CN102714358A

CN102714358A - 天线及无线通信装置

Info

Publication number: CN102714358A
Application number: CN2010800616244A
Authority: CN
Inventors: 楠本裕亮
Original assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Priority date: 2010-01-18
Filing date: 2010-08-03
Publication date: 2012-10-03
Also published as: US20120280890A1; JPWO2011086723A1; WO2011086723A1

Abstract

本发明提供一种设计自由度高且具有宽频带特性及高效率特性的天线及具备该天线的无线通信装置。天线(201)由电路基板(50)和安装在该电路基板(50)上的天线芯片(101)构成。天线芯片(101)是将多个电介质层和多个电极层层叠而形成为长方体状，且从两端面到上下表面形成有多个端子电极的构件。第一放射电极(21)与供电电极(10)对置而产生电容的部分及第二放射电极(22)与供电电极(10)对置而产生电容的部分作为电容供电部发挥作用。供电电极(10)的端部与供电端子(11)导通。在电路基板(50)的一边附近形成有长方形状的非地线区域(NGA)，且沿着该非地线区域(NGA)的一边形成有第一基板侧放射电极(61)及第二基板侧放射电极(62)。

Description

天线及无线通信装置

技术领域

本发明涉及在便携式电话终端等无线通信装置中使用的天线及具备该天线的无线通信装置。

背景技术

作为装入到便携式电话终端等无线通信装置中的天线的性能，要求与多频带对应且小型。作为与多频带对应的天线装置，公开有专利文献1～3。

在专利文献1中，公开了一种一端接地的无供电元件和放射元件沿上下方向层叠配置的结构的天线。

在专利文献2中公开了一种具有供电放射电极的天线，该供电放射电极以一端侧为供电端部且以另一端侧为开路端部，具有多个互不相同的共振频率。

在专利文献3中公开了一种面安装型天线，其中，一端与地线电极连接且另一端开路的放射电极、供电用电极及结合用电极层叠而一体地形成在电介质中，且放射电极与供电用电极经由在放射电极与结合用电极之间形成的电容而电磁场结合。

图1是表示专利文献1的天线装置的结构的图。专利文献1的天线装置中，在接地导体板1的上部层叠被供电了的板状放射导体元件2和无供电的附加导体板3，在板状放射导体元件2和附加导体板3的相同侧的一端，将与接地导体板1连接的短路导体元件6和短路导体板7分别分离形成，并设置使板状放射导体元件2的向接地导体板1的短路端与附加导体板3的向接地导体板1的短路端的相对位置可变的位置调整机构，来使板状放射导体元件2与附加导体板3的电磁场结合量可变。该天线装置为通过板状放射导体元件的1/4波长的共振和与板状放射导体元件2对置配置的附加导体板3利用电磁场结合被供电，而实现多重共振(两重共振)化的天线。

在先技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开平5-90828号公报

专利文献2：日本特开2005-150937号公报

专利文献3：日本特开平8-330830号公报

专利文献1所示的天线通过被直接供电的电极引起的共振和利用电磁场结合被供电的电极引起的共振而实现多重共振(两重共振)化。因此，在板状放射导体元件长度变化的情况下，与通过电磁场结合被供电的附加导体板之间的电容值发生变化，因此难以独立地控制各自的频率。

专利文献2所示的天线为涉及切换共振频率的技术的内容，由于使经由匹配元件与地线连接的电极(静电电容施加部)接近供电电极的开路端部，因此存在天线效率劣化这样的缺点。

专利文献3所示的天线通过在与供电用电极连接的两片结合用电极之间具有一片放射电极的结构来实现宽频带化。叙述了通过将多个放射电极形成在不同的电介质片上来具有多个共振频率这样的内容，但由于与放射电极相连的端子为共用的端子，因此存在各自的电流发生干涉而使天线效率劣化的缺点。

发明内容

因此，本发明的目的在于提供一种设计自由度高且具有宽频带特性及高效率特性的天线及具备该天线的无线通信装置。

本发明的天线为电容供电型的天线，其具备：放射电极，其第一端部与地线电极连接，且第二端部开路；供电电极，其第一端部与供电电路连接，所述供电电极与所述放射电极对置而在该供电电极与该放射电极之间产生电容，所述天线的特征在于，

