CN102142596A

CN102142596A - 天线装置

Info

Publication number: CN102142596A
Application number: CN2010105772062A
Authority: CN
Inventors: 歌川尚明; 铃木圭; 张原康正; 松岛正树; 大桥武
Original assignee: TDK Corp
Current assignee: TDK Corp
Priority date: 2009-12-09
Filing date: 2010-12-07
Publication date: 2011-08-03
Also published as: US20110133993A1; JP2011124684A; EP2333898B1; US8525732B2; JP5120367B2; EP2333898A1

Abstract

本发明提供一种天线装置。辐射电极(132)以折叠构造印刷在介电体的上表面、侧表面和下表面上。馈电电极(130)和接地电极(134)印刷在天线元件(124)的下表面上。上表面上的馈电电极(130)和辐射电极(132)作为平行平面彼此相对。接地电极(134)和辐射电极(132)也作为平行平面彼此相对。在天线元件(124)的与辐射电极(132)折叠一侧的侧表面相对的其中一个侧表面上未形成电极。

Description

天线装置

技术领域

本发明涉及一种天线装置，更具体地涉及一种用于调节天线特性的技术。

背景技术

结合在移动电话之类的小型无线电终端中的芯片状天线元件通过在介电体块上印刷辐射电极和馈电电极而形成。辐射电极和馈电电极通过间隙(以下称为“馈电间隙”)相互电容耦合。当将AC电流供应到馈电电极而产生电场时，AC电流也在辐射电极中流动，从而从辐射电极产生无线电波。

引用列表

专利文献

专利文献1：日本专利申请特开公报No.10-13138。

诸如谐振频率和阻抗之类的天线特性根据馈电间隙的电容(以下称为“馈电耦合电容”)而变化。典型地，馈电间隙通常形成在介电体的上表面或侧表面上(例如，参见专利文献1)。在这种情况下，有必要减小馈电间隙的宽度，以提高馈电耦合电容。然而，通过现有制造技术(厚膜电极印刷技术)，难以将馈电间隙的宽度减小至0.3mm以下。

鉴于以上问题做出本发明，并且本发明的主要目的是实现这样一种天线装置，其能够容易地调节天线装置的特性，并能够容易地制造。

发明内容

根据本发明的天线装置包括天线元件和印刷板。该天线元件具有大致长方体形状的介电体，在该介电体的表面上印刷有辐射电极、馈电电极和接地电极。该印刷板包括供安装所述天线元件的安装区以及绕该安装区形成的接地图案区。所述馈电电极和所述接地电极都仅形成在所述介电体的下表面上。所述辐射电极以折叠构造形成在所述介电体的上表面、第一侧表面以及下表面上。与所述第一侧表面相对的第二侧表面构造成无电极形成区。

其上形成有馈电电极的表面与其上横过介电体形成辐射电极的上表面相对。通过介电体形成电容，从而易于提高在馈电电极与辐射电极之间形成的馈电耦合电容。这可同样适用于接地电极与辐射电极之间形成的电容(以下称为“接地耦合电容”)。而且，通过改变馈电电极、接地电极或辐射电极的面积，可改变接地耦合电容或馈电耦合电容，以改变诸如谐振频率或阻抗之类的天线特性，从而易于调节天线特性。

与所述第一侧表面和所述第二侧表面相邻的第三侧表面和第四侧表面的其中之一或二者都可构造成无电极形成区。可选地，所述辐射电极的一部分可形成在与所述第一侧表面和所述第二侧表面相邻的第三侧表面和第四侧表面的其中之一或二者的上部分上。

