一种利用缝隙天线的无线手机 本发明涉及一种利用缝隙天线的无线手机。更具体地说，本发明涉及一种用在一能够在多个呼叫频率之间切换并采用不同发射/接收频率的通讯系统中的无线手机，尤其是，一种安装有一缝隙天线的无线手机。
为了提高便携性能，无线手机已经被制成更为小巧和更为超薄，并且与此同时，已经发展到了在这种无线手机上安装各种小型天线。在其中，一利用同轴谐振器的缝隙天线可以在不会有任何突起的状态下结合在无线手机中，并且尤其是，日本待审专利公告No.9-74312中提出了一种可以制得更为小巧的同轴谐振缝隙天线，其中该天线的中心导体(central conductor)(供电导体)不会与谐振器壳体(导电立方体(conductive cubic))发生接触。该同轴谐振缝隙天线是一种磁流型天线，并且在缝隙(slot)中所产生的磁流与在一正对主表面的表面上所产生的同相磁流之间存在感应，其中所述主表面上带有所述导电立方体中的缝隙，以便实现单面定向(single-side directional)。由于在手机处于通话状态时频率超过2GHz的电磁波易于被用户的头部所吸收，所以利用一个单面定向的天线将能够使得不会有电功率向用户侧进行辐射，从而减少能量损耗。同样，对于所接收到地功率而言，该单面定向的天线还能够在与头部相对的另一侧增大了天线的增益，从而增强手机的灵敏度。
由于所述天线包括有一谐振结构，所以其体积直接与带宽成正比。因此，当所述天线被用于一具有多个承载频率的宽带无线通讯系统中的手机中时，用于该天线的带宽将必须被扩展，并且天线的体积也会增大。
通常，用于在一特定基站与一无线手机之间进行呼叫的带宽要比整个系统的带宽窄得多。对于各个呼叫来说，所述天线的谐振频率被适当地调整到用于呼叫的频率。为了减小天线的体积，就需要减小用于该天线的带宽。由于这种原因，在利用一同轴谐振器的所述缝隙天线中，日本待审专利公告No.11-46115中提出了这样一种可调谐缝隙天线(a tunable slot antenna)，该缝隙天线包括至少一个设置在缝隙中的孤立导体(island conductor)，其中由一可变电容电路来改变该孤立导线与一导电立方体侧壁表面之间的电容值，以便该天线的谐振频率可以进行大范围地变化。该天线的构造在附图14中被示例性示出。
所述天线包括有一窄的条状导体40(narrow strip conductor)，该条状导体40沿谐振轴方向设置在一大致呈长方形平行六面体的导电立方体1内部，以便与该导电立方体1隔离开，和一电波发射/接收缝隙2，该缝隙成形于导电立方体1的顶部表面上以便与所述条状导体40相交叉，其中一射频供电线路7经由一供电导体5和一孤立导体6，在设置于条状导体40上的一连接部分41与所述导电立方体1的侧壁表面之间供送射频功率(radio frequency power)。
在所述缝隙2中设置有一孤立导体42，以便与所述导电立方体1隔离开，并且一连接于该孤立导体42与所述导电立方体1的侧壁表面之间的可变电容电路10经由一控制导线50与一控制电路30相连。从该控制线路30所发出的控制信号能够改变所述可变电容电路10的电容值，以便经由孤立导体42来改变所述条状导体40与导电立方体1的侧壁表面之间，或者该孤立导体42与导电立方体1的侧壁表面之间的电容值。当条状导体40与导电立方体1的侧壁表面之间的电容值经由孤立导体42进行改变时，该条状导体40中恰好处于缝隙2下方的电流相位将会发生改变。与所述同轴谐振缝隙天线的谐振频率有关的条状导体40的长度将发生等效变化。
当孤立导体42与用作基准电位的导电立方体1的侧壁表面之间电容值发生改变时，比如，如果所述电容值足够大时，该孤立导体42的电位差不多与作为基准电位的导电立方体1的侧壁表面的电位相等，以便通过该孤立导体42的尺寸变化来等效地减少所述缝隙2的宽度。对应于缝隙2长度的增加，缝隙2的宽度将部分减小。因此，为了等效地改变与所述同轴谐振缝隙天线的谐振频率相关的缝隙2的长度，就需要对所述可变电容电路10的电容值进行改变。
所述可调谐缝隙天线的匹配条件可由条状导体40中恰好位于所述缝隙2下方的电流相位和该缝隙2的长度来进行确定，增大所述电容值可以等效地增大条状导体的长度和缝隙的长度，从而保持该天线的匹配条件。根据前述原理，为了能够在保持所述天线的阻抗匹配状态(impedance matching state)的同时，大范围地改变该天线的谐振频率，就需要所述天线同时并等效地改变恰好位于所述缝隙下方的条状导体的长度和该缝隙的长度。
在前述由日本待审专利公告No.11-46115中所提出的常规可调谐缝隙天线中，由于所述条状导体40被设置在导电立方体1中，所以制造工艺十分复杂，并且制造成本很高。
另外，由于为了能够与导电立方体1中的条状导体40相交叉而设置有所述孤立导体42，所以该孤立导体42必须靠近所述缝隙2的中部设置。靠近缝隙2的中部设置并与所述孤立导体42相连的可变电容电路10也必须靠近缝隙2的中部设置，也就是说，设置在天线的中间部位。为了向位于天线中间部位的可变电容电路10中添加一个控制信号，所述控制导线50必须朝向该天线的中间部位进行设置。但是，由于大多数电能是从所述缝隙天线的缝隙2中辐射出来的，所以所辐射出的能量将根据控制导线50所发送的指令而减小。在前述的日本待审专利公告No.11-46115中，还描述了一种从条状导体40中接近缝隙2的一端部经由通孔和高阻元件向所述孤立导体42供送一直流电压的方法。根据该方法，可以在不会减小辐射功率的条件下向孤立导体42供送一控制信号。但是，却存在下述两个问题
