CN101888015A - 天线以及无线通信装置 - Google Patents

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CN101888015A CN2010101783053A CN201010178305A CN101888015A CN 101888015 A CN101888015 A CN 101888015A CN 2010101783053 A CN2010101783053 A CN 2010101783053A CN 201010178305 A CN201010178305 A CN 201010178305A CN 101888015 A CN101888015 A CN 101888015A
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Abstract

本发明提供一种天线效率高的天线以及具有该天线的无线通信装置。在基板(10)的上下面形成地线电极(GND)。沿着基板(10)的一边的一部分在上下面形成非地线区域(NGA)。在基板(10)的上面的非地线区域(NGA)沿着基板(10)的边缘形成基板侧辐射电极(12)，该基板侧辐射电极(12)一个端部作为接地端(ET)与地线电极(GND)导通(接地)。在电介质块(20)形成电介质块侧辐射电极(21)以及电容形成电极(22)。在电介质块侧辐射电极(21)的端部与电容形成电极(22)的端部之间构成由电极间缝隙形成的电容耦合部(CC)。并且，在基板侧辐射电极(12)的中途串联连接电容器(31)。

Description

天线以及无线通信装置
技术领域
本发明涉及一种便携电话终端等的无线通信装置中使用的天线以及具有该天线的无线通信装置。
背景技术
专利文献1、2中公开了如下的天线，该天线以在电介质块形成辐射电极从而进行电容供电的方式构成。
图1表示专利文献1中所示的天线的剖面结构。在图1中，天线部2中在电介质基体4的内部形成供电辐射电极5的一端部分5α。该电介质基体4内部的供电辐射电极端部5α与形成于基板3的表面的供电用电极焊垫(pad)(11)相对，从而在与供电用电极焊垫11之间形成电容。来自信号供给源7的信号经由供电用电极焊垫11与供电辐射电极端部5α之间的电容对供电辐射电极5供电。该天线是供电辐射电极5的两端断开的λ/2型天线。天线的辐射电极仅在电介质块上形成。另外，在天线背面配置地线电极。
专利文献2中公开的天线是在电介质块形成电极的天线，天线的辐射电极的一端接地，另一端与地线电极相对从而形成电容耦合。该天线是从对地线的接地部的近旁进行电容供电的λ/4型天线。该天线的辐射电极仅在电介质块上形成。另外，在安装天线的区域没有配置地线。
[专利文献1]JP特开2003-347835号公报
[专利文献1]JP特开平11-251815号公报
专利文献1、2的天线是在电介质块形成电极的天线，该天线存在对于得到必需的谐振频率而需要的电介质块的尺寸较大的问题。虽然能够在基板形成辐射电极，但由于一般情况下基板(电路基板)的介电损失较大因此天线效率下降。
发明内容
本发明的目的是提供一种天线效率高的天线以及具有该天线的无线通信装置。
为了解决所述课题本发明的天线构成为：具有辐射电极，该辐射电极的第1端部是电容耦合部，第2端部接地，所述电容耦合部设置在电介质块上，所述第2端部设置在设置了所述电介质块的基板上，在所述基板上对所述辐射电极串联插入电容器。
通过该结构缩小基板内部的电磁场强的区域，从而由基板带来的介电损失降低，天线效率得到提高。
与所述电容耦合部导通的供电电极设置在所述基板上，所述供电电极的一端处于接地状态。
通过该结构，与使一端处于非接地状态相比，由于具有天线的谐振频率下降的效果，因此形成对于使天线小型化有利的电极结构。
所述电容器配置在从所述辐射电极的第2端部到所述辐射电极的中央之间。
通过该结构缩小基板内部的电磁场强的区域的效果提高，从而天线效率进一步提高。
另外，本发明的无线通信装置构成为：在壳体内设置本发明中具有特有的结构的天线。
根据本发明，缩小基板内部的电磁场强的区域，从而由基板带来的介电损失降低，天线效率得到提高。
附图说明
图1是专利文献1中所示的天线的剖面图。