所述辐射电极可形成在整个所述上表面上。所述辐射电极可形成在整个所述第一侧表面上。该构造简化了天线装置的电极图案，从而增强了可制造性。

在所述下表面上，所述接地电极可形成为与所述辐射电极相对，在所述接地电极与所述辐射电极之间夹设具有预定宽度的间隙。

应当注意，在设备、系统等之间变换的上述结构部件和表述的任意组合都实现为当前实施方式并由当前实施方式涵盖。

本发明对于实现这样的天线装置是有效的，该天线装置能够容易地调节天线特性，并能够容易地制造。

附图说明

结合附图，从某些优选实施方式的以下说明将会更清楚本发明的以上特征和优点，在附图中：

图1是示出本发明的第一实施方式中的天线装置的外观的图；

图2是第一实施方式中的天线元件的展开图；

图3是天线装置的等效电路图；

图4是对比例中的天线装置的外观；

图5是示出第一类型与侧隙类型之间针对回波损耗与频率之间的关系的对比的曲线图；

图6是示出第一类型与侧隙类型之间针对辐射效率与频率之间的关系的对比的曲线图；

图7是第二实施方式中的天线装置的外观；

图8是第三实施方式中的天线装置的外观；

图9是示出第一、第二和第三类型之间针对回波损耗与频率之间的关系的对比的曲线图；

图10是示出第一、第二和第三类型之间针对辐射效率与频率之间的关系的对比的曲线图；

图11是其中安装区被金属体环绕的天线装置的外观；

图12是其中安装区被金属体环绕的天线装置的俯视图；以及

图13是示出在安装和不安装金属体时，第一类型和第二类型之间针对所呈现的辐射效率与频率之间的关系的对比的曲线图。

具体实施方式

参照附图描述本发明的优选实施方式。在以下实施方式中，以结合在移动电话中的天线元件作为实施例。天线装置形成为结合有天线元件的移动电话。

图1是示出本发明的第一实施方式中的天线装置100的外观的图。通过将天线元件124安装在移动电话的印刷板122上而形成天线装置100。如图1中所示，x轴设置成沿天线元件124的短长度方向，y轴设置成沿天线元件124的纵向，z轴设置成沿天线元件124的厚度方向。

印刷板122具有尺寸为40mm×100mm(x×y)的矩形板状形状。印刷板122包括基本上在印刷板的整个表面上形成的接地图案区103以及在该印刷板的表面的一部分上形成的安装区104。安装区104形成在印刷板122的外周部处，例如在侧部或角部处。更具体地说，在本实施方式中，安装区104形成在印刷板122的长侧部的中央(还参见图12)。安装区104的尺寸为5.0mm×3.0mm(x×y)。安装区104的x方向长度优选为其y方向长度的1.5倍以上。

天线装置100的谐振频率设定成约2.45GHz，2.45GHz为的频带。天线元件124的尺寸为1.25mm×2.0mm×0.8mm(x×y×z)。

在安装区104中形成三个电极图案，即：馈电图案106；第一接地电极连接图案108；以及第二接地电极连接图案110。馈电图案106通过馈电线112接收AC功率，该馈电线为特性阻抗为50Ω的传输线。天线元件124接合到这些图案上。也就是说，这些图案中的全部或部分用作天线元件124的接合区(land)。

图2是第一实施方式中的天线元件124的展开图。参照图1和图2描述天线元件124的结构。天线元件124具有大致长方体形状的介电体作为基体，在该基体的表面上印刷有馈电电极130、辐射电极132以及接地电极134。矩形下表面138(1.25mm×2.0mm)结合至安装区104，天线元件124借此固定至印刷板122。将天线元件124的四个侧表面分别称为第一侧表面140(1.25mm×0.8mm)、第二侧表面142(1.25mm×0.8mm)、第三侧表面144(2.0mm×0.8mm)以及第四侧表面146(2.0mm×0.8mm)。第四侧表面146为位于印刷板122的外周侧的表面，第三侧表面144为位于印刷板122的内侧的表面。

辐射电极132以折叠构造印刷在上表面136、第一侧表面140和下表面138上。以下，将辐射电极132的印刷在上表面136、第一侧表面140和下表面138上的部分分别称为“辐射电极132a、132b和132c”。辐射电极132a印刷在整个上表面136上。辐射电极132b印刷在整个第一侧表面140上。辐射电极132c仅印刷在下表面138的一部分上。

在下表面138上还印刷有馈电电极130和接地电极134。馈电电极130和接地电极134部分相互平行地延伸。接地电极134形成为环绕馈电电极130并与辐射电极132c部分平行地延伸的L形状。第二侧表面142、第三侧表面144以及第四侧表面146均为无电极形成区。接地电极134的开放端(电压点)，即L形状的短臂的前端，面向印刷板122的外周(参见图1)。其原因在于使开放端远离接地图案区103，从而尽可能提高辐射阻抗。

馈电电极130连接至馈电图案106，并从馈电线112接收AC功率。接地电极134通过第二接地电极连接图案110连接至具有接地电势的接地图案区103。辐射电极132c通过第一接地电极连接图案108连接至接地图案区103。

接地电极134和辐射电极132a在平面上相互面对，从而在接地电极134与辐射电极132a之间形成接地耦合电容C1。类似地，在馈电电极130与辐射电极132a之间形成馈电耦合电容C2。也就是说，介电体自身形成馈电间隙。天线装置100的谐振频率根据接地耦合电容C1变化。天线装置的阻抗匹配可主要通过馈电耦合电容C2调节。