一个问题是，当所述可变电容电路10是一个利用一直流电压值来连续改变所述电容值的电路，并且输入所述天线中的射频功率值增大时，耦合于孤立导体42上的射频功率将叠加在一施加于所述可变电容电路10的直流电压上，从而使得电容值将是不稳定的，而该可调谐天线的谐振频率也将是不稳定的。由于这个原因，当利用所述直流电压值来连续改变所述电容值的电路被用作所述可变电容电路10时，该常规可调谐缝隙天线将仅可以处理一微弱的信号，比如一数字式蜂窝手机的接收信号。
另外一个问题是，当所述可变电容电路10是一个利用所述直流电压值采在所述电容元件的接通/未接通两状态之间进行转换的电路时，所述条状导体40也可以被用作控制导线，以便控制导线的数目被限制为一根，并且所得到的谐振频率也被限制为仅具有两个值。理论上讲，一根控制导线当然可以控制多个电容元件，但是为了实现它，需要一个复杂的逻辑电路，从在对无线手机进行构造的过程中组装密度和成本方面来考虑这是很不利的。
因此，本发明的一个目的在于提供一种无线手机，该无线手机可以装配一缝隙天线，该缝隙天线能够降低制造成本和组装成本，并且能够接收一具有相对较高电功率的信号。
本发明的另一目的在于提供一种结合有一天线的无线手机，该手机非常小巧并且具有很好的性能，以便能够应用于一可以在多个呼叫频率之间切换并且采用不同发射/接收频率的通讯系统中。
为了实现前述目的，本发明中的无线手机包括有一线路板，该线路板包括一组装在该线路板中的地电位平面和侧面缝隙天线。该侧面缝隙天线包括有一包覆有一导体的平整导电立方体，一其主体部分成形于所述导电立方体侧表面上的缝隙，一沿与所述缝隙长度方向相交叉的方向设置在该缝隙内的供电导体，和一用于向所述供电导体的一端部供送交流电能的电源部分。
在所述侧面缝隙天线的一优选实施例中，一第一孤立导体设置在这样的一个部分上，即其中所述缝隙的一部分延伸到了所述导电立方体的下表面上，以便使得其不会与该导电立方体的下表面相接触，而所述供电导体的另一端部被连接到该第一孤立导体上，以便经由该第一孤立导体在所述电源部分与导电立方体下表面上的导体之间供送交流电能。在导电立方体上表面上的缝隙单一边缘上的导体与该导电立方体下表面上的导体之间连接有一可变阻抗电路，并且该电路位于一沿所述缝隙位于第一位置上，该第一位置距离该缝隙的一端部或者与另一端部正对的端部的距离恒定。该可变阻抗电路连接于一控制电路上用以改变该可变阻抗电路的阻抗值。
在本发明的另一实施例中，当所述侧面缝隙天线被安装在所述无线手机的线路板上时，成形一接地导体和多个孤立导体，以便不会与设置在安装有所述缝隙天线的线路板表面上的接地导体相接触，所述导电立方体下表面上的导体与线路板上的接地导体相连，设置在导电立方体下表面上的多个孤立导体与线路板上的相应孤立导体相连，以便在所述线路板上连接于第一孤立导体上的孤立导体与该线路板上的接地导体之间供送交流电能，并且将第一可变阻抗电路连接在所述线路板上连接于第二孤立导体上的孤立导体与该线路板上的接地导体之间，其中所述第二孤立导体成形于导电立方体的所述表面上以便不会与所述导体接触，并且在第一位置处与导电立方体上表面上的缝隙单一边缘电连接。
根据本发明中的无线手机，电波可以相对于线路板的地电位平面(groundplane)沿垂直方向高效地射入该线路板中，并且所述供电导体沿垂直于导电立方体上表面的方向设置在该导电立方体侧表面上。该供电导体中的电流与垂直于导电立方体上表面的方向相平行该垂直于导电立方体上表面的方向即该侧面缝隙天线中的电能辐射方向，从而不会影响发射功率。另外，由于该侧面缝隙天线无需为了在导电立方体中设置供电导体而采用复层结构制造工艺，所以制造成本可以降低。通过在缝隙的端部设置可变阻抗电路，就可以通过改变阻抗值来改变该天线的谐振频率。另外，由于该可变阻抗电路所连接的位置靠近于缝隙的端部，所以就可以在不会对发射功率造成太大影响的条件下，在远离缝隙中部的位置上设置一用于改变谐振频率的电路和用于该电路的控制电路，其中所述缝隙的中部具有该天线中的最大发射功率。
为了达到本发明的这些目的，本发明中应用于一能够在多个呼叫频率之间切换并且采用不同发射/接收频率的通讯系统的无线手机，包括有一在其内部具有一地电位平面的线路板，和本发明中分别独立进行发射和接收的缝隙天线，其中该发射/接收缝隙天线通过在它们之间插入一支撑件而整体成形，以便使得主偏振方向相一致，并且随后对该整体化装置进行安装以使得，各个发射/接收天线中的所述导电立方体下表面朝向所述线路板的这样一表面，即在使用该无线手机时，该表面正对用户的相对侧。
根据本发明中的无线手机，由于其体积通常与天线中的带宽成正比，与具有一完全覆盖通过置入发射/接收隔离带宽而形成的发射/接收带宽的天线相比，该覆盖发射/接收带宽的天线的体积减少量可以超过一半。由于整个天线的体积可以减小，所以安装有该天线的无线手机也可以更为小巧。发射/接收天线中的主偏振方向与利用装配有所述天线的无线手机的系统中所采用的偏振方向相一致，从而高效地执行发射/接收操作。由于所述发射/接收天线之间的距离可以通过所述支撑件而保持恒定，所以无论如何安装所述天线，被隔离开的发射/接收天线之间的间隔量可以保持恒定，从而可以表现出稳定的性能。