图2是表示第1实施方式中的天线主要部分的结构的立体图。
图3是图2所示的3个天线100、101、102的等效电路图。
图4是涉及图2(A)以及图3(A)所示的天线100的图，图4(A)是天线100的平面图，图4(B)是表示基板10内部的电场强度的分布的图，图4(C)是表示谐振频率下的各种Q值的分析结果的图。
图5是涉及图2(B)以及图3(B)所示的天线101的图，图5(A)是天线101的平面图，图5(B)是表示基板10内部的电场强度的分布的图，图5(C)是表示谐振频率下的各种Q值的分析结果的图。
图6是涉及图2(C)以及图3(C)所示的天线102的图，图6(A)是天线102的平面图，图6(B)是表示基板10内部的电场强度的分布的图，图6(C)是表示谐振频率下的各种Q值的分析结果的图。
图7是表示在电介质块20的近旁配置了电容器31时的基板10内部的电场强度的分布的图。
图8是表示改变电容器31的电容时的基板10表面的电场强度的分布的图。
图9是表示第2实施方式中的天线主要部分的结构的立体图。
图10是图9所示的3个天线200、201、202的等效电路图。
符号说明：
CC-电容耦合部
ET-接地端
FL-供电线路
FT-供电端子
GC-地线连接部
GND-地线电极
L1-电感器
NGA-非地线区域
NGC-地线非连接部
ZE-低电场强度区域
10-基板
12-基板侧辐射电极
20-电介质块
21-电介质块侧辐射电极
22-电容形成电极
31-电容器
100、101、102-天线
200、201、202-天线
具体实施方式
【第1实施方式】
参照图2～图8对第1实施方式中的天线以及具有该天线的无线通信装置进行说明。
图2是表示天线的主要部分的结构的立体图。图2(A)是不存在对辐射电极串联连接的电容器的天线100的立体图，图2(B)以及图2(C)是具有所述电容器的天线101、102的立体图。图2(A)是用于准备说明第1实施方式中的天线的结构的图。
如图2(A)所示，在基板10的上下面分别形成地线电极GND。沿着基板10的一边的一部分在上下面分别形成非地线区域NGA。另外，在基板10的上面形成供电线路FL，该供电线路FL的一个端部作为供电端子FT而形成，另一端由地线连接部GC连接于地线电极GND。在供电线路FL与地线电极GND之间设有电极非形成部，由所述供电线路FL、电极非形成部、以及地线电极GND构成共面线路(coplanar line)。
另外，在基板10的上面的非地线区域NGA沿着基板10的边缘形成基板侧辐射电极12，该基板侧辐射电极12一个端部作为接地端ET与地线电极GND导通(接地)。
另一方面，在六面体形状的电介质块20形成电介质块侧辐射电极21以及电容形成电极22。在所述电介质块侧辐射电极21的端部以及电容形成电极22的端部之间由电极间缝隙(gap)形成电容耦合部CC。具有这些电极的电介质块20安装在基板10的非地线区域NGA。由此，电介质块侧辐射电极21的端部与所述基板侧辐射电极12的端部导通，电容形成电极22的端部与所述供电线路FL的地线连接部GC附近导通。
图2(B)所示的例子中，在靠近所述基板侧辐射电极12的接地端ET的位置以串联连接电容器31的方式安装电容器31。
另外，图2(C)的例子中，在所述基板侧辐射电极12的中途(电介质块20与电介质块侧辐射电极21的连接部(第2端部)与接地端ET的大致中间位置)安装电容器31。
图3是图2所示的3个天线100、101、102的等效电路图。在图3中，基板侧辐射电极12以及电介质块侧辐射电极21作为1个辐射电极发挥作用，由基板侧辐射电极12以及电介质块侧辐射电极21构成的辐射电极的第1端部由电容耦合部CC进行电容供电。图中的电感器L1作为元件符号来表示供电线路FL的地线连接部GC附近产生的电感。
如图2(B)所示，通过在基板侧辐射电极12的接地端ET附近设置电容器31，如图3(B)所示那样成为辐射电极的第2端部(与电容耦合部即第1端部相反侧的端部)通过电容器31而开路的结构。
另外，如图2(C)所示，通过在基板侧辐射电极12的中途设置电容器31，如图3(C)所示那样成为在辐射电极的中途插入电容器的结构。
图4是涉及图2(A)以及图3(A)所示的天线100的图，图4(A)是天线100的平面图，图4(B)是表示基板10内部的电场强度的分布的图，图4(C)是表示谐振频率中的各种Q值的分析结果的图。
