板160的底表面上并且可經(jīng)由穿過基板160的通孔而連接在末端部分112A1與接地平面150之間。
[0116]接地平面150可以是例如在平面視圖中具有方形形狀的金屬箔類型。接地平面150的X軸方向上的長度X10和Y軸方向上的長度Y10可以是例如50mm。接地平面150是所謂的“接地板”并且被保持在地電勢。接地平面150例如形成在基板160上。
[0117]接地平面150的邊150D與短帶112A之間的Y軸方向上的距離是例如5mm。天線元件110A被放置在位于拐角部分151A與151B之間的位置并且相對于拐角部分151A與151B之間的中心點偏向拐角部分151A。
[0118]天線元件110A的主帶111A以使得在平面視圖中外側(cè)113A3對應(yīng)于接地平面150的邊150A的方式沿著邊150A放置。
[0119]如上所述，天線元件110A具有通過將開放帶114A和末端帶115A添加到末端部分111A2而獲得的配置，該末端部分111A2作為由主帶111A、短帶112A和饋電帶113A構(gòu)成的倒F型天線元件的開放端。
[0120]天線元件110A是通過將開放帶114A和末端帶115A添加到作為主帶111A的開放端的末端部分111A2而獲得的倒F型天線元件的類型。
[0121]在下文中，如上所述的尺寸是例如在天線設(shè)備100的諧振頻率被設(shè)置為919MHz的情況下而設(shè)置的示例。在天線設(shè)備100的諧振頻率被設(shè)置為除919MHz之外的指定頻率的情況下，可與指定的諧振頻率相對應(yīng)地來優(yōu)化天線設(shè)備100的尺寸。
[0122]天線元件110A可通過在例如將金屬箔或金屬板切割或沖壓成與主帶111A、短帶112A、開放帶114A和末端帶115A對應(yīng)的形狀并且將其彎曲成如圖5A所示的形狀之后、將饋電帶113A焊接到主帶111A來形成。
[0123]天線元件110A可例如由諸如銅、鋁等的金屬制成。接地平面150可例如由諸如銅、鋁等的金屬制成。優(yōu)選地，通過使用相同的金屬材料來形成天線元件110A和接地平面150。
[0124]接下來，將參照圖6A和圖6B來描述天線元件110A和比較示例的天線元件10的S1, 1參數(shù)的頻率特性。
[0125]圖6A是示出比較示例的天線元件10的圖。圖6B是示出本實施例的天線元件110A和比較示例的天線元件10的S1，1參數(shù)的頻率特性的圖。
[0126]如圖6A所示的比較示例的天線元件10具有如下配置:其取代天線元件110A的開放帶114A和末端帶115A而包括連接到主帶111A的末端部分111A2的開放帶14。
[0127]開放帶14從主帶111A的末端部分111A2延伸到正X軸方向。從主帶111A的末端部分111A2到其遠(yuǎn)端的開放帶14的長度X14是例如31mm，并且距接地平面150的高度Z2是例如15mm。
[0128]如上所述,開放帶14相對于接地平面150與主帶111A —樣高。
[0129]在圖6B中，天線元件110A的SI, 1參數(shù)的頻率特性由實線來表示，并且天線元件10的S1, 1參數(shù)的頻率特性由虛線來表示。
[0130]如圖6B所示，天線元件110A的諧振頻率(中心頻率)是大約920MHz,并且SI, 1參數(shù)的最小值是大約_17dB。
[0131]天線元件10的諧振頻率(中心頻率)是大約950MHz，并且Sl，1參數(shù)的最小值是大約-30dB。
[0132]根據(jù)本實施例，與比較示例的天線元件10相比，變得可以減小天線元件110A的諧振頻率。這意味著可以使得天線元件110A相對比較示例的天線元件10更小。
[0133]實際上，對于天線元件110A，開放帶114A和末端帶115A的長度是26mm(=X2+Z2+X3+X4)，并且如果將開放帶114A的寬度Y3與其相加則變?yōu)?8mm。
