CN103094675A - 天线装置 - Google Patents

Abstract

提供一种能够将高性能化与薄型化及低成本化兼顾的天线装置。包括：绝缘性的基板主体（2）；接地面（GND），在基板主体的表面利用金属箔形成图案；天线图案（3），在基板主体的表面利用金属箔形成图案，在接地面侧的基端设置有馈电点（FP）并延伸；电介质天线的一侧天线元件（AT1），设置于基板主体的表面或背面中的任何一侧，并且直接或通过通孔与天线图案的前端连接；以及另一侧导体图案（5B），设置于具有所述一侧天线元件（AT1）的基板主体的相反一侧，一侧天线元件具有形成于电介质表面的一侧导体图案（5A），一侧导体图案与另一侧导体图案通过通孔（H）相连接，并作为整体，构成螺旋状的导体图案。

Description

天线装置

技术领域

本申请涉及与无线通信设备的薄型化或小型化相适宜的天线装置。

背景技术

在手机或内置有无线通信功能的笔记本式个人计算机等无线通信设备中，伴随着其小型化，部件安装密度也日益增高。作为这种现象的对策，例如在专利文献1中公开了如下技术：将在由电介质或磁体构成的基体表面形成螺旋导体层而得到的所谓的贴片天线设置在基板上，使贴片天线接地于在基板上形成的接地面。

专利文献1：日本专利第3758495号公报

然而，即使在上述现有技术中，也遗留有如下问题。

近年来，对天线装置实现进一步高性能化的期望很强烈，在像以往那样将贴片天线设置在基板上时，通过使用高介电常数的电介质材料或者增加贴片天线的厚度，能够实现高性能化。然而，这些对策存在高成本且难以实现装置整体的薄型化或小型化的问题。

发明内容

有鉴于上述问题，本发明的目的在于提供一种能够将高性能化与薄型化及低成本化兼顾的天线装置。

为了解决上述问题，本发明采用了如下结构。即，第一发明的天线装置的特征在于，包括：绝缘性的基板主体；接地面，在所述基板主体的表面利用金属箔形成图案；天线图案，在所述基板主体的表面利用金属箔形成图案，在所述接地面侧的基端设置有馈电点并延伸；电介质天线的一侧天线元件，设置于所述基板主体的表面或背面中的任何一侧，并且直接或通过通孔与所述天线图案的前端连接；以及另一侧导体图案，设置于具有所述一侧天线元件的基板主体的相反一侧，所述一侧天线元件具有形成于电介质表面的一侧导体图案，所述一侧导体图案与所述另一侧导体图案通过形成于所述基板主体的通孔相连接，并作为整体，构成螺旋状的导体图案。

在该天线装置中，由于一侧天线元件的一侧导体图案与另一侧导体图案通过形成于基板主体的通孔相连接，并作为整体，构成螺旋状的导体图案，因此，螺旋状的导体图案不仅包括一侧天线元件的电介质而且至少包括基板主体而被配置成螺旋状，从而即使不增加一侧天线元件的厚度或不使用高介电常数的材料，也能够实现高性能化（高增益化、宽带化）。

此外，第二发明的天线装置的特征在于，在第一发明的基础上包括：电介质天线的另一侧天线元件，设置于所述基板主体的所述一侧天线元件的相反侧，所述另一侧天线元件具有形成于电介质表面的所述另一侧导体图案。

即，在该天线装置中，由于另一侧天线元件具有形成于电介质表面的另一侧导体图案，因此形成由一侧天线元件与另一侧天线元件夹着基板主体的状态，根据将介于螺旋状导体图案内侧的两个天线元件的电介质与基板主体合计而成的厚度，能够实现高性能化。而且，由于在表面和背面分别设置天线元件，因此能够使天线元件的厚度变薄。进而，可以选择低介电常数的材料作为表面和背面的各天线元件的电介质材料，从而还能够应对低成本化。

第三发明的天线装置的特征在于，在第一发明的基础上，所述另一侧导体图案在具有所述一侧天线元件的基板主体的相反一侧利用金属箔直接形成。

即，在该天线装置中，由于另一侧导体图案在具有一侧天线元件的基板主体的相反一侧利用金属箔直接形成，因此即使天线元件为一个，根据将介于螺旋状导体图案内侧的一侧天线元件的电介质与基板主体合计而成的厚度，也能够实现高性能化。

