CN100399628C - 天线装置 - Google Patents

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Abstract

一种在移动体通信等的无线机上使用的天线装置，为了提供一种能在人体近旁使用的小型、高增益并且容易调整天线阻抗、形状随时间变化少的天线装置，在本发明的天线装置中，由导体构成的地线部的一部分上设有开口部，在开口部的表面上方具有由导电性材料构成的天线板，另一方面在开口部的背面上方设置由导电性材料构成的地线板，而且在地线部中与开口处的不同处安装高频电路的结构。

Description

天线装置
技术领域
本发明涉及在小型携带终端和无键的卡片终端等通信设备上使用的天线装置和使用它的通信设备。
背景技术
图9表示在呼机等移动体通信上使用的现在的小型天线(特公平6-93635号公报)。金属板101起作为微波带状天线的部件的地线平面的作用。在该金属板101上安装有形成了无线电路的印刷基板105，同时通过电解体104设置有导体板102。导体板102的宽度比金属板101的宽度窄、以与金属板101相对的状态设置。电解体104配置成填埋该金属板101与导体板102间的空隙。
印刷基板105避开金属板101与导体板102互相相对的部分安装。金属板101与导体板102将一端用连接板103进行机械·电气连接。这样，用金属板101、导体板102、连接板103形成コ字状square U shape的微波带状天线。且为了调谐成该微波带状天线希望的频率，在另一端把电容106设置在中间，同时调整供电部107来取得匹配。
但上述微波带状天线的天线增益一般来说比偶极天线等的增益小，所以需要通过把导体板102和金属板101的距离尽量加大来提高天线增益。而且为了谋求更小型化，需要不仅在金属板101的上面，而是在上下两面上安装高频电路，把电路安装面积缩小到约一半。由于通过导体板构成微波带状天线，所以批量生产时高尺寸精度的金属加工和安装是困难的。
发明内容
本发明的目的在于提供一种小型·高增益同时适合于批量生产的天线装置，以解决这个问题。
为达到该目的，本发明的天线装置在由导体构成的地线部的一部分设有开口部，在开口部的表面上方具有由导电性材料构成的天线板，另一方面在开口部的背面上方具有由导电性材料构成的地线板，而且具有在不设所述开口部的地线部安装有高频电路的结构。
附图说明
图1A是本发明实施例1天线装置的分解立体图；
图1B是本发明实施例1天线装置的分解剖面图；
图2是表示为说明本发明实施例1天线装置技术效果用的天线样机的透视立体图；
图3是表示本发明实施例1天线装置由第二短路部的位置引起天线特性变化的特性图；
图4是表示本发明实施例1天线装置由第一短路部的位置引起天线特性变化的特性图；
图5A是本发明实施例2天线装置的俯视图；
图5B是本发明实施例2天线装置的剖面图；
图5C是本发明实施例2天线装置的仰视图；
图6是本发明实施例3天线装置的俯视图；
图7A是内部装有有本发明实施例3天线装置的通信设备的外观图；
图7B是表示使用内部装有有本发明实施例3天线装置的通信设备时情况的图；
图8A是表示在本发明实施例3的天线装置中使第一导体层作为天线动作时发射图形的图；
图8B是表示在本发明实施例3的天线装置中使大致呈线状的导体部件作为天线动作时发射图形的图；
图9是现在的天线装置的示意图。
具体实施方式
下面用实施例对本发明的天线装置进行说明。
(实施例1)
用图1A和图1B说明本发明实施例1天线装置的构造。
