CN103081220A - 天线装置及无线通信机 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种即便在狭窄面积内也能够安装、且非干扰性优越的天线装置及无线通信机。天线装置(1)具有单极天线部(2)与环形天线部(3)。单极天线部(2)由以2.4GHz产生谐振的线状的辐射电极(20)构成。该辐射电极(20)的电气长度被设定成与工作频率2.4GHz对应的波长的四分之一。环形天线部(3)由以5GHz产生谐振的辐射电极(30)构成。辐射电极(30)垂直地立设在非接地区域(101)上且与供电线(4)连接。再有，辐射电极(30)的基端(31)与供电线(4)的中途部(42)连接、顶端(32)通过线(103)而被连接至接地区域(102)。这种辐射电极(30)的电气长度被设定成工作频率5GHz的波长的二分之一。

Description

天线装置及无线通信机

技术领域

本发明涉及移动电话等所使用的天线装置及无线通信机。

背景技术

近年来，伴随于移动电话等无线通信机的多功能化和小型化，所使用的天线装置的双谐振化与小型化正在发展之中。

作为这种天线装置，例如存在专利文献1及专利文献2公开的技术。

专利文献1所公开的天线装置是通过2根天线、即第1及第2天线处理3GHz～10GHz的宽频带而实现了装置的双谐振化与小型化的技术。

具体是，将第2天线的工作频率设定为第1天线的工作频率的几乎2倍，利用第1天线来覆盖3GHz～5GHz，利用第2天线来覆盖6GHz～10GHz。而且，通过这样进行设定，从而一根天线的工作频率成为另一根天线的反谐振频率，以防止电波的干扰。

另外，专利文献2所公开的天线装置是处理2GHz与5GHz的双谐振的分集天线装置，是通过利用3根天线而实现了小型化与高性能化的技术。

具体是，在电路基板上配设与2GHz及5GHz这两个频带对应的双频带天线、2GHz专用天线和5GHz专用天线这3个天线元件，以构成天线装置。而且，将双频带天线与2GHz专用天线设为图案天线，将5GHz专用天线设为倒F型金属片天线。

在先技术文献

专利文献

专利文献1：JP特开2005-101840号公报

专利文献2：JP特开2004-312628号公报

发明内容

发明所要解决的技术问题-

但是，在上述的现有的天线装置中存在如下的问题。

首先，专利文献1所公开的天线装置必须将第1天线的反谐振频率设定成第2天线的谐振频率。然而，仅使一根天线的构造发生少许的变化，该天线的反谐振频率或反谐振的频带宽就会相差很大，这种天线设计非常地困难。再有，若以反谐振频率为中心的高阻抗的频带宽狭窄，则第1天线与第2天线间变得很容易产生干扰。

接着，专利文献2所公开的天线装置由于在狭窄的电路基板上配设双频带天线、2GHz专用天线和5GHz专用天线这3个天线元件，故这3根天线的距离接近。近年来，伴随于无线通信机的小型化，基板上的能安装天线的面积缩窄。若在这种狭窄的面积内安装3根天线，则天线彼此之间明显地接近，不仅是双天线与2GHz专用天线的干扰、或双天线与5GHz专用天线的干扰，而且还担心2GHz专用天线与5GHz专用天线的干扰。

本发明是为了解决上述课题而进行的，其目的在于提供一种即便在狭窄面积内也能够安装、且非干扰性优越的天线装置及无线通信机。

用于解决技术问题的方案

为了解决上述课题，技术方案1的发明是一种天线装置，其具备：从供电部被牵拉至基板表面的非接地区域上的1根供电线；具有被设于非接地区域上、且其基端与供电线的顶端部连接并且顶端被开放的线状的辐射电极的单极天线部；具有垂直地立设在非接地区域上、且其基端与供电线的中途部连接并且顶端被接地的半环形状的辐射电极的环形天线部，该天线装置的构成为：