根据本发明，实现如下效果。

根据本发明的天线装置，由于一侧天线元件的一侧导体图案与另一侧导体图案通过形成于基板主体的通孔相连接，并作为整体，构成螺旋状的导体图案，因此，即使不增加一侧天线元件的厚度或不使用高介电常数的材料，也能够实现高性能化（高增益化、宽带化）。因而，即使是同一天线占有区域，也能够将高性能化与薄型化及低成本化兼顾。

附图说明

图1是在本发明涉及的天线装置的第一实施方式中示出天线装置的主要部分的俯视图和底视图。

图2是在第一实施方式中示出天线装置的俯视图和底视图。

图3是在第一实施方式中示出基板主体的主要部分的俯视图和底视图。

图4是在第一实施方式中示出一侧天线元件的从上方观察到的立体图（a）和从下方观察到的立体图（b）。

图5是在第一实施方式中示出另一侧天线元件的从下方观察到的立体图（a）和从上方观察到的立体图（b）。

图6是在第一实施方式中示出一侧导体图案、连接部、通孔以及另一侧导体图案之间的连接的示意性立体图。

图7是在第一实施方式中用于说明螺旋状的导体图案的示意图。

图8是在使用一个天线元件的比较例1的情况（a）、使用两倍厚度的天线元件的比较例2的情况（b）以及使用两个天线元件的第一实施方式的情况（c）下示出机壳与厚度之间的关系的说明图。

图9是在本发明涉及的天线装置的第二实施方式中示出天线装置的主要部分的底视图。

图10是在本发明涉及的天线装置的实施例中示出天线装置的电压驻波比（VSWR）特性的图表。

图11是在本发明的实施例中示出天线装置的辐射方向图的图表。

图12是在本发明的实施例和比较例中将各天线装置的带宽相比较而示出的图表。

符号说明

1、11…天线装置，2…基板主体，3…天线图案，4…电介质，5A…一侧导体图案，5B、25B…另一侧导体图案，6A…一侧连接部，6B…另一侧连接部，AT1…一侧天线元件，AT2…另一侧天线元件，FP…馈电点，GND…接地面，H…通孔

具体实施方式

下面参考图1至图8来说明本发明涉及的天线装置的一种实施方式。

如图1至图3所示，本实施方式中的天线装置1包括：绝缘性的基板主体2；接地面GND，在基板主体2的表面和背面利用金属箔形成图案；天线图案3，在基板主体2的表面利用金属箔形成图案，在接地面GND侧的基端设置有馈电点FP并延伸；电介质天线的一侧天线元件AT1，设置于基板主体2的表面或背面中的任何一侧（表面），并且直接与天线图案3的前端连接；以及另一侧导体图案5B，设置于具有一侧天线元件AT1的基板主体2的相反一侧（背面侧）。

并且，该天线装置1包括：电介质天线的另一侧天线元件AT2，设置于基板主体2的一侧天线元件AT1的相反侧。

而且，如图4所示，上述一侧天线元件AT1被设置成在电介质4的表面形成有一侧导体图案5A的贴片状，并且如图5所示，另一侧天线元件AT2被设置成在电介质4的表面形成有上述另一侧导体图案5B的贴片状。即，上述的一侧天线元件AT1和另一侧天线元件AT2是使用电介质4的贴片天线。另外，在图4和图5中，对导体图案的部分画阴影来进行图示。

此外，在基板主体2的表面（一侧的面），多个用于设置一侧天线元件AT1的一侧连接部6A在对应的位置利用铜箔等形成图案。一侧天线元件AT1在从大致长板形状的电介质4的上表面经由两个侧面直至下表面的一部分上形成有多个一侧导体图案5A，而在除了与电介质4的一侧连接部6A对应的部分之外的下表面则未形成一侧导体图案5A。通过将该一侧天线元件AT1的下表面向着基板主体2的表面，并利用焊料等将在一侧天线元件AT1的下表面形成的一侧导体图案5A和与其对应的一侧连接部6A接合，从而固定一侧天线元件AT1。