[0134]天線元件10的開放帶14的長度是31mm (=X14),并且如果將主帶111A的寬度XI與其相加則變?yōu)?6mm。
[0135]如上所述，天線元件110A的開放端側(cè)的長度相對比較示例的天線元件10的開放帶14的長度更短。
[0136]盡管天線元件110A的Sl，1參數(shù)的值高于天線元件10的Sl，1參數(shù)的值，但是天線元件110A的最小值(大約_17dB)是良好的值并且足夠低。
[0137]根據(jù)本實施例，變得可以通過經(jīng)由增加開放端115A3側(cè)的容量而實現(xiàn)的減小諧振頻率來減小天線元件110A的尺寸。通過將開放帶114A和末端帶115A連接到主帶111A的末端部分111A2來增加容量。
[0138]接下來，將參照圖7描述根據(jù)本實施例的天線設(shè)備100的電場分布。
[0139]圖7是示出本實施例的天線設(shè)備100的電場分布的圖。通過由電磁場仿真器執(zhí)行的仿真來獲得如圖7所示的電場分布。
[0140]如圖7所示的天線設(shè)備100與圖1所示的相同，但是省略了除天線元件110A至110D和接地平面150之外的附圖標(biāo)記。
[0141]如圖7所示的天線設(shè)備100的電場分布是在僅對天線元件110A饋電的條件下獲得的。
[0142]在圖7中，電場分布由灰度級來表示，并且電場的方向由箭頭來表示。箭頭變得越粗，則電場變得越強(qiáng)。箭頭變得越細(xì)，則電場變得越弱。在電場相當(dāng)弱的區(qū)域中，電場不是由箭頭而是由點來表示。
[0143]如圖7所示，在天線元件110A正被饋電的條件下，電場集中在開放帶114A和末端帶115A附近。具體地，末端帶115A附近的電場變得最強(qiáng)(參見如圖7所示的圓圈)。
[0144]末端帶115A附近的電場變得最強(qiáng)的原因是由于與主帶111A相比開放帶114A和末端帶115A被放置得更靠近接地平面150，因此天線元件110A的開放端115A3附近的容量大于主帶111A的容量。
[0145]接下來，將參照圖8A和圖8B描述天線設(shè)備100獲得的S參數(shù)和史密斯圖。
[0146]圖8A是示出實施例的天線設(shè)備100的S參數(shù)的圖。圖8B是示出實施例的天線設(shè)備100的史密斯圖的圖。
[0147]圖8A示出了天線設(shè)備100的S參數(shù)。天線設(shè)備100的S參數(shù)是通過將天線元件110A至110D分別視為1號端口至4號端口而獲得的。
[0148]S1, 1、S2，2、S3，3、S4，4 參數(shù)分別由實線來表示，S1，2、S2，3、S3，4、S4，1 參數(shù)分別由虛線來表示，并且S1，3、S2, 4、S3, 1、S4，2參數(shù)分別由點劃線來表示。
[0149]由實線表示的S1，1、S2, 2、S3, 3、S4, 4參數(shù)指示反射功率與輸入功率的比率。由虛線表示的S1, 2、S2, 3、S3, 4、S4, 1參數(shù)和由點劃線表示的S1, 3、S2, 4、S3, 1、S4，2參數(shù)指示功率增益。
[0150]如圖8A所示，S1, 1、S2，2、S3，3、S4，4參數(shù)的值在919MHz的諧振頻率處是大約-20dB。這些值指示獲得了天線元件110A至110D的阻抗匹配。
[0151]S1，2、S2，3、S3，4、S4，1 參數(shù)和 S1，3、S2，4、S3，1、S4，2 參數(shù)在 919MHz 的諧振頻率處是良好均衡的，并且參數(shù)的值是大約-10dB。因此，獲得了高功率增益。
[0152]根據(jù)如圖8B所示的史密斯圖，表明天線設(shè)備100的阻抗被控制為在三角點1處為50歐姆。31，1、32，2、33，3、34，4參數(shù)全部被控制為50歐姆。根據(jù)實施例，使用電容器120A至120D以便改進(jìn)史密斯圖的特性。