将单极天线部中的辐射电极的电气长度设定成与第1频率对应的波长的四分之一，

将环形天线部中的辐射电极的电气长度设定成与第1频率的约2倍、即第2频率对应的波长的二分之一。

根据该构成，单极天线部的辐射电极能够以第1频率产生谐振、以该频率进行收发。再有，环形天线部的辐射电极能够以第2频率产生谐振、以该频率进行收发。

此时，由于单极天线部的辐射电极的电气长度被设定成与第1频率对应的波长的四分之一，环形天线部的辐射电极的电气长度被设定成与第1频率的约2倍、即第2频率对应的波长的二分之一，故单极天线部的辐射电极的基端部相对于从供电部发送来的第2频率的信号而成为高阻抗，再有环形天线部的辐射电极的基端部相对于从供电部发送来的第1频率的信号而成为高阻抗。结果，可抑制环形天线部与单极天线部的干扰。

再有，由于环形天线部的半环形状的辐射电极垂直地立设在非接地区域上，故该辐射电极上产生的垂直方向的电场增强，从环形天线部辐射强的垂直极化波的成分。进一步，与将半环形状的辐射电极以放倒在非接地区域的状态下进行安装的情况相比，只需要很少的辐射电极的安装面积。

技术方案2的发明构成为：在技术方案1所述的天线装置中，将接地层设置在基板的背面、即与环形天线部的辐射电极对置的部位上，将环形天线部的辐射电极的顶端连接至接地层。

根据该构成，环形天线部的辐射电极产生的垂直极化波的成分进一步增强。因此，通过调整接地层的大小，从而可以成为从该辐射电极几乎仅辐射垂直极化波的状态。结果，从天线自身进行辐射的比例增加，从基板整体的接地进行辐射的比例减少。因而，难以受到由接地安装的零件所产生的噪声的影响，对于第2频率的信号而言，能够实现无噪声的良好收发。

技术方案3的发明构成为：在技术方案1或技术方案2所述的天线装置中，在被组装于非接地区域上的电介质基体的表面形成环形天线部的辐射电极。

根据该构成，利用电介质基体，可以一边将环形天线部的辐射电极的电气长度保持在期望值、一边缩短物理长度。由此，能够实现环形天线部的更进一步的小型化。

再有，利用电介质基体可以进一步增强环形天线部所产生的垂直方向的电场，可以进一步强化垂直极化波的成分。

技术方案4的发明构成为：在技术方案1～3中任一项所述的天线装置中，将用于阻止第2频率的信号的扼流圈夹设在单极天线部的辐射电极的基端与供电线的顶端部之间。

根据该构成，由于第2频率的信号在流入单极天线部的辐射电极之前被扼流圈阻止，故第2频率的信号所对应的单极天线部的非干扰性能提高。

再有，利用扼流圈的电感值，可以一边将单极天线部的辐射电极的电气长度保持在期望值，一边缩短物理长度。由此，可以实现单极天线部的小型化。

技术方案5的发明构成为：在技术方案1～4中任一项所述的天线装置中，第1频率为2.4GHz、第2频率为5GHz。

技术方案6的发明涉及的无线通信机的构成为：具备技术方案1～5中任一项所述的天线装置。

发明效果

如以上详细地说明过的，根据本发明涉及的天线装置，存在可以防止环形天线部与单极天线部的干扰的优越效果。再有，根据该效果，可以分别独立地设计环形天线部与单极天线部，天线设计变得容易起来。

进一步，由于环形天线部的半环形状的辐射电极垂直地立设在非接地区域上，故还具有以下效果：不仅可以从该辐射电极辐射强的垂直极化波的成分，还可以缩窄该辐射电极的安装面积，相应地可以实现天线装置的小型化。