图5是涉及图2(B)以及图3(B)所示的天线101的图，图5(A)是天线101的平面图，图5(B)是表示基板10内部的电场强度的分布的图，图5(C)是表示谐振频率中的各种Q值的分析结果的图。
图6是涉及图2(C)以及图3(C)所示的天线102的图，图6(A)是天线102的平面图，图6(B)是表示基板10内部的电场强度的分布的图，图6(C)是表示谐振频率中的各种Q值的分析结果的图。
图7是表示在电介质块20的近旁配置了所述电容器31时的基板内部的电场强度的分布的图。
在这些例子中，使电介质块20上的电容值为与所述电容器31的电容值相同的值。
如图2(A)所示，在基板侧辐射电极12中没有插入电容器时，天线进行λ/4动作(辐射电极进行1/4波长谐振)。(在此λ为谐振频率中的1波长。)图4(B)中以深浅表示从与图4(A)相同方向观察的基板内部(距基板的上面0.2mm的内部)的电场强度。该计算是使用电磁场模拟装置进行的。
这样可知，电场在基板侧辐射电极12的接地端ET处大致为0，在电容耦合部CC处为最大值，在基本10的内部电磁场广泛分布。
另一方面，若如图2(B)、图2(C)所示那样在基板10的基板侧辐射电极12串联地插入电容器31，则因为由基板侧辐射电极12以及电介质块侧辐射电极21形成的辐射电极的两端为开路端，因此进行λ/2动作(辐射电极进行半波长谐振)。但是，对于得到与图2所示的天线100相同的谐振频率，要使电容耦合部CC中产生的电容值比图2(A)的天线100大。
如图5(B)、图6(B)所示，插入电容器31的部分与电容耦合部CC分别出现电场强度分布的山，在山与山之间能够形成电场强度大致为0的低电场强度区域ZE。
可知，与图4(B)相比图5(B)、图6(B)中基板10内的电场强度高的区域变窄，低电场强度区域ZE变宽。
此外，在电介质块20的近旁将电容器31串联在基板侧辐射电极12时，如图7所示虽然在从接地端ET至电容器31的基板上的线路进行λ/4动作，也能够在辐射电极的中部形成电场强度大致为0的低电场强度区域，但是由于该区域非常窄，因此难以抑制基板内的电场强度，天线效率的改善效果较差。
若在电介质即基板10的内部产生电场，则产生基板的介电损失。由于基板的电介质Q一般情况下较低，玻璃环氧基板中大约为40左右，因此在图2(A)所示的天线100中基板10内部的电场较强从而产生大的介电损失。
若由Qr表示辐射Q，由Qc表示导体Q，由Qd表示电介质Q，则各自的倒数是辐射损耗、导体损耗、介电损失。另外，在电介质块20中产生导体损耗1/Qc(ANT)以及介电损失1/Qd(ANT)，在基板10中产生导体损耗1/Qc(PWB)以及介电损失1/Qd(PWB)。因此，天线的Qo由下式定义。
1/Qo＝1/Qr+1/Qc(ANT)+1/Qd(ANT)+1/Qc(PWB)+1/Qd(PWB)
若对图5(C)、图6(C)与图4(C)进行对比可知，通过插入电容器31，基板的介电损失(1/Qd(PWB))减少为约1/3。通过减少由基板10带来的介电损失，与天线100相比天线101或者天线102其天线效率改善约0.5dB左右。
为了抑制基板10内部的电磁场强度，在基板侧辐射电极12部分使电场大致为0是很重要的。
插入所述电容器31的位置优选配置在从接地端ET(辐射电极的第2端部)到基板侧辐射电极12的中央之间。这是因为若靠近电介质块20配置电容器31，则沿着基板侧辐射电极12从电容器31到接地端ET的长度变长，在该部分进行λ/4谐振。也就是说，若进行λ/4谐振，则由于基板内的电场强度大致为0的低电场强度区域ZE变窄，因此难以抑制基板内的电场强度，天线效率的改善效果较差。
因此，插入基板侧辐射电极12的电容器31的位置优选与电介质块20侧相比靠近于接地端ET侧。这是因为若所述电容器31远离电容耦合部CC，则能够在基板侧辐射电极12上形成低电场强度区域ZE，基板的介电损失降低。
图8是表示改变电容器31的电容时的谐振频率处的基板10表面的电场强度分布的图。在此，电容器31按照图2(B)所示安装于接地侧ET。使电介质块20上的电容值为1pF时的图8中的(a)～(f)与电容器31的电容之间的关系如下所示。
(a)0.3pF
(b)0.5pF
(c)1.0pF
(d)3.0pF
(e)10pF