由于本发明中的缝隙天线是一个磁流型天线，所以该缝隙天线被以当使用者使用该无线手机时正对用户相对侧的方式安装在其内部具有一地电位平面的线路板表面上，从而电功率可以被高效地朝正对该用户的那一侧进行辐射。另外，从天线的角度来看，也可以将所述线路装配在无线手机用户侧的无线手机壳体中，以便装配密度可以更高从而使得该无线手机更为小巧。由于所述侧面缝隙天线为单层平整结构，所以发射/接收缝隙天线和支撑件可以被轻易地一体成形，从而使得与先将该发射/接收天线分别独立制成后再进行组装的情况相比，制造成本可以降低。当发射/接收天线由支撑件进行连接以使得磁流成一直线时，该发射/接收天线之间的耦合性最小，并且可以减少在该无线手机中为了同时执行发射/接收操作而从发射射频电路向所述接收射频电路所产生的信号泄漏最小。
本发明中的所述无线手机的其他特征及效果，和所述侧面缝隙天线的优选实施例及其效果将在本发明的下述实施例中进行详细描述。
图1是一用于辅助性说明一根据本发明的缝隙天线实施例的透视图；
图2A和2B是用于辅助性说明根据本发明的缝隙天线工作状态的等效线路示意图；
图2C是用于辅助性说明根据本发明的缝隙天线工作状态的谐振频率特性示意图；
图3是用于辅助性说明一根据本发明的缝隙天线第二实施例的透视图；
图4是用于辅助性说明一根据本发明的缝隙天线第三实施例的透视图；
图5是用于辅助性说明一根据本发明的缝隙天线第四实施例的透视图；
图6是用于辅助性说明一根据本发明的缝隙天线第五实施例的透视图；
图7是用于辅助性说明一根据本发明的缝隙天线第六实施例的透视图；
图8是用于辅助性说明一根据本发明的缝隙天线第七实施例的透视图；
图9是用于辅助性说明一根据本发明的缝隙天线第八实施例的透视图；
图10是用于辅助性说明一根据本发明的缝隙天线第九实施例的透视图；
图11是用于辅助性说明一根据本发明的无线手机第一实施例的透视图；
图12是用于辅助性说明一根据本发明的无线手机第二实施例的透视图；
图13是用于辅助性说明一根据本发明的无线手机第三实施例的透视图；
图14是用于辅助性说明一常规可调谐缝隙天线的透视图；
在下文中将对根据本发明的所述侧面缝隙天线(下文中简称为缝隙天线)和利用该天线的无线手机进行描述。附图1至12中的相同附图标记指代相同或者相似的元件。
<实施例1>
图1示出了一根据本发明用于一无线手机中的缝隙天线实施例的透视图。正如所示出的那样，该缝隙天线包括有一导电立方体1，该立方体1的上、下和侧表面上均包覆有一导体，一缝隙2，该缝隙2通过精巧地去除导电立方体1上所述导体的一部分而形成，和一供电导体5，该导体5与导电立方体1中的所述导体相隔离并且沿与缝隙2的长度方向相交叉的方向进行设置，以便在该供电导体5的一端部与导电立方体1中的所述导体之间供送能量，所述缝隙2被成形为这种形状，即包括有从导电立方体1的侧表面上去除一部分后的部分。
换句话说，缝隙2是通过至少在导电立方体1的一部分上遗留所述导体而形成的，以便使得该导电立方体1上表面上的导体与其下表面上的导体得以连通。该缝隙2包括有一与缝隙2连通的缝隙延展部分3(slot extension portion)，在该延展部分3上不仅去除了导电立方体1侧表面上的一部分，而且还去除了上表面上的一部分。供电导体5沿与所述缝隙2长度方向相交叉的方向设置在该缝隙中，并且其一端部连接在导电立方体1下表面部分中的一第一孤立导体6上，以便不会与所述的下表面导体相接触，其另一端部连接在一设置于缝隙延展部分3中的匹配导体4(matching conductor)上。在第一孤立导体6与导电立方体的下表面导体之间，连接有一用于供送射频功率的供电线路7，其中第一孤立导体6是一电能供送点，而导电立方体1的侧壁表面为一基准电位。一种用于支撑诸如供电导体5这样的导体的绝缘物质被填充在导电立方体1中。
缝隙2由与该缝隙相交叉的供电导体5和匹配导体4进行激励，并且在某一频率处发生谐振其中设置在导电立方体1侧表面上的缝隙整体长度大致为1/2波长。一具有一对端子并且在这对端子之间的阻抗可以变化的可变阻抗线路10，并且这对端子分别在第一位置处连接在该缝隙的相对边缘上，其中沿所述缝隙该第一位置距离缝隙2一端部的距离为恒定距离8，并且随后将一用于改变所述端子间阻抗值的控制端子连接在一控制电路30上。为了改变第一位置处所述缝隙正对边缘上的导体之间的阻抗值，就需要从该控制线路30所发出的控制信号是变化的，从而改变该天线的谐振频率。
根据这种构造，由于在该导电立方体中的带状导体不再是必须的，虽然它对常规同轴谐振缝隙天线来说是必须的，这样在制造过程中就无需再利用用于制备复层导电层的工艺，从而降低了制造成本。该天线的阻抗匹配状态可以由供电导体5端部与导电立方体1上表面9上的缝隙端部导体之间的电容值来进行确定，所述供电导体5靠近导电立方体1的上表面9设置于该导电立方体1的侧表面上。所述匹配导体4接近于导电立方体1上表面9被连接在供电导体5的端部上。由于匹配导体4及该匹配导体4与导电立方体1上表面9上的缝隙边缘之间的间隙是可以变化的，从而可以轻易地对该缝隙天线的阻抗匹配状态进行调整。匹配导体4可以设置在导电立方体1的侧表面上，但是，在本实施例中，其被设置在用于将缝隙2朝向导电立方体1的上表面9进行延展的缝隙延展部分3上。由于在导电立方体的上表面上比在其侧表面上易于进行导电线路成形，所以加工的精度可以提高并且在阻抗匹配状态下的波动也可以得以降低。当导电立方体上表面上靠近所述供电导体的导体被去除并且匹配导体被设置所述缝隙的缝隙延展部分上时，该匹配导体可以成形在导电立方体的上表面上，其中导电线路成形是很容易的。这样就可以提高该匹配导体的长度或者该匹配导体与所述缝隙边缘之间间隙的尺寸精度，从而降低在阻抗匹配状态下的波动。