在接收功率时，馈电电极130产生电场，并且通过馈电耦合电容C2在辐射电极132a中产生AC电流。这致使辐射电极132产生无线电波。

接地电极134和辐射电极132a作为平行平面彼此相对，从而与在介电体的上表面或侧表面中形成间隙的情况相比，容易确保较大的接地耦合电容C1。类似地，馈电电极130和辐射电极132a作为平行平面彼此相对，从而易于提高馈电耦合电容C2。馈电电极130与接地电极134或者接地电极134与辐射电极132c包括在同一平面上，从而以上电极之间产生的电容影响与接地耦合电容C1和馈电耦合电容C2相比微乎其微。

可根据接地电极134的面积或天线元件124的高度来调节接地耦合电容C1的大小。例如，可采取这样的过程，其中首先根据天线元件124的高度粗调接地耦合电容C1，然后根据接地电极134的面积对其进行精调。类似地，可根据馈电电极130的面积或天线元件124的高度调节馈电耦合电容C2的大小。例如，可采取这样的过程，其中首先根据天线元件124的高度粗调馈电耦合电容C2，然后根据馈电电极130的面积对其进行精调。

通过改变接地电极134或馈电电极130的面积(形状)而改变接地耦合电容C1或馈电耦合电容C2，从而与调节馈电间隙的宽度以调节耦合电容的情况相比，更易于扩展耦合电容的可调范围。结果，可仅通过天线元件124精确地调节天线特性，而不过度依赖用于调节阻抗或谐振频率的所谓的(外部)匹配元件。

安装区104通常形成在印刷板122的角部。这是因为与使天线元件124形成在印刷板122的侧边缘部的情况相比，更易于抑制回波损耗。在第一实施方式中的天线元件124的情况下，接地耦合电容C1和馈电耦合电容C2可宽范围调节，从而易于实现低回波损耗和高辐射效率。结果，即使在安装区104形成在侧边缘部，例如印刷板122的长侧的中央时，也可获得实用性能。

在天线元件124中，除下表面138以外的表面的电极图案非常简单。此外，下表面138的电极图案也不太复杂。这使得天线元件124易于制造，从而容易使质量稳定。

图3是天线装置100的等效电路图。AC电源150是向馈电图案106和馈电电极130馈送AC电流的馈电源。

图4是对比例中的天线装置105的外观。对比例中示出的天线装置105通过基于以下假设的模拟而获得，该假设即在2.45GHz频带中使用具有专利文献1的图4中所示的构造的天线元件。与第一实施方式中的天线装置100的天线元件124(以下也称为“第一类型”)不同，对比例的天线装置105的天线元件125(以下也称为“侧隙类型”)具有在第二侧表面142上形成的间隙G1和G2。作为将天线装置125的x方向尺寸和y方向尺寸固定成与天线元件124的x方向尺寸和y方向尺寸相同的尺寸进行的模拟结果，所获得的天线元件125的尺寸为1.25mm×2.0mm×2.0mm(x×y×z)。即，与第一类型相比，该天线元件的高度增加。间隙G1的宽度为0.01mm，间隙G2的宽度为0.04mm，从而使该天线元件的实际制造变得困难。

图5是示出第一类型和侧隙类型之间针对回波损耗与频率之间的关系的对比的曲线图。这里假设天线元件124和125的基体(介电体)的相关介电常数为37。此外，假设馈电电极130、辐射电极132以及接地电极134由铜(Cu)制成。如图5中所示，在

频带内，第一类型的回波损耗显著小于侧隙类型的回波损耗。

图6是示出第一类型和侧隙类型之间针对辐射效率和频率之间的关系的对比的曲线图。与侧隙类型中相比，第一类型中的辐射效率显著提高。第一类型的最大辐射效率为78.6(％)，侧隙类型的最大辐射效率为23.2(％)。也就是说，在使用第一类型的情况下，最大辐射效率提高55.4(％)(＝78.6-23.2)。

图7是第二实施方式中的天线装置101的外观。与第一类型的情况不同，在第二实施方式中的天线装置101的天线元件126(以下称为“第二类型”)中，在第三侧表面144和第四侧表面146的上部(上表面136侧)中也形成辐射电极132。因此，辐射电极132的面积实际上得以提高，这容易使VSWR(电压驻波比)下降。

图8是第三实施方式中的天线装置102的外观。在第三实施方式中的天线装置102的天线元件127(以下也称为“第三类型”)中，辐射电极132形成在第四侧表面146的上部(上表面136侧)以及上表面136的外周侧(第四侧表面146侧)中。当辐射电极132与接地图案区102之间的距离(以下也称为“接地距离”)较小时，辐射电极132与接地图案区102之间的电磁耦合(以下也称为“接地耦合”)容易变得明显。当接地耦合变大时，辐射阻抗变小，从而容易使辐射效率变差。由于在第三类型中，辐射电极132的主要部分形成在上表面136的外周侧以及第四侧表面146的上部，因此可确保足够的接地距离。