尤其是，根据技术方案2的发明，可以进一步增强环形天线部的辐射电极所产生的垂直极化波的成分，结果可以回避基板中产生的噪声的影响。

再有，根据技术方案3的发明，可以进一步将环形天线部小型化，并且可以实现垂直极化波的成分的更进一步的强化。

还有，根据技术方案4的发明，可以提高单极天线部与环形天线部之间的非干扰性能，并且可以实现单极天线部的小型化。

根据技术方案6的发明，具有非干扰性能优越、且可以提供小型的无线通信机的优越效果。

附图说明

图1是适用本发明第1实施例涉及的天线装置的基板的立体图。

图2是图1所示的基板的俯视图。

图3是沿图2的箭头A-A方向的剖视图。

图4是表示信号的流向的俯视图。

图5是用于说明单极天线部的工作频率所对应的非干扰性能的示意图。

图6是用于说明环形天线部的工作频率所对应的非干扰性能的示意图。

图7是用于说明环形天线部的辐射电极中产生的电流分布与垂直极化波的示意图。

图8是表示环形天线部的辐射电极中产生的垂直极化波与水平极化波的立体图。

图9是表示安装了具备单极环形天线设计的辐射电极的天线部的基板的立体图。

图10是表示安装了具备环形天线设计的辐射电极的天线部的基板的立体图。

图11是表示从单极天线设计的辐射电极辐射的垂直极化波V的指向性的线图。

图12是表示从环形天线设计的辐射电极辐射的垂直极化波V的指向性的线图。

图13是表示本发明第2实施例涉及的天线装置的俯视图。

图14是图13的向视B-B剖视图。

图15是表示本发明第3实施例涉及的天线装置的立体图。

图16是表示天线装置的主要部分的剖视图。

图17是表示本发明第4实施例涉及的天线装置的俯视图。

具体实施方式

以下，参照附图对本发明的优选方式进行说明。

(实施例1)

图1是适用本发明第1实施例涉及的天线装置的基板的立体图，图2是图1所示的基板的俯视图，图3是图2的向视A-A剖视图。

如图1及图2所示，该实施例的天线装置被安装在无线通信机的基板100上。

天线装置1具有单极天线部2与环形天线部3，是这些单极天线部2与环形天线部3共有1个供电部110的双天线。

单极天线部2是用于收发第1频率、即2.4GHz的信号的天线部，被设于基板100的非接地区域101上。

具体地，是成为线状的辐射电极20被连接到1根供电线4的构成。

也就是说，供电线4从供电部110被牵拉至基板100表面的非接地区域101上。而且，辐射电极20在非接地区域101上水平地形成图案，其基端21被连接至供电线4的顶端部41，顶端22开放。

这种辐射电极20的电气长度被设定成与工作频率2.4GHz对应的波长的四分之一。

另一方面，环形天线部3是用于收发第2频率、即5GHz的信号的天线部，被设于非接地区域101上，且被设于单极天线部2的附近。

具体地，是成为半环形状的辐射电极30被连接到供电线4的构成。

也就是说，如图3所示，辐射电极30由被弯折成描绘半环的コ字状的导电性部件形成，其基端31与顶端32按照相互面对的方式在辐射电极30的内侧被水平地弯折。

这种辐射电极30使基端31与顶端32朝向非接地区域101侧且垂直地竖立在非接地区域101上。而且，其基端31被连接至供电线4的中途部42，顶端32通过线103而被连接至基板100上的接地区域102。

如上所述，环形天线部3在单极天线部2的工作频率2.4GHz的约2倍的频率5GHz下工作，辐射电极30的电气长度被设定成工作频率5GHz的波长的二分之一。

如图2所示，环形天线部3比单极天线部2配置得更靠基板100的中央侧。这是因为：若将环形天线部3配置在基板100的边缘部100c附近，则存在具有高度的辐射电极30与未图示的树脂壳体或周边物体接触的担忧。通过这样配置环形天线部3，从而防止辐射电极30碰到周边物体或手而破损、或脱离。

接着，对本实施例的天线装置1所示出的作用及效果进行说明。

图4是表示信号的流向的俯视图。

如图4所示，若从供电部110输出2.4GHz的信号S1，则单极天线部2的辐射电极20产生谐振，从辐射电极20辐射出信号S1的水平极化波。再有，若从供电部110输出5GHz的信号S2，则环形天线部3的辐射电极30产生谐振，从辐射电极30辐射出信号S2的垂直极化波与水平极化波。

因此，通过利用该天线装置1，从而利用单极天线部2能够收发2.4GHz的信号S1，利用环形天线部3能够收发5GHz的信号S2。

但是，本实施例的天线装置1通过1根供电线4来进行2个信号S1与信号S2的收发，由此基于以下理由不会产生以下事态：该事态即2.4GHz的信号S1不仅流入单极天线部2、也会流入环形天线部3而引起干扰；5GHz的信号S2不止是流入环形天线部3、也会流入单极天线部2而引起干扰。