由于匹配导体被连接在与所述供电导体供电端部相对的另一端部上，所以设置在导电立方体上表面上的该匹配导体形成一开口端部。由于在该开口端部处的电流振幅最小，所以该匹配导体中的电流就非常小，并且沿所述缝隙天线的功率发射方向成形在导电立方体上表面上的该匹配导体，基本上不会对发射功率造成影响。
根据这种构造，为了能够改变该天线的谐振频率，就需要改变所述可变阻抗线路中的阻抗值。该可变阻抗线路的连接位置靠近于所述缝隙端部，并且用于改变谐振频率和用于控制该线路的控制线路可以被设置在远离所述缝隙中部的位置上，其中在该天线中所述缝隙中部具有最大的发射功率。所述辐射功率不会受太大影响。
另外，根据这种构造，用于改变所述谐振频率的可变阻抗线路10和用于该可变阻抗线路的控制线路被设置在远离所述缝隙中部的位置上，其中在该天线中所述缝隙中部具有最大的发射功率。所述谐振频率可以在不会对发射功率造成太大影响的条件下发生改变。
所述天线装置可以是平整的薄板形结构，如同常规同轴谐振缝隙天线中那样，并且被安装在无线手机的射频线路板上，从而在无需存在任何外突部分的条件下提供一内嵌式天线装置。
在这种结构的天线中，正如在前述日本待审专利公告No.11-46115中所提出的常规可调谐缝隙天线那样，可以通过增大填充在所述导电立方体1中的绝缘材料的特定绝缘常数，来减小天线的尺寸。
参照附图2，在此将要对一原理进行描述，即通过改变第一位置处所述缝隙正对边缘上的导体之间的阻抗来改变谐振频率。附图2示出了装配有所述可变阻抗线路的缝隙的等效电路和谐振频率特性。图2A是所述缝隙的等效线路图。图2B也是该缝隙的线路图，其中将可变电容电路用作图2A中的可变阻抗线路，并且由从所述第一位置至缝隙一端部的缝隙线近似地由一电感L代替。图2C是一用于图2B所示等效电路内可变电容电路中电容C的谐振频率特性示意图。
所述缝隙天线的谐振频率基本上与所述缝隙线的长度成反比，当所述可变阻抗电路10断开时，缝隙线的长度为X0+X1，而谐振频率为图2C中所示的f1。当该可变阻抗电路10短路时，缝隙线长度缩短为X0，而谐振频率增大为图2C中所示的f2。假设所述可变阻抗电路具有一可变电容C，并且从所述第一位置至缝隙2一端部的缝隙线近似地由一电感L代替。那么，C和L的综合感应系数由下述公式(1)示出：
Z＝jωL/(1-ω2LC)……………………(1)
在公式(1)中，对于一设定值来说，由于随着C的增大分母减小，所以Z将显现为一较大的电感分量(larger inductance component)。当C大于该设定值时，分母为负值，所以Z将显现为一小的电容分量(small capacitancecomponent)。当C进一步增大时，Z等于C的值。当阻抗分量增大时，随着C的增大，谐振频率从f1开始减小，也就是说，缝隙线长度将从X0+X1的长度开始等效增大。当电容分量从一设定的电容值开始增大时，也就是说，缝隙线的长度从这种状态逼近时，即该线的长度从X0长度等效减小到X0的状态，谐振频率将从射频频率降低到f2。当C值增大时，LC在环绕这种状态的区域内处于一谐振状态，即Z从正值变成负值。在所述可变阻抗电路中即使只有微量的损耗，也将消耗能量从而使得该天线的谐振品质因数(resonant quality coefficient)Q降低，由于该区域不适于用于天线，所以排除该区域的范围即是本发明中可调谐缝隙天线的可利用区域。
利用这种特性，比如，可以将一具有一小的电容值C1的电容元件在所述第一位置处连接在所述缝隙中正对边缘上的导体之间，以便将谐振频率从f1减小至f3。正好相反，当将一具有较大电容值C2的电容元件连接在相同位置上时，所述谐振频率可以从f1增大至f4。根据这种构造，利用在第一位置处连接在缝隙中正对边缘上导体之间的电容值可以将所述天线的谐振频率设定为一给定的值。此时，由于可变阻抗电路10被连接在所述缝隙的端部附近，所以它可以充分地远离所述缝隙的中部附近，而不会影响发射功率，其中在所述天线中缝隙中部具有最大的发射功率。
当所述可变电感电路在所述第一位置处被连接在缝隙中正对边缘上的导体之间时，与将该可变电容电路连接在同一位置相比可变的谐振频率范围较小。但是，在从所述第一位置至缝隙一端部的缝隙线与所述可变电感电路之间不会产生谐振。也不会存在因为所述可变电感电路中的电感值而造成所述Q值降低的区域。
<实施例2>
图3示出了一个这样的实施例，其中实施例1中的缝隙端部延展到了所述导电立方体1的上表面上。另外，在成形所述缝隙的过程中，导电立方体上表面上的导体的一部分被从靠近缝隙的至少一个端部处去除，以便形成缝隙延展部分，在该部分中缝隙延展到了导电立方体的上表面上。在图3中，所述导体被从导电立方体1的上表面9上去除，以便形成一缝隙延展部分20，其中缝隙2的端部能够延展到导电立方体1的上表面9上。根据本实施例，用于决定该缝隙天线谐振频率的缝隙长度可以得以保持，并且从所述上表面上所能够看到的导电立方体1的面积将会很小，从而使得该天线更为小巧。缝隙的整个长度和从所述第一位置至该缝隙端部之间的距离8是可以变化的，以便能够改变所述缝隙天线的谐振频率，并通过可变阻抗电路10来决定谐振频率的变化量。根据这种结构，其中缝隙延展部分20设置在导电立方体1的上表面上，那么缝隙延展部分20的长度可以被轻易地进行调节，从而该缝隙天线的谐振频率及谐振频率的变化量也可以被轻易地进行调节。
