CN103688408B

CN103688408B - 天线装置

Info

Publication number: CN103688408B
Application number: CN201280035547.4A
Authority: CN
Inventors: 田中宏弥; 尾仲健吾
Original assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Priority date: 2011-07-26
Filing date: 2012-07-24
Publication date: 2016-08-10
Anticipated expiration: 2032-07-24
Also published as: JP5686192B2; WO2013015264A1; US20140139388A1; US9620863B2; CN103688408A; JPWO2013015264A1

Abstract

第一辐射元件（10）以及第二辐射元件（20）分别具有：从接地导体（2）的形成区域（GA）向接地导体非形成区域（NGA）突出的第一延出部（11、21）、以及与接地导体形成区域（GA）和接地导体非形成区域（NGA）的边界平行地延伸的第二延出部（12、22）。第一辐射元件（10）以及第二辐射元件（20）配置成第一辐射元件（10）的第二延出部（12）的开放端和第二辐射元件（20）的第二延出部（22）的开放端彼此相对。无源元件（31）形成在相对于第二辐射元件（20）而远离接地导体（2）的形成区域（GA）的一侧。此外，无源元件（32）沿着第一辐射元件（10）形成。通过该构成，来构成在两个频带具有增益且具有前方指向性的天线装置。

Description

天线装置

技术领域

本发明涉及天线装置，尤其涉及被用于多个频带中的无线通信等的天线装置。

背景技术

在专利文献1、2中公开了设成使两个辐射元件的开放端靠近并对一个辐射元件供电这样的构造的天线装置。

此外，在专利文献3中公开了对以相同频率进行动作的两个天线附加一个公共的无源元件的天线装置。

此外，在专利文献4中公开了如下的天线装置，即：在相同频率的不同应用下通过在基板的角部附加L字型的无源元件而使得各自的无效方向朝向彼此的天线元件。

然而，例如Wi-Fi（Wireless Fidelity：无线保真）所利用的天线，在2.4GHz频段／5GHz频段这两个频域被要求增益。此外，例如在TV或DVD／BD播放机等的电子设备中，存在设有利用了MIMO（Multiple Input Multiple Output：多输入多输出）系统的Wi-Fi用的天线的情况。这样的电子设备的后方大多为壁部，接入点大多处于电子设备的前方方向。若考虑这样的电子设备的使用状况，则认为与电子设备的前方相比，来自电子设备的后方的电波强度更小。也就是说，被要求前方的增益高于后方的增益的指向性。

在先技术文献

专利文献

专利文献1：国际公开第2006／000631号

专利文献2：美国专利第6323811号说明书

专利文献3：日本特开2004－363848号公报

专利文献4：日本特开2005－86780号公报

发明内容

发明要解决的课题

并非专利文献1～4的任何天线装置均能适用于两个频带，关于与如2.4GHz频段和5GHz频段这样远离的频带的多频段对应、且使前方的增益提高的内容却没有示出。

因此，本发明的目的在于提供一种在两个频带具有增益且具有前方指向性的天线装置。

用于解决课题的手段

（1）本发明的天线装置的特征在于，

具备基板、形成于该基板的接地导体、以及形成于所述基板的接地导体非形成区域的辐射元件，

所述辐射元件由第一辐射元件（供电辐射元件）和第二辐射元件（无源辐射元件）构成，

所述第一辐射元件以及第二辐射元件均具有：从所述接地导体的形成区域向所述接地导体非形成区域突出的第一延出部、以及与所述接地导体的形成区域和接地导体非形成区域的边界平行地延伸的第二延出部，

所述第一辐射元件以及所述第二辐射元件配置成：所述第一辐射元件的第二延出部的开放端和所述第二辐射元件的第二延出部的开放端彼此相对。

（2）优选，在相对于所述第一辐射元件以及所述第二辐射元件而远离所述接地导体的一侧，具备沿着所述第一辐射元件、所述第二辐射元件之中一者或两者的所述第二延出部的无源元件。