[0153]接下來，將參照圖9A和圖9B描述根據(jù)本實施例的天線設(shè)備100的方向性。
[0154]圖9A是示出實施例的天線設(shè)備100的方向性(3D輻射圖案)的圖。圖9B是示出實施例的天線設(shè)備100的方向性(AR圖案)的圖。
[0155]圖9A示出了天線設(shè)備100的3D輻射圖案，并且圖9B示出了天線設(shè)備100的AR圖案。
[0156]如圖9A所示的3D輻射圖案和如圖9B所示的AR圖案是在XYZ坐標(biāo)系的原點位于接地平面150的頂表面上的拐角部分150A至150D的中心點的情況下而獲得的。
[0157]如圖9A所示的良好均衡的3D輻射圖案是通過從四個天線元件110A至110D輻射具有90度相位差和相同幅度的讀取信號而獲得的。信號的諧振頻率是919MHz。
[0158]最大增益是大約4.4dB。這表明所獲得的增益非常高并且在919MHz處大于3dB。
[0159]天線元件110A至110D的總效率是_0.69dB,并且總輻射效率是_0.07dB。
[0160]如圖9B所示，軸比(AR)圖案指示中心軸(Z軸)附近的減小增益。因此，可以通過從四個天線元件110A至110D輻射具有90度相位差和相同幅度的讀取信號、輻射在圓形極化的中心處具有小增益的良好均衡圓形極化讀取信號。
[0161]接下來，將參照圖10A、圖10B和圖10C描述本實施例的天線設(shè)備100的天線元件110A至110D的相互耦合和比較示例的天線設(shè)備11的天線元件10A至10D的相互耦合。
[0162]圖10A、圖10B和圖10C是示出實施例的天線設(shè)備100和比較示例的天線設(shè)備11的電流分布的圖。
[0163]圖10A示出了在僅對天線元件110A饋電的情況下的天線設(shè)備100的電流分布。
[0164]如圖10A所示，在僅對天線元件110A饋電的情況下，非常低的電流流過沒有被饋電的天線元件110BU10C和110D。在該情況下，電流僅流過天線元件110A。
[0165]圖10B示出了在僅對天線元件110C饋電的情況下的天線設(shè)備100的電流分布。
[0166]如圖10B所示，在僅對天線元件110C饋電的情況下，非常低的電流流過沒有被饋電的天線元件110AU10B和110D。在該情況下，電流僅流過天線元件110C。
[0167]根據(jù)圖10A和圖10B，表明天線設(shè)備100的天線元件110A至110D的相互耦合減小。
[0168]圖10C示出了取代天線元件110A至110D而包括天線元件10A、10B、10C和10D的比較示例的天線設(shè)備11的電流分布。如圖10C所示的電流分布是在僅對天線元件10A饋電的情況下獲得的。
[0169]天線元件10A、10B、10C和10D中的每個與如圖6A所示的天線元件10相同。因此，比較示例的天線設(shè)備11具有包括接地平面150和設(shè)置在接地平面150上的天線元件10A、10BU0C和10D的配置。
[0170]根據(jù)圖10C，表明在僅對天線元件10A饋電的情況下，電流流過天線元件10A、10B、10C和10D的全部。
[0171]在僅對天線元件10A饋電的情況下電流流過天線元件10A、10B、10C和10D的全部的原因在于，天線元件10A、10B、10C和10D的相互耦合高。天線元件10A、10B、10C和10D中的每個均包括開放帶14 (參見圖6A)。如圖10C所示，天線元件10A、10B、10C和10D當(dāng)中的一個天線元件的主帶111A與天線元件10A、10B、10C和10D當(dāng)中的相鄰天線元件的開放帶14彼此平行并且彼此相鄰地布置。主帶111A分別是天線元件10A、10B、10C和10D的主電流路徑。
[0172]因此，認(rèn)為天線元件10A、10B、10C和10D當(dāng)中的兩個相鄰天線元件的相互耦合變強(qiáng)，并且在僅對天線元件10A饋電的情況下，電流不僅流過天線元件10A，而且還流過天線元件 10B、10C 和 10D。