<实施例3>
图4示出了这样一个实施例，其中实施例1中的可变阻抗电路10被设置在了所述导电立方体1的下表面上。位于远离缝隙2一端部距离为距离8的第一位置处的所述缝隙2单一侧面上的导体，和一在该导电立方体1的下表面上设置以便不会与该下表面上的导体相接触的第二孤立导体26，由设置在缝隙2中的条状导体21进行连接。
其中端子间的阻抗可以变化的可变阻抗电路10中的那对端子中的一个被连接在所述孤立导体26上，而另一端子被连接在所述导电立方体下表面上靠近孤立导体26的导体上。根据该实施例，由于可变阻抗电路10可以设置在与导电立方体1的上表面相对的下表面上，所以该可变阻抗电路10对所述发射功率的影响可以得以减小。
<实施例4>
图5示出了一根据本发明的无线手机实施例的透视图。在该实施例中，实施例3中的缝隙天线被安装在该无线手机的线路板上。
孤立导体27，28设置在一用于安装所述天线的线路板200上，以便不会与设置在用于安装所述天线的表面上的接地导体205相接触。当将天线安装在天线安装位置204上时，孤立导体27被连接在所述第一孤立导体6上，而孤立导体28被连接在所述第二孤立导体26上，并且导电立方体1下表面上的导体被连接在接地导体205上。射频供电电路7被连接在孤立导体27与接地导体205之间，以便向所述天线供送电能。所述可变阻抗电路10被连接在孤立导体28与接地导体205之间。可以同时将所述天线和可变阻抗电路10安装在用于安装天线的线路板20上。
本实施例中的天线具有通过减少装配工艺的数目来达到降低无线手机制造成本的效果，和通过无需在所述天线上安装任何构件的方式使得所述可调谐缝隙天线更为超薄的效果。
实施例1至3中的缝隙天线均为磁流型天线，但是，在本实施例中，其被装配在所述地电位平面上，以便在与从所述天线所能够看到的地电位平面的相对侧面上具有单面定向。由于所述缝隙上的磁流和由地电位平面所产生的虚拟磁流是同相的，所以沿从该地电位平面所能够看到的天线方向的磁流影响将会增大。为了实现这种该单面定向，必需利用位于用于安装所述天线的线路板上的地电位平面，并且所述天线还可以安装在用于对射频电路进行电磁屏蔽的屏蔽壳体上。从而该单面定向天线可以被利用。因此，安装有这种天线的无线手机可以将部件装配在该天线功率发射方向的相对侧面上。增大装配密度从而可以将无线手机制得更为小巧。
<实施例5>
图6示出了一个这样的实施例，其中利用了一个通孔导体来替代实施例3中设置在缝隙天线内缝隙2中的条状导体21。在所述缝隙的边缘上并且位于距该缝隙2一端部的距离为距离8的第一位置上的所述导体，与设置在所述导电立方体1下表面上以便不会与该下表面上的导体相接触的孤立导体26，由一通孔22进行电连接。所述可变阻抗电路中两端子间阻抗值可变化的那对端子中的一个被连接在孤立导体26上，而另一端子连接在所述导电立方体1下表面上靠近该孤立导体26所设置的导体上。
根据该结构，正如在实施例3中那样，可变阻抗电路可以设置在与所述导电立方体上表面相对的该导电立方体下表面上，其中所述导电间隔的上表面用于发射功率。该可变阻抗电路对从所述缝隙2中所发射功率的影响将会降低。为了形成条状导体21，与用于成形侧表面导体的工艺相比，可以利用一种更典型的通孔导体成形工艺，从而可以降低制造成本。
在所述可调谐缝隙天线的前述实施例中，正如前述在日本待审专利公告No.11-46115中所提出的常规可调谐缝隙天线那样，可以利用一典型的印刷线路板制造工艺来进行制造。该天线成形在与所述射频线路板相同的线路板上，以便使得零件的成本和该无线手机的制造成本可以进一步降低。
<实施例6>
图7示出了一个这样的实施例，其中由一通孔代替所述侧表面导体侧壁来对实施例5中缝隙天线的上表面导体和下表面导体进行连接。在该实施例中，由沿天线的侧表面以小的间隔所设置的多个通孔导体23来对连接在所述上表面9上的导体上的导电立方体侧表面导体与该导电立方体的下表面导体进行电连接。当所述通孔导体之间的间隔比由该天线所能够发射或接收到的电磁波波长足够小时，这些通孔导体表现出与那些邻近所述电磁波的导体侧壁差不多的相同性能。为了显现出这些特性，所述通孔导体之间的间隔可以小于利用该天线所能够发射或接收电磁波波长的1/20。
根据本实施例，当利用印刷线路板制造工艺制造该天线时，与用于成形侧表面导体的工艺相比，可以利用一种更典型的通孔导体成形工艺。从而用于成形该导体的工艺可以得以简化，并且制造成本可以进一步降低。
<实施例7>
图8示出了一种这样的实施例，其中利用多个电容元件和顺次连接到对应的电容元件上的开关，来作为实施例中的可变阻抗电路10。在附图中，一开关11a的一个端子连接在一导体上，该导体位于所述缝隙的单一边缘上的第一位置处，沿缝隙2该第一位置与该缝隙2的一端部之间的距离为距离8，而该开关11a的另一端子连接在一电容元件12a的一端子上，该电容元件12a的另一端子又连接在这样一导体上，由该导体形成形了与这样一侧面相对的侧面上的缝隙2，即在所述侧面的第一位置上连接有所述开关的一个端子。开关11b至11n，及电容元件12b至12n以相似的方式进行连接。所述开关11a，11b至11n由控制电路30控制在相应的导通/阻断状态。