（3）优选，所述无源元件还具备沿着所述第一辐射元件以及所述第二辐射元件的开放端延伸的部分。

（4）优选，所述无源元件还具备沿着所述第一辐射元件或所述第二辐射元件的所述第一延出部延伸的部分。

（5）例如为了适用于MIMO系统，由所述第一辐射元件以及所述第二辐射元件构成的组也可以设有多组。

发明效果

根据本发明，可获得在两个频带具有增益且具有前方指向性的天线装置。

附图说明

图1（A）是第一实施方式的天线装置301A的立体图，图1（B）是第一实施方式的另一天线装置301B的立体图。

图2（A）、图2（B）、图2（C）、图2（D）是对于由第一辐射元件10以及第二辐射元件20构成的天线的动作进行表示的图。

图3是表示天线装置301A的天线效率和S参数的图。

图4（A）是表示低频段（2.4GHz频段）中的基板1的面内方向（水平面内）上的指向性的图。图4（B）是表示高频段（5GHz频段）中的基板1的面内方向（水平面内）上的指向性的图。

图5（A）是第二实施方式的天线装置302A的立体图，图5（B）是第二实施方式的另一天线装置302B的立体图。

图6是表示天线装置302A的天线效率和S参数的图。

图7（A）是表示低频段（2.4GHz频段）中的基板1的面内方向（水平面内）上的指向性的图。图7（B）是表示高频段（5GHz频段）中的基板1的面内方向（水平面内）上的指向性的图。

图8（A）是第三实施方式的天线装置303A的立体图，图8（B）是第三实施方式的另一天线装置303B的立体图。

图9（A）是表示低频段（2.4GHz频段）中的基板1的面内方向（水平面内）上的指向性的图。图9（B）是表示高频段（5GHz频段）中的基板1的面内方向（水平面内）上的指向性的图。

图10是表示因无源元件31、32的有无所引起的指向性的差异的图。图10（A）是低频段（2.4GHz频段）中的特性，图10（B）是高频段（5GHz频段）中的特性。

图11是第四实施方式的天线装置304A的立体图。

图12是第四实施方式的另一天线装置304B的立体图。

图13（A）、图13（B）、图13（C）是表示第一实施方式～第四实施方式所示的各天线装置的高频段中的指向性的图。

具体实施方式

《第一实施方式》

参照各图来说明第一实施方式的天线装置以及电子设备。

图1（A）所示的天线装置301A具备：基板1、形成于该基板1的接地导体2、和形成于基板1的接地导体非形成区域NGA的第一辐射元件10以及第二辐射元件20。第一辐射元件10为连接了供电电路9的供电辐射元件，第二辐射元件20为无源辐射元件。

第一辐射元件10具有：从接地导体2的形成区域GA向接地导体非形成区域NGA突出的第一延出部11、以及与接地导体的形成区域GA和接地导体非形成区域NGA的边界平行地延伸的第二延出部12。此外，第二辐射元件20具有：从接地导体2的形成区域GA向接地导体非形成区域NGA突出的第一延出部21、以及与接地导体的形成区域GA和接地导体非形成区域NGA的边界平行地延伸的第二延出部22。

第一辐射元件10以及第二辐射元件20配置成：第一辐射元件10的第二延出部12的开放端和第二辐射元件20的第二延出部22的开放端彼此相对。

图1（B）所示的天线装置301B是在所述天线装置301A上设置了另一组的辐射元件的装置。即，在基板1的接地导体非形成区域NGA，具备由第一辐射元件10以及第二辐射元件20所构成的第一天线121P，还具备另一个由第一辐射元件10以及第二辐射元件20所构成的第二天线121S。另外，也分别设有供电电路9P、9S。通过这样设置两个天线，从而可适用于MIMO系统。

图2是对由第一辐射元件10以及第二辐射元件20构成的天线的动作进行表示的图。图2（A）是在低频段（2.4GHz频段）中用箭头示出了流经第一辐射元件10、第二辐射元件20以及接地导体2的电流的图。图2（B）是在高频段（5GHz频段）中用箭头示出了流经第一辐射元件10、第二辐射元件20以及接地导体2的电流的图。图2（C）是用曲线示出了低频段（2.4GHz频段）中的分布于第一辐射元件10以及第二辐射元件20的驻波的电流大小的图。图2（D）是用曲线示出了高频段（5GHz频段）中的分布于第一辐射元件10以及第二辐射元件20的驻波的电流大小的图。