图5是用于说明单极天线部2的工作频率所对应的非干扰性能的示意图，图6是用于说明环形天线部3的工作频率所对应的非干扰性能的示意图。

若2.4GHz的信号S1从供电部110被发送，则由于单极天线部2的辐射电极20的电气长度被设定成与2.4GHz对应的波长的四分之一，故如图5所示，在单极天线部2的辐射电极20中，按照在顶端22成为最小电流、在基端21成为最大电流Imax的方式产生谐振。因此，辐射电极20的基端21相对于供电部110而成为低阻抗。

与此相对，若2.4GHz的信号S1从供电部110被发送至环形天线部3，则由于辐射电极30的电气长度被设定成与2.4GHz的约2倍、即5GHz对应的波长λ2的二分之一，故在环形天线部3的辐射电极30中，在顶端32成为最大电流Imax、在基端31成为最小电流。因而，辐射电极30的基端31相对于供电部110而成为高阻抗，因此辐射电极30以2.4GHz产生谐振是困难的。因此，不会产生2.4GHz的信号S1流入环形天线部3的辐射电极30而发生干扰的事态。

另一方面，如图6所示，若5GHz的信号S2从供电部110被发送，则在环形天线部3的辐射电极30中，按照在顶端32与基端31均成为最大电流Imax的方式产生谐振。因此，辐射电极30的基端31相对于供电部110而成为低阻抗。

与此相对，若5GHz的信号S1从供电部110被发送至单极天线部2，则在单极天线部2的辐射电极20中，在顶端22与基端31均成为最小电流。因而，由于辐射电极20的基端21相对于供电部110而成为高阻抗，故辐射电极20以5GHz产生谐振是困难的。因此，5GHz的信号S2难以流入单极天线部2的辐射电极20而发生干扰。

再有，在本实施例的天线装置1中，辐射电极30产生的垂直方向的电场增强，强的垂直极化波的成分从环形天线部3辐射。

图7是用于说明环形天线部3的辐射电极30中产生的电流分布与垂直极化波的示意图，图8是表示辐射电极30中产生的垂直极化波与水平极化波的立体图。

如图1所示，由于环形天线部3的半环形状的辐射电极30垂直地立设在非接地区域101上，故如用双点划线所示，实体的辐射电极30所对应的镜像30′形成在接地区域102侧。结果，如图7所示，由实体的辐射电极30与接地区域102的镜像30′形成1个波长的环形天线。

因而，在5GHz的信号S2产生谐振的状态下，按照顶端32与基端31中的电流成为最大电流Imax、中央33处的电流几乎为零的方式产生谐振。结果，从辐射电极30辐射自基端31及顶端32起向中央33逐渐增强的垂直极化波V。

由此，如图8所示，电波S2′由与基板100的表面100a垂直的强的垂直极化波V和与表面100a平行的水平极化波H构成，从辐射电极30辐射该电波S2′。

与此相对，由于单极天线部2的辐射电极20是在表面100a上进行图案形成，故与表面100a之间没有形成高度。因而，从辐射电极20仅辐射水平极化波。

但是，在具备垂直地立设于基板面的辐射电极的天线部中，该辐射电极(实施例中辐射电极30)即便高度相同，若构造设计不同，则被辐射的垂直极化波V的强度也不同。发明人等认为电气长度为波长的二分之一的环形天线设计的辐射电极辐射最强的垂直极化波V。

发明人等为了确认该现象，进行了如下的模拟。

图9是表示安装了具备单极环形天线设计的辐射电极的天线部的基板的立体图，图10是表示安装了具备环形天线设计的辐射电极的天线部的基板的立体图。

在该模拟中，利用了宽度W、长度L及厚度t各自为40mm、45mm、1.5mm且非接地区域101的宽度W、长度L1为40mm、10mm的基板100。

图9所示的天线部3′具有电气长度为与5.2GHz的频率对应的波长的四分之三的单极天线设计的辐射电极30″。

首先，发明人等将5.2GHz的信号从供电部110发送到该天线部3′的辐射电极30″，测量了从辐射电极30辐射的垂直极化波V的指向性。

图11是表示从单极天线设计的辐射电极30″辐射的垂直极化波V的指向性的线图。

根据图11可判断出：在电气长度为与5.2GHz的频率对应的波长的四分之三的单极天线设计的辐射电极30″的情况下，对于基板100的正面、背面、右及左的所有方向而言都为-15dBi以下，垂直极化波V的强度较小。也就是说，在单极天线设计的辐射电极30″中，无法获得强的指向性。