[0173]相反，天線設(shè)備100包括設(shè)置在作為天線元件110A的主帶111A的開放端的末端部分111A2側(cè)的開放帶114A和末端帶115A。開放帶114A從主帶111A的末端部分111A2延伸到負(fù)X軸方向，并且末端帶115A連接到開放帶114A。
[0174]因此，與天線元件10的開放帶14相比(參見圖6A)，天線元件110A的開放帶114A和末端帶115A設(shè)置在遠(yuǎn)離相鄰天線元件110B的主帶111B的位置。
[0175]末端帶115A的第二帶115A2在遠(yuǎn)離天線元件110B、110C和110D當(dāng)中的位于最靠近(最接近)末端帶115A的天線元件110B的方向上延伸。末端帶115A在負(fù)Y軸方向上延伸。
[0176]這同樣適用于天線元件110BU10C和110D的配置。
[0177]天線設(shè)備100通過利用如上所述的配置而減小了天線元件110A至110D的相互耦八口 ο
[0178]圖11是示出本實施例的天線設(shè)備100的以上獲得的電場分布的圖。電場分布由箭頭示出。圖11示出了在位于距接地平面150的表面150mm高度處的平行于Χ-Υ平面的平面上獲得的電場分布。如圖11所示的電場分布是在天線元件110A至110D輻射以此順序依次具有90度相位差的讀取信號時的特定時刻獲得的。從天線元件110BU10C和110D輻射的讀取信號的相位相對于從天線元件110A輻射的讀取信號的相位分別被延遲90度、180度和270度。這里，讀取信號的一個周期對應(yīng)于360度。
[0179]如圖11所示的電場分布的中心點對應(yīng)于接地平面150的中心點。
[0180]這表明可以形成如圖11所示的從正Y軸方向朝向正X軸方向彎曲的電場分布。由于如圖11所示的電場分布是在特定時刻獲得的，因此示出了從正Y軸方向朝向正X軸方向彎曲的電場分布。在較長時段內(nèi)獲得的電場分布形成圓。
[0181]因此，天線設(shè)備100可以通過使得天線元件110A至110D輻射以此順序依次具有90度相位差的讀取信號、輻射圓形極化讀取信號。
[0182]根據(jù)本實施例的天線設(shè)備100，可以通過包括開放帶114A和末端帶115A而減小天線元件110A的尺寸，其中開放帶114A和末端帶115A位于末端部分111A2側(cè)并且與主帶111A相比位于更靠近接地平面150。末端部分111A2構(gòu)成天線元件110A的主帶111A的開放端。
[0183]天線設(shè)備100可以實現(xiàn)天線元件110A的尺寸減小的原因在于，通過包括開放帶114A和末端帶115A而增加了在天線元件110A與接地平面150之間獲得的天線元件110A的電容。這同樣適用于天線元件110BU10C和110D。
[0184]因此，可以提供對于想要讀取附于物品的RFID標(biāo)簽的ID的用戶是非常小并且有用且方便的天線設(shè)備100。用戶可以用一只手持有連接到讀寫器的天線設(shè)備100，并且使得天線設(shè)備100朝向物品輻射讀取信號。天線設(shè)備100是PIFA型天線類型。
[0185]由于天線元件110A包括開放帶114A和末端帶115A，因此可以減小天線元件110A與其它天線元件110BU10C和110D之間的相互耦合。特別地，天線元件110A可以減小天線元件110A與天線元件110B之間的相互耦合，天線元件110B位于與開放端115A3相鄰。由于天線元件110A包括開放端114A和末端帶115A，因此這得以實現(xiàn)。
[0186]由于開放帶114A從主帶111A水平延伸并且朝向接地平面150垂直彎曲，并且由于末端帶115A在遠(yuǎn)離其它天線元件110BU10C和110D (特別是天線元件110B)的方向上延伸，因此這得以實現(xiàn)。這同樣適用于天線元件110BU10C和110D。