并且，在基板主体2的背面（另一侧的面），多个用于设置另一侧天线元件AT2的另一侧连接部6B在对应的位置利用铜箔等形成图案。另一侧天线元件AT2在从大致长板形状的电介质4的下表面经由两个侧面直至上表面的一部分上形成有多个另一侧导体图案5B，而在除了与电介质4的另一侧连接部6B对应的部分之外的上表面则未形成另一侧导体图案5B。通过将该另一侧天线元件AT2的上表面向着基板主体2的背面，并利用焊料等将在另一侧天线元件AT2的上表面形成的另一侧导体图案5B和与其对应的另一侧连接部6B接合，从而固定另一侧天线元件AT2。

此外，在基板主体2上形成有多个从一侧连接部6A连接到另一侧连接部6B的通孔H，上方和下方的一侧连接部6A与另一侧连接部6B在电气上导通。

如图6和图7所示，一侧导体图案5A与另一侧导体图案5B通过形成于基板主体2的通孔H相连接，并作为整体，构成螺旋状的导体图案。即，由一侧导体图案5A、一侧连接部6A、通孔H、另一侧连接部6B以及另一侧导体图案5B作为整体，构成以螺旋状连接的导体图案。

因此，由夹着基板主体2的一侧天线元件AT1与另一侧天线元件AT2构成了作为整体的一个虚拟的天线元件。该虚拟的天线元件在将一侧天线元件AT1的电介质4、基板主体2以及另一侧天线元件AT2的电介质4合为整体后的电介质材料的周围卷绕有螺旋状的导体图案。在该虚拟的天线元件中，整体的厚度为一侧天线元件AT1、基板主体2以及另一侧天线元件AT2的各自厚度的合计，整体的宽度由一侧天线元件AT1的宽度、一侧连接部6A与另一侧连接部6B的宽度、以及另一侧天线元件AT2的宽度构成。

根据该作为整体的一个虚拟的天线元件的结构，作为天线单元的有效长度增加，能够有效地抑制流向接地面GND的高频电流的流动。因而，在接地面GND的面积减小的情况下尤为有效。

上述天线图案3具有：第一延伸部3a，从接地面GND侧的基端向离开该接地面GND的方向延伸，并在途中连接有第一无源元件P1和第二无源元件P2；以及第二延伸部3b，在从第二无源元件P2至基端侧的该第一延伸部3a的途中连接有所述第二延伸部3b的前端，并且在所述第二延伸部3b的途中连接有第三无源元件P3，所述第二延伸部3b的基端在离开馈电点FP的位置与接地面GND连接。

上述第一无源元件P1～第三无源元件P3例如采用电感、电容、电阻或跨接线等。另外，在本实施方式中使用了三个上述无源元件，但也可以使用一个或三个以上的无源元件。

此外，在天线图案3的前端部即第一延伸部3a的前端部，设置有上述的一侧天线元件AT1。并且，在该一侧天线元件AT1的相反侧设置有另一侧天线元件AT2。上述的一侧天线元件AT1与另一侧天线元件AT2利用焊料等粘结固定在与这两者相对应而在基板主体2的表面（一侧的面）和背面（另一侧的面）利用铜箔等形成图案的多个一侧连接部6A与另一侧连接部6B上。

上述的一侧天线元件AT1和另一侧天线元件AT2是在所希望的共振频率上不发生自共振的负载元件，例如为如图4和图5所示在陶瓷等电介质4的表面形成有Ag等的一侧导体图案5A和另一侧导体图案5B的贴片天线。上述的一侧天线元件AT1和另一侧天线元件AT2的长度、宽度、导体图案的形状等根据共振频率等的设定来选择。另外，本实施方式的一侧天线元件AT1和另一侧天线元件AT2的尺寸为：横宽10.5mm、纵深3.0mm、高度0.8mm。

一侧天线元件AT1和另一侧天线元件AT2被设置为与第一延伸部3a的延伸方向相正交并延伸。即，一侧天线元件AT1和另一侧天线元件AT2沿着对置的接地面GND的边缘平行配置。