根据该实施例，在距缝隙2的端部为距离8的位置处设置在该缝隙相对边缘上的导体之间的阻抗(该实施例中的电容值)可以变化为多个数值，从而实现多个谐振频率。由于该天线能够灵敏地响应采用该天线的系统带宽频率而实现多个谐振频率，所以该天线的带宽可以很窄，也就是说其体积可以变得更为小巧。在该实施例中大量的电容元件和大量的开关共同形成一整体电路，从而使得该天线更为小巧。
<实施例8>
图9示出了一种这样的实施例，其中利用了一个电容元件和一个串联在其上的PIN二极管，来作为实施例1中的可变阻抗电路。在附图中，一电容元件12的一个端子连接在一导体上，该导体位于所述缝隙单一边缘上的第一位置处，沿缝隙2该第一位置与该缝隙2的一端部之间的距离为距离8，而该电容元件的另一端子连接在一PIN二极管13的阳极端子上，而该PIN二极管的阴极端子又连接在这样一导体上，由该导体形成了与这样一侧面相对的侧面上的缝隙2，即在所述侧面的第一位置上连接有所述开关的一端子。PIN二极管13的阳极端子还连接在一电阻元件14的一个端子上，而该电阻元件的另一端子又连接在具有三个端子的转换开关31的第一端子上。该转换开关31的第二端子与一直流电源32a的负极相连，而该直流电源32a的正极与所述导电立方体1相连，并且转换开关32a的第三端子与一直流电源32b的正极相连，而该直流电源32b的负极也与所述导电立方体1相连。
当所述转换开关31被设定成能够使得所述第一端子和第二端子导通时，经由所述电阻元件14向PIN二极管13供送一负的直流电压。随后，该PIN二极管13处于逆向偏压状态，几乎没有直流电流通过，所述直流电压基本上被直接供送到所述PIN二极管13上。当所述转换开关31被设定成能够使得所述第一端子和第三端子导通时，经由所述电阻元件14向PIN二极管13供送一正的直流电压。随后，该PIN二极管13处于正向偏压状态，也就是说，处于导通状态。所述直流电压的大部分被供送所述电阻元件14上，而直流电流值由所述直流电压和所述电阻元件14施加于PIN二极管13上的电阻值所决定。
当PIN二极管13处于逆向偏压状态时，该PIN二极管13表现为一具有非常小电容值(通常低于1pF)的电容元件，并且在射频下处于断开状态。连接于电容元件12中PIN二极管13阳极端子侧的端子是断开的。这样就能够实现与所述缝隙2没有电连接的状态。当所述PIN二极管13处于正压状态时，该PIN二极管13显现为一具有非常小电阻值(通常低于几欧姆)的电阻元件，并且在射频下几乎处于短路状态。连接于所述电容元件12中PIN二极管13阳极端子侧的端子与形成所述缝隙2的导体电连接，该形成缝隙2的导体经由PIN二极管13与该PIN二极管13的阴极端子相连接。这样就能够实现所述电容的电容值基本上等于所述电容元件12的电容值，该电容元件12在第一位置处连接于该缝隙2中的正对端子之间，沿缝隙2该第一位置距该缝隙2的一端部的距离为恒定距离8。根据本实施例，转换开关31可以在所述电容元件12与在第一位置处位于所述缝隙相对边缘上的导体之间连通/断开，从而对所述天线的谐振频率进行转换。
<实施例9>
图10示出了一个这样的实施例，其中实施例中的可变阻抗电路被设置在缝隙的相对端部上。
在附图10中，第一可变阻抗电路10a中其端子间的阻抗可以变化的那对端子被分别在第一位置处连接于缝隙2相对边缘上的导体上，沿缝隙2该第一位置距该缝隙2一端部的距离为恒定距离8a。随后，所述端子从控制电路30中接收到一个控制信号，用于改变连接于一控制导线上的端子之间的阻抗。
从控制电路30所发出的控制信号可以改变在第一位置处位于缝隙2相对边缘上的端子之间的阻抗。同样，第二可变阻抗线路10b中其端子间的阻抗可以变化的那对端子被分别在第二位置处连接于缝隙2相对边缘上的导体上，沿缝隙2该第二位置距缝隙2一端部的距离为恒定距离8b。随后，所述端子从控制电路30中接收到一个控制信号，用于改变连接于一控制导线上的端子之间的阻抗。从该控制电路30所发出的控制信号可以改变在第二位置处位于缝隙2相对边缘上的端子之间的阻抗。
在本实施例中，天线的谐振频率可以被设定为多个值。例如，各个第一和第二可变阻抗线路12a和12b均具有ON/OFF两个状态。当所述第一可变阻抗线路12a处于ON状态时的谐振频率与所述第二可变阻抗电路12b处于ON状态时的谐振频率不一样时，谐振频率可以在四种状态下进行设定：两者均处于OFF状态，两者均处于ON状态，仅有第一可变阻抗电路处于ON状态，和仅有第二可变阻抗电路处于ON状态。为了使得第一可变阻抗电路12a处于ON状态时的谐振频率不同于第二可变阻抗电路处于ON状态时的谐振频率，那么所述电路可以被设计成能够实现这种状态，即相应的电路被连接在缝隙2的相对端部上，也就是说，距缝隙2端部的距离8a和8b是不同的，或者说当相应电路处于ON状态时所能够实现的阻抗值是不同的。
为了增多可以获得谐振频率的状态，正如实施例6中所述那样，所述可变阻抗电路可以是一个能够在多个电容值之间转换的电路，或者也可以在缝隙2的不同位置上设置一第三或第四可变阻抗电路。