在第一基板100的表面形成由导体构成的地线层1。在表面的一部分上设有开口部4，因此地线层1在此处没有导电性。在第一基板100的开口部4一边的面上配置由绝缘性树脂构成的第二基板2，在隔着所述第一基板100而与所述第二基板2相对的位置上配置由绝缘性树脂构成的第三基板3。在第二基板2的表面上设有起天线板作用的第一导体层5，在第三基板3的表面上形成起地线板的一部分作用的第二导体层6。在第二基板2上形成有：第一供电部7，其一端连接在第一导体层5上；第一短路部8，其一端连接在所述第一导体层5上，同时另一端连接在所述地线层1上。在第二基板2上还连接有电容10，其位于与第一供电部7的大致对角线上，并连接第一导体层5和地线层1。在第三基板3上设有第二短路部9，其一端连接在第二导体层6上，同时另一端经由贯通第一基板100形成的地线短路用通孔(通路)16连接在地线层1上。形成地线连接用通路16是通过冲孔和钻孔加工等的机械加工形成通孔，并在其通孔内填充导电性材料而制成的。在贯通孔内形成的导电体与第一基板100上的地线层1导通。作为基板，可以通过对一般的电路基板进行构图、加工而作成。作为各导体层可使用铜等的金属箔和蒸镀的金属层作成。短路部或供电部用导电性糊或金属粉末等形成。各导体层与短路部或供电部的连接用焊锡连接。也可使用导电性糊代替焊锡。
作为本发明天线装置的特征是通过使用第三基板3把相当于天线板的第一导体5与相当于地线板的第二导体6的间隔扩大了。这样由于能把天线板与地线板的间隔增大，所以能实现高的发射增益和宽的带域宽度。
通过对第一导体层与第二导体层间的电场强度较大位置的第一供电部7的对角位置施加容量，能将负荷的容量值减小，因此能减小负荷容量的损耗。
到目前位置，作为天线的材料，一直利用金属板，但金属加工困难和不能维持天线形状。本发明中作为天线的材料利用绝缘性树脂基板，所以制作容易，同时能实现维持稳定的天线形状。而且通过变更作为天线使用的绝缘性树脂基板的比电容率tanδ还能调整天线的阻抗特性。
在所述第二基板2、所述第三基板3上使用的绝缘性树脂基板的比电容率tanδ的值当然不需要使用相同的。这次采取的匹配天线装置的方法，通过事先准备多个所述第二短路部9的位置不同的所述第三基板3，并且将它们一个个地安装在所述开口部4上，而能够迅速并容易地进行。通过所述第二短路部9的位置变更也能变更天线装置的发射图形，所以容易选择最合适放置天线装置电波环境的发射图形。
图2表示了在使所述第二短路部9的位置变化时为表示天线装置的阻抗特性和发射图形的变化所用的天线样机。作为起天线板作用的第一导体层5、第二导体层6的形状都是30mm×30mm的正方形，第一供电部7、第一短路部8、第二短路部9的长度定为2mm。
地线层1的形状定为80mm×80mm的正方形、在其中央设有30mm×30mm正方形的开口部4。固定第二基板和第三基板以从上下将第一基板100的开口部4夹住的方式进行。其结果是成为所述第一导体层5和第二导体层6在第一基板100的上下方向上互相相对的结构。在该天线样机中使所述第二短路部9的位置作如下地变更。
(a)的位置...第一短路部8的正下方；
(b)的位置...第一供电部7的正下方；
(c)的位置...从第一供电部7向与第一短路部8相反的方向离开1mm处的正下方。
对各个情况测量其阻抗特性和发射图形变化的结果表示在图3。
所述第二短路部9各位置的阻抗特性在(a-3)、(b-3)、(c-3)的各史密斯圆图上描述的圆的轨迹的尺寸在变化的同时，共振频率的值也变大。发射特性也有大的变化，即与在(a)的位置向X轴或Y轴方向的天线增益高相对，在(c)的位置在Z轴方向上天线增益变高。
实施例1中表示了所述第二短路部9仅为一根时的特性，显然，具备多根时也同样可利用于阻抗特性、发射特性的调整。
同样，图4表示了把第一短路部8的位置变更到(d)、(e)时阻抗特性、发射图形的变化。
(d)的位置...距第一供电部7为1mm的位置；
(e)的位置...距第一供电部7为2mm的位置。
虽然发射图形没有大的变化，但能变更史密斯圆图上阻抗的轨迹的圆尺寸的同时还能调整共振频率。
即通过把短路部配置在第一供电部7的近旁，不必对第一供电部7重新附加匹配电路就能取得天线装置的匹配。
在实施例1中使用的第一导体层的形状是扁平的正方形，但通过在任意端部设置任意数的切口来调整天线装置的阻抗特性也没有问题。
(实施例2)
用图5说明本发明的实施例2。图5A表示了本发明天线装置上面(第一面)的图，图5B表示了剖面图、图5C表示下面(第二面)的图。图5中的H1和H2分别表示第二基板2和第三基板3的厚度。在地线层1开口部4以外区域的上面设有机械开关13和第一高频电路12。第一高频电路12通过供电线路11与第一供电部7连接。