具备一个供电电极和多个放射电极，各放射电极在电容供电部由供电电极进行电容供电。

另外，本发明的无线通信装置构成为在框体内设有具有本发明特有的结构的天线。

发明效果

通过将多个部位的电容供电部调整成不同的电容值，从而能够实现多重共振化。并且，通过使多个放射电极的向地线电极的连接端分别独立，从而能够自由地配置从多个放射电极向地线电极相连的独立的线路。并且，通过使各电流路径彼此远离，从而能够防止流过逆相的电流引起的天线效率的劣化。

附图说明

图1是表示专利文献1的天线装置的结构的图。

图2是表示在便携式电话终端等无线通信装置的框体内设置的天线201的主要部分的结构的立体图。

图3是作为天线201的要素之一的天线芯片101的立体图。

图4(A)是表示在天线201的放射电极中流过的电流的路径的图。图4(B)是表示该电流的强度分布的图。

图5是天线201的等效电路。

图6是表示天线202的主要部分的结构的立体图。

图7是作为天线202的要素之一的天线芯片102的立体图。

图8(A)是天线202的回波损耗的频率特性图。图8(B)是在史密斯圆图上表示出天线的阻抗轨迹的图。

图9是表示天线203的主要部分的结构的立体图。

图10是作为天线203的要素之一的天线芯片103的立体图。

图11是表示第四实施方式涉及的天线204的主要部分的结构的立体图。

图12(A)是从上方向下观察天线205的主要部分而得到的立体图，图12(B)是从下方向上观察天线205的主要部分而得到的立体图。

图13是作为天线205的要素之一的天线芯片105的立体图。

具体实施方式

《第一实施方式》

参照图2～图5，说明第一实施方式涉及的天线及具备该天线的无线通信装置。

图2是表示在便携式电话终端等无线通信装置的框体内设置的天线201的主要部分的结构的立体图。图3是作为天线201的要素之一的天线芯片101的立体图。其中，天线芯片101的电介质部分未图示，将电介质部分透明化而进行描绘。

天线201由电路基板50和安装在该电路基板50上的天线芯片101构成。

如图3所示，天线芯片101是将多个电介质层和多个电极层层叠而形成为长方体状，且从两端面到上下表面形成有多个端子电极的构件。在上层形成有第一放射电极21及第二放射电极22。在下层形成有供电电极10。在第一放射电极21及第二放射电极22与供电电极10之间夹有电介质层。因此，第一放射电极21与供电电极10对置而产生电容的部分、及第二放射电极22与供电电极10对置而产生电容的部分作为电容供电部CFA发挥作用。

第一放射电极21的一端与地线连接端子31导通。第二放射电极22的一端与地线连接端子32导通。其中，如后面所述，在第一实施方式中，地线连接端子31、32不与电路基板的地线电极直接连接，而与电路基板上的放射电极连接。

供电电极10的第一端部与供电端子11导通，而第二端部与供电端子12导通。其中，如后面所述，供电端子12作为与电路基板上的呈岛状地独立的焊盘(land)连接的虚设端子使用。

如图2所示，在电路基板50的上表面形成有呈面状扩展的地线电极60。在电路基板50的一边附近形成有长方形状的非地线区域NGA。沿着该非地线区域NGA的一边而形成有第一基板侧放射电极61及第二基板侧放射电极62。电路基板50以非地线区域NGA配置在无线通信装置的框体内的端部附近的方式设置在框体内。

在电路基板50的下表面形成有与上表面的地线电极60及非地线区域NGA相同图案的地线电极及非地线区域。即，以上下表面的地线电极彼此对置且上下表面的非地线区域彼此对置的方式在电路基板50的下表面上也形成地线电极及非地线区域。

在电路基板50的上表面的非地线区域NGA内形成有供电线51及基板侧供电端子52。在基板侧供电端子52上连接有未图示的供电电路。

天线芯片101安装于非地线区域NGA。在该状态下，地线连接端子31与第一基板侧放射电极61的内侧的端部导通，地线连接端子32与第二基板侧放射电极62的内侧的端部导通。并且，供电端子11与供电线51导通。供电端子12与非地线区域NGA内的呈岛状地独立的焊盘连接。

在第一基板侧放射电极61的外侧的端部与地线电极60之间安装有频率调整用元件71。同样，在第二基板侧放射电极62的外侧的端部与地线电极60之间安装有频率调整用元件72。频率调整用元件71、72为芯片电感器或芯片电容器等电抗元件。通过将这样的电抗元件连接在放射电极与地线电极之间，从而能够改变放射电极的电抗成分或有效长度，由此能够调整共振频率。但是，上述的频率调整用元件71、72不是必须的，也可以使第一基板侧放射电极61与地线电极60连续。另外，也可以仅设置频率调整用元件71、72中的任一方。该情况对于以后的其它实施方式也同样。