接着，如图10所示，对本实施例的环形天线部3的辐射电极30进行了同样的模拟。

即，将辐射电极30的高度设成与上述天线部3′的辐射电极30″的高度相同，将其电气长度设定成与5.2GHz的频率对应的波长的二分之一，将辐射电极30设为环形天线设计。

而且，将5.2GHz的信号从供电部110发送至环形天线部3的辐射电极30，测量了从辐射电极30辐射的垂直极化波V的指向性。

图12是表示从环形天线设计的辐射电极30辐射的垂直极化波V的指向性的线图。

根据图12可判断出：若利用电气长度为与5.2GHz的频率对应的波长的二分之一的环形天线设计的辐射电极30，则基板100的正面及背面的方向的垂直极化波V的强度非常地强。尤其是，在正面方向上辐射出接近0dBi的强的垂直极化波V。

如上，根据本实施例的天线装置1，由于可以几乎完全地防止单极天线部2与环形天线部3的干扰，故可以分别独立地设计单极天线部2与环形天线部3，结果可以容易地进行天线装置1的设计。

进一步，由于将环形天线部3的辐射电极30垂直地立设于基板100的表面100a，故可以获得较强的垂直极化波V，还有与将辐射电极30放平安装到非接地区域101上的情况相比，可以缩窄安装面积，相应地可以实现天线装置1的小型化。

(实施例2)

接着，对本发明的第2实施例进行说明。

图13是表示本发明第2实施例涉及的天线装置的俯视图，图14是图13的向视B-B剖视图。

如图13及图14所示，本实施例的天线装置在以下方面不同于上述第1实施例：将接地层5设置在环形天线部3的辐射电极30的正后面。

具体是，将方形的接地层5形成在与辐射电极30对置的部位、即基板100的背面100b的部位。而且，将辐射电极30的顶端32放置到非接地区域101上的焊盘50，利用通孔51来连接焊盘50与接地层5。

在上述第1实施例中，由于将辐射电极30的顶端32连接到形成于基板100的表面100a上的接地区域102，故辐射电极30与接地区域102的距离变得稍远。因而，不仅从辐射电极30产生垂直极化波V，而且还与基板100的表面100a平行地产生稍强的水平极化波H。结果，从被安装于基板100的表面100a上的未图示的RF(Radio Frequency)电路或BB(Base Band)电路辐射的噪声会和由基板100的接地电流产生的水平极化波H重叠，存在从辐射电极30辐射的电波劣化的担忧。

与此相对，如图14所示，在本实施例中由于基板100的背面100b的接地层5和辐射电极30对置，故辐射电极30与接地层5的距离非常地近。因而，从辐射电极30产生的垂直极化波V的比例变得非常地多，可抑制水平极化波H。结果，从RF电路或BB电路辐射的噪声不会叠加到水平极化波H上，可回避由该噪声引起的电波的劣化这一事态。

再有，由于和辐射电极30与基板10之间的电容相比，辐射电极30与接地层5之间的电容进一步增大，故可以提高环形天线部3的Q值。

其他构成、作用及效果由于与上述第1实施例同样，故省略其记载。

(实施例3)

接着，对本发明第3实施例进行说明。

图15是表示本发明第3实施例涉及的天线装置的立体图，图16是表示天线装置的主要部分的剖视图。

如图15所示，本实施例的天线装置在将环形天线部3的辐射电极30形成于电介质基体6的这一点上和上述第1及第2实施例不同。

即，将长方体状的电介质基体6组装到基板100的非接地区域101上，在电介质基体6的表面上形成辐射电极30。具体是，如图16所示，将辐射电极30的基端31连接至供电线4，将该辐射电极30形成在电介质基体6的右侧面6b、上表面6a及左侧面6c上，将其顶端32连接到焊盘50。