<实施例10>
图11示出了另一根据本发明的无线手机实施例的透视图。
在附图11中，所述发射/接收缝隙天线由一支撑件100机械连接，以使得主偏振方向相一致。在该实施例中，在一导电立方体1a中构造所述发射缝隙天线，与供电导体5相对的侧表面由代替所述导电侧壁的多个通孔23进行连接。连接在该发射缝隙天线中供电导体5上的一孤立导体6a，和环绕该孤立导体设置在导电立方体下表面上的导体，均被连接到一接线盒110a上，并且又连接在一设置在发射电路210中的接线盒111a上，以便从该发射电路中供送电能。
一个连接在一通孔24上并被用作接收缝隙天线中供电导体的孤立导体6b，和环绕该孤立导体设置在所述导电立方体下表面上的导体均被连接到一接线盒110b上，并且又被连接在一设置在接收电路211中的接线盒111b上，以便向该接收电路供送电能。在所述缝隙边缘上并位于距所述发射缝隙天线中缝隙一端部为恒定距离的第一位置上的导体，和设置在导电立方体下表面上以便不会与该导电立方体下表面上的导体相接触的一孤立导体26a，由一通孔导体22a进行连接。随后，设置在线路板200上的可变阻抗线路10a经由接线盒112a，113a连接于所述孤立导体26a与环绕该孤立导体设置在所述导电立方体下表面上的导体之间。
同样，在所述缝隙边缘上并位于距接收缝隙天线1b中缝隙一端部为恒定距离的第二位置上的导体，和设置在导电立方体1b下表面上以便不会与该导电立方体下表面上的导体相接触的一孤立导体26b，由一通孔导体22b进行连接。随后，设置在线路板200上的可变阻抗电路10b经由接线盒112b，113b连接于所述孤立导体26b与环绕该孤立导体设置在导电立方体下表面上的导体之间。可变阻抗电路10a，10b连接于所述控制电路30上，以便能够由该控制电路对所述发射/接收缝隙天线的谐振频率进行控制。该发射/接收缝隙天线和线路板被置于一后壳体220与一前壳体221之间，以便形成一结合有所述天线的无线手机。在附图中的附图标记4a，4b指代了设置于所述发射/接收天线中缝隙内的匹配导体。
根据本实施例，天线的体积通常与所述带宽成正比。与具有一完全覆盖通过置入所述发射/接收隔离带宽而形成的整个发射/接收带宽的天线体积相比，覆盖所述发射/接收带宽的天线体积可以减小一大半，从而总的天线体积可以减小，进而使得结合有该天线的无线手机可以更为小巧。用于本实施例中的天线是一个作为磁流型天线的缝隙天线。地电位平面设置于用于安装所述天线的线路板200上，并随后将天线安装在正对当使用该手机时用户相对侧的表面上。从而，电功率可以被高效地发射到所述用户相对侧。另外，即使当所述电路被装配在无线手机中从天线方向观测时的无线手机用户侧时，所发射出功率也不会受到影响。装配密度可以得以提高，从而该无线手机可以更为小巧。
另外，根据本实施例，可以对所述辐射/接收缝隙天线的谐振频率进行控制。该发射/接收缝隙天线具有较窄的发射/接收带宽，而无需具有一个覆盖整个发射/接收带宽的带宽。可以对谐振频率进行控制来覆盖整个发射/接收带宽。该天线的体积被减小从而使得所述无线手机更为小巧。在本实施例中，所述天线被设置成用于进行发射/接收操作。当在无线手机中利用一个发射/接收共用天线来以不同的发射/接收频率同时进行呼叫时，无需再利用一天线共用器来将发射/接收频率信号之间相互隔开。通常，所述天线共用器是射频电路部件中的较大部件之一。当该天线共用器被省去时，无线手机将可以更为小巧。
另外，根据本实施例，发射/接收天线由支撑件进行连接，以便使得主偏振的方向能够相一致。所述发射/接收天线中的主偏振方向可以与采用装配有所述天线的无线手机的系统中所利用的偏振方向相一致，以便高效地执行发射/接收操作。发射/接收天线之间的距离由所述支撑件来保持恒定。无论如何安装所述天线，该发射/接收天线之间的隔离量是恒定的，以便能够表现出稳定的性能。
这种构造的发射/接收天线是一种单层平板状结构，在其内部无需具有一导电分布图(conductor pattern)。该发射/接收天线和所述支撑件均利用一其相对表面上包覆有铜的印刷电路板一体成形。与在先独立制出发射/接收天线后再进行组装相比制造成本可以得以降低。
<实施例11>
图12示出了在实施例10中平行安装有所述发射/接收缝隙天线的一无线手机实施例的透视图。
用于形成所述发射/接收缝隙天线中导电立方体1a和1b的侧表面导体部件由多个通孔23来替代，并且随后利用支撑件100对带有这些通孔23的侧表面进行连接。作为所述发射/接收缝隙天线电能供应点的孤立导体6a，6b分别由信号线115a，115b与发射线路210和接收线路211相连接。
所述缝隙天线是磁流型天线。在所述天线上的磁流方向由图12中的箭头250a，250b表示。当多个磁流型天线被设置成使得磁流呈一直线时，所述天线之间的组合可以最小化。正如图12中所示那样，两个磁流型天线被设置成能够使得主偏振平面相互一致，并且磁流呈一直线。从而，发射/接收所需的主偏振平面可以得以保持，同时发射/接收天线之间的组合也可以最小化。并且可以降低所述无线手机中从发射射频电路向接收射频电路所发生的信号泄漏，以便同时执行发射/接收操作。