[0187]天線設(shè)備100包括具有四個主帶111A至111D的四個天線元件11(^至1100，這四個主帶111A至111D被布置成在平面視圖中繪出具有90度拐角的方形。天線設(shè)備100從四個天線元件110A至110D輻射以此順序依次具有90度相位差的讀取信號。
[0188]由于如上所述減小了天線元件110A至110D的相互耦合，因此在相互耦合的影響被減小的良好條件下從天線元件110A至110D輻射具有90度相位差的讀取信號。
[0189]因此，天線設(shè)備100可以輻射形成高增益電場并且具有出色的軸比的讀取信號。
[0190]如果用戶用一只手持有天線設(shè)備100并且使得天線設(shè)備100朝向附有RFID標(biāo)簽的物品輻射讀取信號，則甚至在物品容納在盒子中或者展示在架子上的情況下也可以讀取RFID標(biāo)簽的ID。
[0191]與通過使得物品朝向安裝在諸如門的固定對象中或者讀寫器中的傳統(tǒng)天線來讀取ID相比，通過使用本實施例的天線設(shè)備100來讀取RFID標(biāo)簽的ID更容易。
[0192]由于天線設(shè)備100用于例如如上所述的目的，因此減小天線設(shè)備100的尺寸以使得用戶可以容易地用一只手持有天線設(shè)備100是有效的。
[0193]盡管如上所述天線設(shè)備100的天線元件110A包括第二帶115A2，但是天線元件110A可不包括第二帶115A2，只要天線元件110A可以獲得足夠的容量并且可以減小尺寸即可。
[0194]在如上所述的實施例中，在倒F型天線元件110A中，短帶112A連接到主帶111A的末端部分111A1，并且饋電帶113A連接到末端部分111A1與末端部分111A2之間的主帶111A。這同樣適用于天線元件110B、110C和110D。
[0195]然而，短帶112A和饋電帶113A的位置可互換。
[0196]圖12是示出本實施例的變型例的天線元件210A的圖。天線元件210A包括主帶111A、短帶212A、饋電帶213A、開放帶114A和末端帶115A。
[0197]天線元件210A具有如下配置:與如圖5A和圖5B所示的天線元件110A的短帶112A和饋電帶113A的位置相比，短帶212A和饋電帶213A的位置被互換。
[0198]取代天線元件110A至110D中的每個，可使用天線元件210A。
[0199]短帶212A的底端經(jīng)由電容器120A連接到接地平面150，并且饋電點213A1設(shè)置在饋電帶213A的底端。
[0200]至此已提供了示例性實施例的天線設(shè)備的描述。本發(fā)明不限于這些實施例，而是可在不背離本發(fā)明的范圍的情況下進(jìn)行各種變化和修改。
[0201]至此，描述了天線設(shè)備的優(yōu)選實施例的變型例。然而，本發(fā)明不限于這些具體描述的實施例及其變型例，并且可在權(quán)利要求所述的本發(fā)明的范圍內(nèi)進(jìn)行各種修改和變更。
[0202]這里所闡述的所有示例和條件語言旨在用于教導(dǎo)目的以輔助讀者理解本發(fā)明和發(fā)明人為推進(jìn)現(xiàn)有技術(shù)而貢獻(xiàn)的構(gòu)思，并且應(yīng)被解釋為不限于這樣具體闡述的示例和條件，說明書中的這樣的示例的組織也與示出本發(fā)明的優(yōu)勢或劣勢的示出無關(guān)。
[0203]盡管已詳細(xì)描述了本發(fā)明的實施例，但是應(yīng)理解，可以在不背離本發(fā)明的精神和范圍的情況下進(jìn)行各種改變、替換和變更。
【權(quán)利要求】