根据该构成，借助电介质基体6的功能，能够一边将环形天线部3的辐射电极30的电气长度保持在波长的二分之一、一边缩短辐射电极30的实际物理长度。由此，可以实现环形天线部3的更进一步的小型化。

还有，由于可以利用电介质基体6进一步增强环形天线部3中产生的垂直极化波V的电场，故可以实现垂直极化波V的更进一步的强化。

由于其他构成、作用及效果和上述第1及第2实施例同样，故省略其记载。

(实施例4)

接着，对本发明第4实施例进行说明。

图17是表示本发明第4实施例涉及的天线装置的俯视图。

如图17所示，本实施例在将扼流圈(choke coil)7夹设于单极天线部2的辐射电极20与供电线4之间这一点上和上述第1～第3实施例不同。

即，扼流圈7具有能够阻止环形天线部3的工作频率、即5GHz的信号S2的电感值，左端与供电线4的顶端部41连接、右端与辐射电极20的基端21连接。

根据该构成，当5GHz的信号S2从供电部110通过供电线4后抵达顶端部41时，由于信号S2被扼流圈7阻止，故可阻止信号S2流入辐射电极20。结果，5GHz的信号S2所对应的单极天线部2的非干扰性能提高。

再有，利用扼流圈7的电感值，在将单极天线部2的辐射电极20的电气长度保持在波长的四分之一的同时，可以缩短实际的物理长度。由此，可以实现单极天线部2的小型化。

其他构成、作用及效果与上述第1～第3实施例同样，因此省略其记载。

另外，本发明并未限定于上述实施例，在发明的主旨范围内能够进行各种变形或变更。

例如，在上述实施例中，示出了利用2.4GHz作为第1频率、利用5GHz作为第2频率的例子，但只要环形天线部3的第2频率为单极天线部2的第1频率的大约2倍即可，并未限于2.4GHz、5GHz。

符号说明

1...天线装置、2...单极天线部、3...环形天线部、4...供电线、5...接地层、6...电介质基体、6a...上表面、6b...右侧面、6c...左侧面、7...扼流圈、10...基板、20，30...辐射电极、21，31...基端、22，32...顶端、33...中央、41...顶端部、42...中途部、50...焊盘、51...通孔、100...基板、100a...表面、100b...背面、100c...边缘部、101...非接地区域、102...接地区域、103...线、110...供电部、H...水平极化波、V...垂直极化波。

Claims (6)

1.一种天线装置，具备：从供电部被牵拉至基板表面的非接地区域上的1根供电线；具有线状辐射电极的单极天线部，该辐射电极被设于该非接地区域上且其基端与上述供电线的顶端部连接并且顶端被开放；具有半环形状的辐射电极的环形天线部，该辐射电极垂直地立设在上述非接地区域上且其基端与上述供电线的中途部连接并且顶端被接地，该天线装置的特征在于，

将上述单极天线部中的上述辐射电极的电气长度设定成与第1频率对应的波长的四分之一，

将上述环形天线部中的上述辐射电极的电气长度设定成与上述第1频率的约2倍、即第2频率对应的波长的二分之一。

2.根据权利要求1所述的天线装置，其特征在于，

将接地层设置在基板的背面、即与上述环形天线部的辐射电极对置的部位上，

将上述环形天线部的辐射电极的顶端连接到该接地层。

3.根据权利要求1或权利要求2所述的天线装置，其特征在于，

将上述环形天线部的辐射电极形成在被组装于非接地区域上的电介质基体的表面。

4.根据权利要求1～3中任一项所述的天线装置，其特征在于，

将用于阻止上述第2频率的信号的扼流圈夹设到述单极天线部的辐射电极的基端与上述供电线的顶端部之间。

5.根据权利要求1～4中任一项所述的天线装置，其特征在于，

上述第1频率为2.4GHz，

上述第2频率为5GHz。

6.一种无线通信机，其特征在于，

具备了权利要求1～5中任一项所述的天线装置。

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