当所述发射/接收缝隙天线与所述支撑件一体成形时，可以很方便地利用一种类似于支撑所述导电立方体的绝缘介质的绝缘介质来制取该支撑件，其中所述导电立方体用于构造所述缝隙天线和供电导体。但是当该绝缘介质存在于所述发射/接收缝隙天线的缝隙之间时，存在有该绝缘介质的那部分中的缝隙之间的电子距离(electric distance)将等效减小，从而电磁干扰将会增大。在本实施例中，所述发射/接收缝隙天线由支撑件100连接在该发射/接收缝隙天线上缝隙之外的部位上。这样就能够防止所述发射/接收缝隙天线之间的电磁干扰增大。
<实施例12>
图13是一个透视图，示出了另一根据本发明的无线手机实施例的构造。在该实施例中，一相对导电平面(opposed conductive plane)成形在正对用于安装发射/接收缝隙天线的所述线路板的表面上，并且该天线由支撑件连接在一起。随后，该相对导电平面与环绕所述发射/接收射频电路设置在用于安装天线的线路板表面上的一外围接地导电图案(peripheral ground conductivepattern)，由一屏蔽导电侧壁(shield conductive wall)进行连接，以便环绕在所述发射/接收射频电路的周围。在附图13中，构造无线手机的后壳体被省略。
设置在所述支撑件100表面上的导电平面用于对正对所述线路板200的发射/接收缝隙天线进行连接。用于构造发射缝隙天线的导电立方体1a下表面上的导体与用于构造接收缝隙天线的导电立方体1b下表面上的导体相连接，以便形成一个相对导电平面25。一外围接地导电图案201环绕发射/接收射频电路210，211设置在装配有所述天线的线路板200表面上。该相对导电平面25与该外围接地导电图案201由一所设置的屏蔽导电侧壁101进行电连接，以便环绕在该发射/接收射频电路周围。电路板200在其内层上具有电连接于所述外围接地导电图案201上的地电位平面，该地电位平面未被示出。
在本实施例中，在分别由所述支撑件100，屏蔽导电侧面101，及线路板200所连接的发射/接收缝隙天线上设置有钻孔103，123，203。螺钉230穿过这些钻孔螺接入前壳体221上的螺钉孔231中。从而，所述天线和线路板就可以被固定在无线手机壳体上，并且相对导电平面25，屏蔽导电侧壁101及外围接地导电图案201可以被电连接。所述固定和电连接操作也可以通过一利用钉子而非螺钉的装配结构来实现。
根据本实施例，所述相对导电平面，屏蔽导电侧壁，圆周基准线路，及线路板内层上的地电位平面可以对发射/接收射频线路进行电磁屏蔽。为了在成本增加不多的情况下改善所述无线手机的性能，必须增加一个新的屏蔽壳体。在本实施例中，所述发射/接收射频电路可以被电磁屏蔽，不仅仅是该发射/接收射频电路得以屏蔽，而且逻辑电路和电源线路也将被电磁屏蔽。
另外，根据本实施例，在发射射频电路210与接收射频电路211之间设置有一个隔离用接地导电图案202(isolation ground conductive pattern)，该电路202与设置在线路板上的地电位平面电连接。在由相对导电平面25，屏蔽导电侧壁101及线路板200的表面所形成的空间内设置有一个隔离用导电侧壁102(isolation conductive wall)，以便通过该隔离用导电侧壁102对所述相对导电平面25和隔离用接地导电图案202进行电连接。这样就能够将发射射频电路与接收射频电路相互隔开，并且同时被电磁屏蔽。从而，可以减小所述发射/接收射频电路之间的电磁干扰。尤其是，所述无线手机能够同时执行发射/接收操作，从而有效地提高了无线手机的性能。在本实施例中，发射/接收射频电路可以相互隔离开。利用这种构造，可以将这种电路，比如一频率合成电路或者一发射功率放大器与其他电路隔离开，所述频率合成电路或者发射功率放大器均易受其他电路的影响，或者易于影响其他电路。
整个屏蔽导电侧壁101和整个隔离用导电侧壁102必须不能为一导体，但可以是在其一表面上覆盖有一导体的绝缘体。所述发射/接收缝隙天线，用于对它们进行支撑的支撑件100，及屏蔽导电侧壁101可以独立制取。但是，比如，也可以通过射模技术将它们一体成形为一三维模制线路部件，并且这种一体模制方式可以减少部件的数目，从而削减组装成本。在附图13中，附图标记24a，24b指代被用作用于所述发射/接收缝隙天线中的供电导体的通孔导体。
根据本发明，导电立方体，设置在该导电立方体侧面上的缝隙，及设置在该缝隙中的供电导体，均可以使得所述缝隙天线无需在其内层上带有导电图案，以便降低制造成本。
另外，根据本发明，通过改变谐振频率来使得所述小型缝隙天线的带宽等效扩展的目的，可以通过将可变阻抗电路连接在缝隙正对边缘上距缝隙端部恒定距离位置上而得以实现。从而，改变谐振频率所需的该可变阻抗电路不必设置在影响天线发射功率的缝隙中部和天线上表面上，从而不会对发射功率造成影响。
另外，根据本发明，在用于一能够在多个呼叫频率之间切换并且利用不同发射/接收频率的通讯系统中的无线手机中，发射和接收天线由支撑件进行连接，以便使得主偏振方向相一致。该天线系统被构造成其体积小于具有一覆盖整个发射/接收带宽的天线的体积，其中所述发射/接收带宽是通过置入发射/接收隔离带宽而形成的，以便使得手机更为小巧。所述发射/接收天线的主偏振方向被校正到与利用装配有所述天线的无线手机的系统中所采用的偏振方向相一致，以便高效地执行发射/接收操作。所述发射/接收天线之间的距离可以由所述支撑件来保持恒定。从而，该发射/接收天线的间隔量将可以保持恒定，而无需考虑如何安装所述天线，以便表现出稳定的性能。