图4(A)是表示在天线201的放射电极中流过的电流的路径的图。图4(B)是表示该电流的强度分布的图。在图4(A)中，未使天线芯片101的电介质透明化，而表示出实际的外观。如图4(A)所示，在天线芯片101的第一放射电极→第一基板侧放射电极61→地线电极60的路径和天线芯片101的第二放射电极→第二基板侧放射电极62→地线电极60的路径中分别流过实际电流。该电流不仅沿着基板侧放射电极61、62流动，还沿着地线电极60的非地线区域NGA的周围(地线电极的端缘)流动。因此，非地线区域NGA的周围的地线电极也有助于放射。因此，天线的共振频率也根据非地线区域NGA的周围(地线电极60的端缘)长度而发生变化。

图5是天线201的等效电路。通过第一放射电极21及第一基板侧放射电极61，来作为一端接地一端开路的第一放射电极发挥作用。另外，通过第二放射电极22及第二基板侧放射电极62，来作为一端接地一端开路的第二放射电极发挥作用。这两个放射电极的开路端附近与供电电极10对置，从而在两个放射电极与供电电极10之间分别产生电容。这样，向独立的两个放射电极进行电容供电。

由所述第一放射电极21及第一基板侧放射电极61构成的第一放射电极引起的天线的共振频率根据放射电极的长度和开路端的电容来确定。即，根据第一放射电极21的长度、第一基板侧放射电极61的长度、频率调整用元件71的电抗、非地线区域NGA的周围(地线电极60的端缘)长度、天线芯片101的电介质部分的介电常数、第一放射电极21与供电电极10的对置面积及对置间隙来确定。同样，由所述第二放射电极22及第二基板侧放射电极62构成的第二放射电极引起的天线的共振频率根据第二放射电极22的长度、第二基板侧放射电极62的长度、频率调整用元件72的电抗、非地线区域的周围(地线电极60的端缘)长度、天线芯片102的电介质部分的介电常数、第二放射电极22与供电电极10的对置面积及对置间隙来确定。

即使电路基板50的结构相同，通过将在天线芯片101的放射电极21、22与供电电极10之间产生的电容选择不同的值，也能够确定两个共振频率。

另外，即使第一基板侧放射电极61与第二基板侧放射电极62的长度相同，通过将天线芯片的第一放射电极21、第二放射电极22的长度设为不同的长度，或者使在第一放射电极21的开路端附近与供电电极之间产生的电容和在第二放射电极22的开路端附近与供电电极之间产生的电容为不同的值，也能够确定“两重共振”各自的共振频率。

另外，即使天线芯片101的第一放射电极21、第二放射电极22的长度相同，且在第一放射电极21、第二放射电极22的开路端附近与供电电极之间产生的电容也相同，通过使第一基板侧放射电极61与第二基板侧放射电极62的长度不同，也能够确定“两重共振”各自的共振频率。

根据第一实施方式，通过使两个放射电极的向地线电极的连接端分别独立，从而能够自由地配置从两个放射电极向地线电极相连的独立的线路。另外，由于使从电容供电部CFA向地线电极相连的电流路径的方向(电流的方向)彼此相反(180°反向)，因此两个电流路径彼此远离，从而防止因流过逆相的电流引起的天线效率的劣化。

《第二实施方式》

参照图6～图8，说明第二实施方式涉及的天线及具备该天线的无线通信装置。

图6是表示天线202的主要部分的结构的立体图。图7是作为天线202的要素之一的天线芯片102的立体图。其中，天线芯片102的电介质部分未图示，将电介质部分透明化而进行描绘。

天线202由电路基板50和安装在该电路基板50上的天线芯片102构成。

如图7所示，天线芯片102是将多个电介质层和多个电极层层叠而形成为长方体状，且从两端面到上下表面形成有多个端子电极的构件。在下层形成有第一放射电极21。在上层形成有第二放射电极22。在中间层形成有供电电极10。在第一放射电极21与供电电极10之间、第二放射电极22与供电电极10之间分别夹有电介质层。因此，在第一放射电极21与供电电极10之间、第二放射电极22与供电电极10之间分别产生电容。