图9是示出第一、第二和第三类型之间针对回波损耗与频率之间的关系的对比的曲线图。第二和第三类型的回波损耗小于第一类型的回波损耗，但是其间的差异很小。

图10是示出第一、第二和第三类型之间针对辐射效率与频率之间的关系的对比的曲线图。第一至第三类型的最大辐射效率大约为79％，这意味着不存在显著差异。根据上述，发现第一、第二和第三类型具有相同的天线性能。第一类型中的辐射电极132的电极图案最简单，因而从可制造性角度来说第一类型可称为是三种类型中最优异的。

图11是其中安装区104被金属体114环绕的天线装置100的外观，图12是图11的俯视图。在第二类型中，第三侧表面144和第四侧表面146均被辐射电极132局部覆盖，从而在第二类型中预期实现屏蔽有效性。也就是说，对于第二类型，假设侧表面部分的辐射电极132有效地保护馈电电极130或接地电极134免受外部影响。为了证实该假设，进行模拟以评估在其中金属体114安装在安装区104周围的构造中获得的天线特性。基于以下假设使用金属体114，该假设即电池、LCD(液晶显示器)、屏蔽壳体、金属框架或其他电子部件都安装在该部分中。金属体114的尺寸为36mm×45mm×5.0mm(x×y×z)。对于安装区104与金属体114之间的距离，确保x方向和y方向的距离都为3.0mm。

图13是示出在安装和不安装金属体114时，第一类型和第二类型之间针对所呈现的辐射效率与频率之间的关系的对比的曲线图。与图10的情况不同，图13示出在最大辐射效率附近的频率特性。在未安装金属体114的情况下，在第一类型和第二类型中，最大辐射效率分别为78.6(％)和78.9(％)，这意味着存在很小的差异。在安装金属体114的情况下，在第一类型和第二类型中，最大辐射效率分别为75.7(％)和76.8(％)。也就是说，在第一类型的情况下，金属体114的安装使最大辐射效率减小2.9(％)(＝78.6-75.7)，而在第二类型的情况下，最大辐射效率减小2.1(％)(＝78.9-76.8)。也就是说，与第一类型相比，第二类型受到金属体的影响较小，这证实了以上假设。

基于相应实施方式描述了天线装置100、101和102。在各个实施方式中，下表面138的馈电电极130和接地电极134作为平行平面与上表面136的辐射电极132a相对，从而可容易地提高接地耦合电容C1与馈电耦合电容C2。使第二侧表面142作为完全开放端，在天线元件124的任何表面上都不形成馈电间隙。接地耦合电容C1或馈电耦合电容C2根据馈电电极130或接地电极134的面积而变化。因此，可仅通过在天线元件上形成的电极图案而明显改变天线特性。而且，简单的电极图案提高了可制造性，并有助于成本降低和质量稳定性。

在利用电感器调节天线特性的情况下，电感器的电阻部件会降低辐射效率。然而，在根据本实施方式的天线元件的情况下，谐振频率和阻抗都可通过电容(接地耦合电容C1、馈电耦合电容C2)调节，从而不需要利用电极图案形成电感。

根据以上实施方式描述了本发明。本领域技术人员应当理解，以上实施方式仅是本发明的示例，在本发明的权利要求的范围内可进行各种修改和变更，所有这样的变型都包含在本发明的权利要求的范围内。因此，本说明书中的描述和附图应当视为不是限制性的而是说明性的。

Claims

1.一种天线装置，该天线装置包括：

天线元件，该天线元件包括具有大致长方体形状的介电体，在该介电体的表面上形成有辐射电极、馈电电极和接地电极；以及

印刷板，该印刷板包括供安装所述天线元件的安装区以及绕该安装区形成的接地图案区；其中

所述馈电电极和所述接地电极都仅形成在所述介电体的下表面上，

所述辐射电极以折叠构造形成在所述介电体的上表面、第一侧表面以及下表面上，并且

与所述第一侧表面相对的第二侧表面构造成无电极形成区。

2.根据权利要求1所述的天线装置，其中

与所述第一侧表面和所述第二侧表面相邻的第三侧表面和第四侧表面的其中之一或二者构造成无电极形成区。

3.根据权利要求1所述的天线装置，其中

所述辐射电极的一部分形成在与所述第一侧表面和所述第二侧表面相邻的第三侧表面和第四侧表面的其中之一或二者的上部分上。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的天线装置，其中

所述辐射电极形成在整个所述上表面上。

5.根据权利要求1所述的天线装置，其中

所述辐射电极形成在整个所述第一侧表面上。

6.根据权利要求1所述的天线装置，其中

在所述下表面上，所述接地电极形成为与所述辐射电极相对，在所述接地电极与所述辐射电极之间夹设具有预定宽度的间隙。