1.一種天線設(shè)備，包括: 接地平面，在平面視圖中具有矩形形狀；以及 四個倒F型天線元件，放置在所述接地平面的表面上、并且以在平面視圖中相對于所述接地平面的中心點對稱的方式來布置，所述四個倒F型天線元件分別包括連接到所述接地平面的短端和設(shè)置在所述短端的相對側(cè)的開放端， 其中，所述四個倒F型天線元件中的每個均包括: 主帶，設(shè)置在所述短端與所述開放端之間、并且以第一高度平行于所述接地平面放置， 短帶，從所述主帶的一端延伸到所述短端， 饋電帶，從所述主帶的中點延伸到所述接地平面、并且具有在遠(yuǎn)端的饋電點， 開放帶，從所述主帶的另一端朝向所述開放端延伸至以低于所述第一高度的第二高度放置的位置，以及 末端帶，從所述開放帶的遠(yuǎn)端延伸到所述開放端、并且以所述第二高度平行于所述接地平面放置。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的天線設(shè)備，還包括: 四個電容器，分別串聯(lián)連接在所述短端與所述接地平面之間。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的天線設(shè)備，其中，所述四個倒F型天線元件的主帶分別沿著所述接地平面的四條邊放置，以及 其中，所述四個倒F型天線元件的開放帶分別在平面視圖中從所述主帶的內(nèi)側(cè)延伸。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的天線設(shè)備，其中，所述末端帶包括: 第一帶，從所述開放帶的遠(yuǎn)端延伸；以及 第二帶，在遠(yuǎn)離相鄰倒F型天線元件的方向上從所述第一帶的遠(yuǎn)端延伸到所述開放端。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的天線設(shè)備，其中，所述四個倒F型天線元件以使得所述短端分別靠近所述接地平面的四個拐角部分放置的方式來設(shè)置。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的天線設(shè)備，還包括: 電路，連接到所述四個倒F型天線元件的四個饋電點、并且分別將四個讀取信號輸入到所述四個饋電點， 其中，所述電路將以此順序依次具有90度相位差的所述四個讀取信號輸入到在平面視圖中以順時針或逆時針方向布置的所述四個倒F型天線元件的四個饋電點。
7.根據(jù)權(quán)利要求1至6中任一項所述的天線設(shè)備，還包括: 基板，所述接地平面形成在所述基板上。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的天線設(shè)備，還包括: 支撐構(gòu)件，相對于所述接地平面或所述基板支撐所述四個倒F型天線元件。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的天線設(shè)備，還包括: 蓋，放置在所述接地平面或所述基板上、并且覆蓋所述四個倒F型天線元件。
10.一種天線設(shè)備，包括: 接地平面，在平面視圖中具有矩形形狀； 四個倒F型天線元件，放置在所述接地平面的表面上、并且以在平面視圖中相對于所述接地平面的中心點對稱的方式來布置，所述四個倒F型天線元件分別包括設(shè)置在一端的饋電點和設(shè)置在所述饋電點的相對側(cè)的開放端， 其中，所述四個倒F型天線元件中的每個均包括: 主帶，設(shè)置在所述饋電點與所述開放端之間、并且以第一高度平行于所述接地平面放置， 饋電帶，從所述主帶的一端延伸到所述饋電點， 短帶，從所述主帶的中點延伸到所述接地平面、并且具有連接到所述接地平面的遠(yuǎn)端，開放帶，從所述主帶的另一端朝向所述開放端延伸至以低于所述第一高度的第二高度放置的位置，以及 末端帶，從所述開放帶的遠(yuǎn)端延伸到所述開放端、并且以所述第二高度平行于所述接地平面放置。
【文檔編號】H01Q9/00GK104377433SQ201410126107
【公開日】2015年2月25日 申請日期:2014年3月31日 優(yōu)先權(quán)日:2013年8月13日
【發(fā)明者】安德雷·S·安德連科 申請人:富士通株式會社