(f)15pF
所述低电场强度区域ZE的位置由所述电容器31与电介质块20上的电容耦合部的电容值之间的对比决定，若两者的值靠近，则在基板侧辐射电极12上产生的低电场强度区域ZE的范围变宽，那些由基板10带来的介电损失降低。
如图8所示，电容器31的电容在0.5pF～3pF的范围内低电场强度区域明显展宽。因此所述电容器31的电容值设定为与电介质块20上的电容耦合部的电容值实质上相同等级的值(0.5～3.0倍的范围内的关系)即可。
另外，不改变电介质块20上产生的电容耦合部CC的电容值的情况下(不改变电介质块20的介电常数或电极的尺寸)，若减小所述电容31的电容值则天线的谐振频率提高。若进一步减小所述电容31的电容值，则频率漂移的灵敏度提高。相反，若增大电容31的电容值则天线的谐振频率下降，接近于没有插入电容31时的谐振频率。这样，由于改变串联插入的电容器的电容值则天线的谐振频率变化，因此为了频率调整能够使用这种现象。该情况下，由于减小电容值则灵敏度提高(频率漂移加剧)，因此作为频率调整用并不优选电容值小的电容器。如果以频率调整为目的，串联插入辐射电极的电容器的电容值优选使用与电介质块上的电容耦合部的电容值相比等级不同的(例如10倍以上的)大的值。
另一方面，由于本发明是为了抑制设置了基板侧辐射电极的基板内部的电场强度，因此插入基板侧辐射电极的电容器31的电容值如所述那样设定为接近于电介质块20上的电容耦合部的电容值的值。由此，能够在基板侧辐射电极12上形成低电场强度区域ZE，基板的介电损失降低从而获得天线效率高的天线。
【第2实施方式】
参照图9、图10对第2实施方式中的天线以及具有该天线的无线通信装置进行说明。
图9表示天线的主要部分的结构的立体图。图9(A)是不存在对辐射电极串联连接的电容器的天线200的立体图，图9(B)以及图9(C)是具有所述电容器的天线201、202的立体图。图9(A)是用于准备说明第2实施方式中的天线的结构的图。
与第1实施方式中图2所示的天线100、101、102不同的是供电线路FL的结构。供电线路FL的一个端部作为供电端子FT而形成，另一端并不连接于地线。(设置有地线非连接部NGC)其他结构与图2所示的天线100、101、102相同。
图10是图9所示的3个天线200、201、202的等效电路图。在图10中，基板侧辐射电极12以及电介质块侧辐射电极21作为1个辐射电极发挥作用，由基板侧辐射电极12以及电介质块侧辐射电极21构成的辐射电极的第1端部由电容耦合部CC进行电容供电。
如图9(A)所示，在基板侧辐射电极12没有串联地设置电容器31状态下，电场在基板侧辐射电极12的接地端ET处大致为0，在电容耦合部CC处为最大值，在基本10的内部电磁场广泛分布。
另一方面，如图9(B)、图9(C)所示，若在基板10的基板侧辐射电极12串联地插入电容器31，则因为由基板侧辐射电极12以及电介质块侧辐射电极21形成的辐射电极的两端为开路端，因此进行λ/2动作(辐射电极进行半波长谐振)。其结果是插入电容器31的部分与电容耦合部CC分别出现电场强度分布的山，在该山与山之间能够形成电场强度大致为0的低电场强度区域ZE，基板的介电损失降低从而获得天线效率高的天线。

Claims (6)

1.一种天线，其特征在于，
具有辐射电极，该辐射电极的第1端部是电容耦合部，第2端部接地，
所述电容耦合部设置在电介质块上，
所述第2端部设置在设置了所述电介质块的基板上，
在所述基板上对所述辐射电极串联插入电容器。
2.根据权利要求1所述的天线，其特征在于，
与所述电容耦合部导通的供电电极设置在所述基板上，所述供电电极的一端处于接地状态。
3.根据权利要求1所述的天线，其特征在于，
所述电容器配置在从所述辐射电极的第2端部到所述辐射电极的中央之间。
4.根据权利要求2所述的天线，其特征在于，
所述电容器配置在从所述辐射电极的第2端部到所述辐射电极的中央之间。
5.根据权利要求1～4中的任意一项所述的天线，其特征在于，
所述电容器的电容值相对于所述电容耦合部产生的电容值是0.5～3.0倍的范围内的关系。
6.一种无线通信装置，其特征在于，
在壳体内设置有权利要求1～5中的任意一项所述的天线。
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