在地线层1开口部4以外区域的下面配置有电池14和电池固定卡具15及第二高频电路17。第二高频电路17配置在设在第一基板1背面的第二地线层25上。第一高频电路12和第二高频电路17间通过贯通第一基板1的导电性通孔(未图示)连接。
如图5B所示，对第二基板2的厚度H1及第三基板3的厚度H2来说通过把比它们的高度低的部件配置在地线层1的上下面上，能把天线装置需要的投影面积缩小到约一半。这样能实现小型且高增益的天线装置。
(实施例3)
用图6说明本发明的实施例3。在图6中把大致线状的导体部件18大体配置在地线层1的周围，将其一端通过第二供电部19连接在天线切换开关20上，第一供电部7也同样地连接在所述天线切换开关20上，由此，实现了能根据周围环境而自由选择所使用天线的结构。
图7A表示了内部装有有本发明天线装置的通信设备的外观形状。通信设备的外侧上除了与机械开关相应的地方之外，被绝缘性树脂套21所覆盖，把机械开关形成在第一基板100的地线部以便能操作机械开关13。
在所述绝缘性树脂套21的一部分上开有孔，成为能从外部操作所述机械开关的构造。图7B表示了用手指实际操作通信设备的情况。
图8A表示了使图7B所示状态的第一导体层5起天线作用时的发射图形。通过用手指按机械开关使通信设备动作时，在X方向(身体的正面方向)产生发射图形的零位点，在该方向上存在通信对方时，有时产生通信质量的显著恶化。因此在图7B那样的通信设备的使用状态通过仅使大致线状的导体部件18作为天线动作能提高X方向(身体的正面方向)的天线增益。图8B表示了仅使所述大致线状的导体部件18作为天线动作时的发射图形。即通过使用天线切换开关切换天线在X方向也能得到充分的增益。
如以上所说明，把使第一导体层作为天线作用时的发射增益弱的方向通过使大致线状的导体部件作为天线起作用而盖上，具备该天线装置的通信设备即使被放置在各种方向时也能收发通信质量高的信号。
用手指操作机械开关时使能得到优越发射图象的大致线状的导体部件作为天线动作，插入胸部口袋时和接近香烟盒时通过使具有优越天线特性的第一导体层起天线作用，可实现提供在各种使用环境下都不产生显著特性恶化、稳定通信质量的天线装置。
产业上利用的可能性
根据以上本发明，装在ID卡和呼机等携带终端内的天线装置用高增益能实现宽带域特性的同时，能容易并迅速地取得阻抗匹配，且由于天线的形状变化少，所以能长期间保持高质量。

Claims (19)

1.一种天线装置，其特征在于，包括：
绝缘基板，其具有第一面和与第一面相对的第二面；
地线层，其具有导电性，并具有预定形状的开口部，所述地线层设置在所述绝缘基板的所述第一面上；
第一导体层，其具有与所述开口部的所述预定形状相同的形状，所述第一导体层在所述开口部与所述第一面分开并相对；
第二导体层，其具有与所述开口部的所述预定形状相同的形状，所述第二导体层在所述开口部的背面与所述第二面分开并相对；
供电部，其由带状的导体材料构成，并与所述第一导体层连接；
第一短路部，其由带状的导体材料构成，并与所述第一导体层和所述地线层连接；
第二短路部，其由带状的导体材料构成，并与所述第二导体层和所述地线层连接；
电容，其在所述第一导体层和所述地线层之间进行连接，
所述电容设置在距离所述供电部最远的位置或者该位置附近，
所述第一导体层构成第一天线。
2.如权利要求1所述的天线装置，其特征在于，所述绝缘基板包括第一基板，由绝缘树脂构成的第二基板，以及由绝缘树脂构成的第三基板，
在所述第二基板上具有所述第一导体层；
在所述第三基板上具有所述第二导体层；
沿所述第二基板的外侧面具有所述供电部和所述第一短路部；
沿所述第三基板的外侧面具有所述第二短路部；
所述第二基板和所述第三基板固定在所述第一基板上。
3.如权利要求1所述的天线装置，其特征在于，所述绝缘基板包括第一基板，所述天线装置还具有由绝缘树脂构成的第二基板，所述第一导体层设置在所述第二基板上，所述电容设置在所述第一导体层上距离所述供电部最远的位置上，或者所述第二基板上的与所述第一导体层上距离所述供电部最远的位置相邻的位置上。