第一放射电极21的一端与地线连接端子31导通。第二放射电极22的一端与地线连接端子32导通。供电电极10的第一端部与供电端子11导通，而第二端部与供电端子12导通。其中，如后面所述，供电端子12作为与电路基板上的呈岛状地独立的焊盘连接的虚设端子使用。

如图6所示，在电路基板50的上表面形成有呈面状扩展的地线电极60。在电路基板50的一边附近形成有长方形状的非地线区域NGA。沿着该非地线区域NGA的一边形成有第一基板侧放射电极61及第二基板侧放射电极62。

在电路基板50的上表面的非地线区域NGA内形成有供电线51及基板侧供电端子52。

天线芯片102安装于非地线区域NGA。在该状态下，地线连接端子31与第一基板侧放射电极61的内侧的端部导通，地线连接端子32与第二基板侧放射电极62的内侧的端部导通。另外，供电端子11与供电线51导通。供电端子12与非地线区域NGA内的呈岛状地独立的焊盘连接。

在第一基板侧放射电极61的外侧的端部与地线电极60之间安装有频率调整用元件71。同样，在第二基板侧放射电极62的外侧的端部与地线电极60之间安装有频率调整用元件72。

与第一实施方式所示的天线201同样，在天线芯片102的第一放射电极→第一基板侧放射电极61→地线电极60的路径和天线芯片102的第二放射电极22→第二基板侧放射电极62→地线电极60的路径中分别流过实际电流。

该天线202的等效电路与第一实施方式中图5所示的等效电路同样。

图8(A)是天线202的回波损耗的频率特性图。由第一放射电极21及第一基板侧放射电极61构成的第一放射电极引起的回波损耗RL1产生在GPS带(约1.6GHz)。另外，由第二放射电极22及第二基板侧放射电极62构成的第二放射电极引起的回波损耗RL2产生在BT(Bluetooth带约2.40GHz～2.48GHz)。

图8(B)是在史密斯圆图上表示出天线的阻抗轨迹的图。

上述的结果是通过Micro wave studio模拟出的结果。在此，天线芯片102的外形尺寸为长度3.2mm×宽度1.6mm×高度1.2mm，电介质的介电常数为8～9左右。第二放射电极22与供电电极10的对置面积为0.8mm×1.1mm，对置间隙为0.1mm。另外，第一放射电极21与供电电极10的对置面积为0.5mm×1.1mm，对置间隙为0.1mm。

第二实施方式也起到与第一实施方式同样的效果。

《第三实施方式》

参照图9、图10，说明第三实施方式涉及的天线及具备该天线的无线通信装置。

图9是表示天线203的主要部分的结构的立体图。图10是作为天线203的要素之一的天线芯片103的立体图。

天线203由电路基板50和安装在该电路基板50上的天线芯片103构成。

如图10所示，天线芯片103是在电介质块40的外表面形成有各种电极的构件。在电介质块40的上表面以第一放射电极21与供电电极10隔开规定的间隙对置的方式形成第一放射电极21和供电电极10。另外，以第二放射电极22与供电电极10隔开规定的间隙对置的方式形成第二放射电极22。在电介质块40的下表面形成有地线连接端子31、32及供电端子11。第一放射电极21经由电介质块40的一方的端面与下表面的地线连接端子31导通。第二放射电极22经由电介质块40的另一方的端面与下表面的地线连接端子32导通。另外，供电电极10经由电介质块40的一方的侧面与下表面的供电端子11导通。

通过该结构，在第一放射电极21与供电电极10之间产生电容，且在第二放射电极22与供电电极10之间产生电容。第一放射电极21的开路端与第二放射电极22的开路端将供电电极10夹于其间而分离，从而地线连接端子31、32也配置在彼此分离的位置上，因此不会产生两个放射电极间的不必要的结合或干涉。

需要说明的是，在图9所示的例子中，在供电线51与其侧部的地线电极60之间安装匹配用元件73。该匹配用元件为芯片电感器或芯片电容器，取得基于供电线51和地线电极60的共面线(coplanar line)与天线的阻抗匹配。这样的匹配用元件不局限于第三实施方式，在其它实施方式中也同样能够适用。

《第四实施方式》

图11是表示第四实施方式涉及的天线204的主要部分的结构的立体图。天线204由电路基板50和安装在该电路基板50上的天线芯片104构成。

与第三实施方式中图9所示的天线203不同，天线204在电路基板50上没有形成放射电极。即，仅由天线芯片104提供放射电极。另外，在该例子中没有设置频率调整用元件。