上述基板主体2为一般的印刷线路板，在本实施方式中采用由玻璃环氧树脂等构成的长方形的印刷线路板的主体。

在上述馈电点FP，例如连接有与高频电路相连接的同轴电缆的芯线，该同轴电缆的地线与接地面GND相连接。

另外，本实施方式中的接地面GND的尺寸为：长边方向71.0mm、短边方向54.0mm，基板主体2的厚度为0.8mm。

接着，参考图8对该天线装置1与内置该天线装置1的机壳10之间的关系进行说明。

例如，相对于如图8的（a）所示将现有的在单面设置有一个天线元件AT3的天线装置设置于薄型机壳10内的比较例1的情况，为了利用一个天线元件实现宽带化，在如图8的（b）所示采用变更为天线元件AT3两倍厚度的天线元件AT4的比较例2的情况下，有时会由于机壳10内的基板主体2表面侧的空间不够，导致厚的天线元件AT4与机壳10相抵接而难以收纳在机壳10内。与此相对，如图8的（c）所示，在本实施方式的天线装置1中，由于在基板主体2的表面和背面分开设置与天线元件AT3相同厚度的一侧天线元件AT1和另一侧天线元件AT2，因此能够在基板主体2表面侧的最大厚度不变的同时利用背面侧的空间，故而能够收纳在薄型机壳10内，从而能够将宽带化与小型化或薄型化兼顾。

如上所述，在本实施方式的天线装置1中，由于一侧天线元件AT1的一侧导体图案5A与另一侧导体图案5B通过形成于基板主体2的通孔H相连接，并作为整体，构成螺旋状的导体图案，因此螺旋状的导体图案不仅包括一侧天线元件AT1的电介质而且至少包括基板主体2而被配置成螺旋状，从而即使不增加一侧天线元件AT1的厚度或不使用高介电常数的材料，也能够实现高性能化（高增益化、宽带化）。

特别是，由于在基板主体2的背面侧设置另一侧天线元件AT2，该另一侧天线元件AT2具有形成于电介质4表面的另一侧导体图案5B，因此形成由一侧天线元件AT1与另一侧天线元件AT2夹着基板主体2的状态，根据将介于螺旋状导体图案内侧的两个天线元件AT1、AT2的电介质4与基板主体2合计而成的厚度，能够实现高性能化。而且，由于在表面和背面分别设置天线元件AT1、AT2，因此能够使各天线元件的厚度变薄。进而，可以选择低介电常数的材料作为表面和背面的各天线元件AT1、AT2的电介质材料，从而还能够应对低成本化。

接着，对于本发明涉及的天线装置的第二实施方式，参考图9在下面进行说明。另外，在以下对实施方式的说明中，对已在上述实施方式中说明的相同的结构单元赋予相同的符号，其说明将省略。

第二实施方式与第一实施方式的不同点为：在第一实施方式中，在基板主体2的表面和背面设置一侧天线元件AT1和另一侧天线元件AT2，在使用两个天线元件的同时，在另一侧天线元件AT2的电介质4上形成有另一侧导体图案5B；而在第二实施方式的天线装置11中，如图9所示，在基板主体2的背面（表面和背面中的另一面）未安装另一侧天线元件AT2，另一侧导体图案25B在基板主体2的背面利用金属箔直接形成图案。

即，仅在基板主体2的表面设置一侧天线元件AT1，在背面利用铜箔等使另一侧导体图案25B直接形成图案以代替另一侧连接部6B。这些另一侧导体图案25B与各自对应的通孔H相连接，与设置于基板主体2表面的一侧天线元件AT1的一侧导体图案5A通过通孔H相连接，并作为整体，构成螺旋状的导体图案。

如上所述，在第二实施方式的天线装置11中，由于另一侧导体图案25B在具有一侧天线元件AT1的基板主体2的相反一侧利用金属箔直接形成，因此即使天线元件为一个，根据将介于螺旋状导体图案内侧的一侧天线元件AT1的电介质4与基板主体2合计而成的厚度，也能够实现高性能化。因而，在第二实施方式中，由于天线元件只有一个，因此与第一实施方式相比能以低成本来制造，并且与现有的使用相同厚度的天线元件的天线装置相比能够实现高性能化。