4.如权利要求1所述的天线装置，其特征在于，具有邻近的所述供电部和所述第一短路部。
5.如权利要求1所述的天线装置，其特征在于，所述供电部设置在所述第二短路部处，或者与所述第二短路部相邻处。
6.如权利要求1所述的天线装置，其特征在于，所述第一短路部和所述第二短路部设置在不同处。
7.如权利要求1所述的天线装置，其特征在于，所述开口部是四边形，在所述四边形的大致对角相对的位置上设置所述电容和所述供电部。
8.如权利要求1所述的天线装置，其特征在于，在所述绝缘基板上具有由充填导电材料的短路用通孔形成的导电性通路，所述地线层和所述第二短路部通过所述导电性通路连接。
9.如权利要求1所述的天线装置，其特征在于，在所述第一面中与所述开口部不同处还具有与所述供电部连接的第一高频电路。
10.如权利要求9所述的天线装置，其特征在于，所述地线层包括第一地线层，所述天线装置在所述第二面上与所述开口部的背面不同处设有第二地线层和配置在该第二地线层上的第二高频电路，所述第一高频电路和所述第二高频电路通过导电性通路连接。
11.如权利要求9所述的天线装置，其特征在于，所述供电部包括第一供电部，所述天线装置还具有线状的导体部件，和在所述第一面上与所述开口部不同处设置的第二供电部，所述线状的导体部件通过所述第二供电部与所述第一高频电路连接。
12.如权利要求11所述的天线装置，其特征在于，所述线状的导体部件构成第二天线。
13.如权利要求12所述的天线装置，其特征在于，在所述第一面上与所述开口部不同处还具有切换开关，所述切换开关连接所述第二供电部、所述第一供电部和所述第一高频电路。
14.如权利要求13所述的天线装置，其特征在于，所述切换开关可用于切换所述第一天线和所述第二天线。
15.如权利要求1所述的天线装置，其特征在于，在所述基板的所述第一面上与所述开口部不同处还具有机械开关。
16.一种天线装置的制造方法，包括：
准备绝缘性的第一基板的工序，该第一基板具有第一面和与第一面相对的第二面；
在所述第一基板的第一面形成地线层的工序，该地线层具有导电性，并且具有预定形状的开口部；
在所述开口部与所达第一面分开并与所述开口部相对地形成第一导体层的工序，该第一导体层的形状与所述开口部的预定形状相同；
在所述开口部的背面与所述第二面分开并经由所述第一基板与所述开口部相对地形成第二导体层的工序，该第二导体层的形状与所述开口部的预定形状相同；
形成由带状的导体材料构成且与所述第一导体层连接的供电部的工序；
形成由带状的导体材料构成且与所述第一导体层和所述地线层连接的第一短路部的工序；
形成由带状的导体材料构成且与所述第二导体层和所述地线层连接的第二短路部的工序；
形成与所述第一导体层和所述地线层连接的电容的工序，
所述形成电容的工序将所述电容设置在所述第一导体层上且距离所述供电部最远的位置附近，
天线装置的制造方法还包括调整所述供电部、所述第一短路部和所述第二短路部从而优化排列的工序。
17.如权利要求16所述的制造方法，其特征在于，还包括：
在绝缘树脂构成的第二基板上形成所述第一导体层的工序；
在绝缘树脂构成的第三基板上形成所述第二导体层的工序；
在具有所述第一导体层的第二基板的侧面用导电性材料形成所述供电部和所述第一短路部的工序；
在具有所述第二导体层的第三基板的侧面用导电性材料形成所述第二短路部的工序；
将所述第二基板固定在所述第一基板的所述第一面上的工序；
将所述第三基板固定在所述第一基板的所述第二面上的工序。
18.如权利要求17所述的制造方法，其特征在于，所述调整工序还包括从具有不同的天线特性的多个第三基板中选择一个基板的工序，所述多个第三基板中每个都具有处于不同位置的第二短路部。
19.如权利要求17所述的制造方法，其特征在于，所述调整工序还包括从具有不同的天线特性的多个第二基板中选择一个基板的工序，所述多个第二基板中每个都在第一短路部与供电部间具有不同的距离。
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