天线芯片104的结构与天线芯片103基本上相同，但将电介质块40的长度增长，从而使第一放射电极21及第二放射电极22增长。电介质块40的下表面的地线连接端子31、32与地线电极60直接连接。

《第五实施方式》

参照图12、图13，说明第五实施方式涉及的天线及具备该天线的无线通信装置。

图12(A)是从上方向下观察天线205的主要部分而得到的立体图，图12(B)是从下方向上观察天线205的主要部分而得到的立体图。如图12(A)、图12(B)所示，在电路基板50的下表面形成有第三基板侧放射电极63。

图13是作为天线205的要素之一的天线芯片105的立体图。如图13所示，天线芯片105是在电介质块40的外表面形成有各种电极的构件。在电介质块40的上表面以第一放射电极21与供电电极10隔开规定的间隙对置的方式形成第一放射电极21和供电电极10。另外，以第二放射电极22与供电电极10隔开规定的间隙对置的方式形成第二放射电极22。在电介质块40的侧面以前端接近供电电极10的方式形成有第三放射电极23。

在电介质块40的下表面形成有地线连接端子31、32、33及供电端子。第一放射电极21经由电介质块40的一方的端面与下表面的地线连接端子31导通。第二放射电极22经由电介质块40的另一方的端面与下表面的地线连接端子32导通。第三放射电极23形成在电介质块40的一方的侧面而与下表面的地线连接端子33导通。另外，供电电极10经由电介质块40的另一方的侧面与下表面的供电端子导通。

在此，在电路基板50的下表面形成的第三基板侧放射电极63的一端经由贯通电极(via electrode)与和天线芯片105的地线连接端子33连接的电极(电路基板50的上表面侧的电极)连接。另外，第三基板侧放射电极63的另一端与下表面侧的地线电极60相连。

根据第五实施方式，能够利用作为具备三个放射电极的三重共振的天线。

符号说明：

CFA 电容供电部

NGA 非地线区域

10 供电电极

11、12 供电端子

21 第一放射电极

22 第二放射电极

23 第三放射电极

31、32、33 地线连接端子

40 电介质块

50 电路基板

51 供电线

52 基板侧供电端子

60 地线电极

61 第一基板侧放射电极

62 第二基板侧放射电极

63 第三基板侧放射电极

71、72 频率调整用元件

73 匹配用元件

101～105 天线芯片

201～205 天线

Claims

1.一种天线，其为电容供电型的天线，具备：放射电极，其第一端部与地线电极连接，且第二端部开路；供电电极，其第一端部与供电电路连接，所述供电电极与所述放射电极对置而在该供电电极与该放射电极之间产生电容，其中，

所述供电电极为一个，所述放射电极为多个，以各放射电极在产生所述电容的电容供电部由所述供电电极进行电容供电的方式设置多个所述放射电极及所述供电电极。

2.根据权利要求1所述的天线，其中，

所述天线包括至少形成有所述地线电极的电路基板和搭载在该电路基板上的电介质块，

所述放射电极及所述供电电极中的至少所述电容供电部构成在所述电介质块上。

3.根据权利要求2所述的天线，其中，

在所述电路基板上的所述放射电极与所述地线电极之间安装有频率调整用元件。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的天线，其中，

多个所述放射电极以各自的端部与所述供电电极对置的方式配置。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的天线，其中，

多个所述放射电极的向所述地线电极的连接端分别独立。

6.根据权利要求1至5中任一项所述的天线，其中，

从多个所述放射电极的所述电容供电部向所述地线电极相连的电流路径彼此独立。

7.根据权利要求6所述的天线，其中，

对于多个所述放射电极中的两个放射电极，从所述电容供电部向所述地线电极相连的电流路径的方向彼此相反。

8.根据权利要求1至7中任一项所述的天线，其中，

多个所述放射电极中的第一放射电极的长度与第二放射电极的长度大致相同，在第一放射电极与所述供电电极之间产生的电容和在第二放射电极与所述供电电极之间产生的电容不同。

9.根据权利要求1至7中任一项所述的天线，其中，

多个所述放射电极中，在第一放射电极与所述供电电极之间产生的电容和在第二放射电极与所述供电电极之间产生的电容大致相同，所述第一放射电极的长度与所述第二放射电极的长度不同。

10.一种无线通信装置，其在框体内设有权利要求1至9中任一项所述的天线。