【实施例】

接着，参考图10和图11来说明对于上述第一实施方式的天线装置通过仿真对电压驻波比（VSWR）特性和辐射方向图进行分析的结果。

另外，将第一延伸部3a的延伸方向设为Y方向，将一侧天线元件AT1的延伸方向设为X方向，将相对于接地面GND的垂直方向（向着表面的垂直方向）设为Z方向。对此时相对于YZ面的垂直极化波进行了分析。

并且，对于各无源元件，第一无源元件P1：8.2nH、第二无源元件P2：39nH、第三无源元件P3：3.9nH均使用电感。另外，分析频率设为915MHz。

由这些结果可知，获得了宽达55MHz的带宽，并且获得了全向辐射方向图。

接着，在图12中示出在图8的（a）（b）（c）所示的第一实施方式及比较例的各天线装置与第二实施方式的天线装置中对带宽进行比较的图表。另外，在图8的（a）（b）中使用的比较例1、2的天线元件AT3、AT4使用一个在电介质4的表面形成一侧导体图案5A且在背面形成另一侧导体图案5B并经由两个侧面成为螺旋状的导体图案的天线元件，各无源元件设为各自相同。另外，在图12中，将比较例1记为“使用一个”，将比较例2记为“使用一个/厚度两倍”，将第二实施方式的实施例记为“使用一个+背面图案”，将第一实施方式的实施例记为“表面和背面使用两个”。

由这些结果可知，相对于薄的天线元件AT3为一个的比较例1，在使用两倍厚度的天线元件AT4的比较例2中，带宽增加，进而，在表面和背面使用一侧天线元件AT1和另一侧天线元件AT2的本发明的实施例中，带宽进一步增加，与比较例1相比改善了20%以上。

另外，本发明并不限定于上述各实施方式和上述实施例，在不脱离本发明宗旨的范围内，可以施加各种变更。

例如，另一侧天线元件AT2还可以根据基板主体2的天线占有区域而灵活地变更为其它的形状、导体材料或另一侧导体图案。

另外，通过对每个搭载的设备变更一侧天线元件AT1与另一侧天线元件AT2，能够改善天线性能，但是需要金属模费用、设计时间等，从而产生大量成本。然而，在本发明中，通过仅变更基板设计，而不变更一侧天线元件AT1与另一侧天线元件AT2，就能够容易地实现每个设备的天线性能的高性能化，并且能够兼顾小型化或薄型化。

此外，在第二实施方式中，仅在基板主体2的表面设置一侧天线元件AT1，而在背面形成另一侧导体图案25B，但也可以相反，仅在基板主体2的背面设置一侧天线元件AT1，而在表面形成另一侧导体图案25B。此时，表面侧的天线图案3与背面侧的一侧天线元件AT1通过通孔H进行连接，从而能够导通。

Claims (3)

1.一种天线装置，其特征在于，包括：

绝缘性的基板主体；

接地面，在所述基板主体的表面利用金属箔形成图案；

天线图案，在所述基板主体的表面利用金属箔形成图案，在所述接地面侧的基端设置有馈电点并延伸；

电介质天线的一侧天线元件，设置于所述基板主体的表面或背面中的任何一侧，并且直接或通过通孔与所述天线图案的前端连接；以及

另一侧导体图案，设置于具有所述一侧天线元件的基板主体的相反一侧，

所述一侧天线元件具有形成于电介质表面的一侧导体图案，

所述一侧导体图案与所述另一侧导体图案通过形成于所述基板主体的通孔相连接，并作为整体，构成螺旋状的导体图案。

2.根据权利要求1所述的天线装置，其特征在于，包括：

电介质天线的另一侧天线元件，设置于所述基板主体的所述一侧天线元件的相反侧，

所述另一侧天线元件具有形成于电介质表面的所述另一侧导体图案。

3.根据权利要求1所述的天线装置，其特征在于，

所述另一侧导体图案在具有所述一侧天线元件的基板主体的相反一侧利用金属箔直接形成。

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