在低频段中，第二辐射元件20被第一辐射元件10激励，在第一辐射元件10以及第二辐射元件20中流动着在相同方向上连续的电流，而以偶极模式动作。在高频段中，在第一辐射元件10以及第二辐射元件20中流动着相反方向的电流，而以单极模式动作。

第一辐射元件10以及第二辐射元件20在低频段的频率f1以作为基本模式的偶极模式进行谐振。即，进行1／2波长谐振。如图2（A）所示，电流沿着接地导体2的缘端部（接地导体2的形成区域（参照图1（A）中的GA。）和接地导体非形成区域（参照图1（A）中的NGA。）的边界）流动。因而，接地导体2也有助于偶极模式下的辐射。因此，在低频段，也能不仅包含辐射元件10、20的元件长还包含接地导体2地决定接地导体2的所述缘端部的长度以进行1／2波长谐振。

此外，第一辐射元件10在高频段的频率f2（f1＜f2）以单极模式进行谐振。即，以1／4波长进行谐振。

另外，单极模式的谐振频率f2以比第一辐射元件10的元件长的4倍的波长更长的波长（以更低的频率）进行谐振。认为其原因在于，因在第一辐射元件10的开放端与第二辐射元件20的开放端之间产生的电容的影响而导致谐振频率下降。即，认为成为无源辐射元件的第二辐射元件20在供电辐射元件的第一辐射元件10的开放端加载电容的状态。在高频段中，如图2（B）所示，因为在接地导体2的缘端部（接地导体2的接地导体区域和接地导体非形成区域的边界）流动着左右相反方向的电流，所以高频段的谐振频率由第一辐射元件10的元件长以及开放端的电容来决定。

根据本发明，并非用接地导体包围天线的辐射元件，而是通过设为使该辐射元件从接地导体形成区域突出来构成两个L字型的辐射元件10、20，并使其开放端彼此靠近来对第一辐射元件10侧供电这样的构成，从而在远离的两个频率可获得增益。

在图1（B）所示的天线装置301B中，因为两个天线是同一构成，所以均在低频段（2.4GHz频段）以及高频段（5GHz频段）具有增益。

图3是表示天线装置301A的天线效率和S参数的图。在此，S11为从供电电路9观察天线的反射系数，S21为元件间的相互耦合。这样，在2.4GHz频段（2400～2484MHz）以及5GHz频段（5.15～5.725GHz）进行匹配，可获得较高的天线效率。

图4是表示基板1的面内方向（水平面内）上的指向性的图。图4（A）是低频段（2.4GHz频段）中的特性，图4（B）是高频段（5GHz频段）中的特性。0°方向为前方，180°方向为后方。这样，在低频段中，如前所述那样通过以偶极模式进行动作，从而可获得前方的增益高的指向性。关于高频段，也可在前方获得较高的增益。另外，在高频段中，如前所述那样通过以单极模式进行动作，从而在后方也可获得较高的增益。即，由于单极天线是利用了基板的长度方向的天线，因此在基板尺寸大的情况下，来自基板的辐射大于来自天线的辐射，在后方也可获得增益。

另外，在高频段中，较后方而言指向了左侧的方位（指向性偏移）的理由推测是受到电流I沿着图1（A）所示的接地导体2的左边流动的影响。

构成了以上所示的天线装置301A或301B的基板1为印刷布线板，在该印刷布线板上也构成了电子设备的其他电路。然后，该印刷布线板被收纳在电子设备的框体内来构成带天线装置的电子设备。

《第二实施方式》

图5（A）所示的天线装置302A具备：基板1、形成于该基板1的接地导体2、和形成于基板1的接地导体非形成区域NGA的第一辐射元件10以及第二辐射元件20。第一辐射元件10为连接了供电电路9的供电辐射元件，第二辐射元件20为无源辐射元件。

在相对于第二辐射元件20而远离接地导体2的形成区域GA的一侧，沿着第二辐射元件20的第二延出部22形成有无源元件31。该无源元件31还具备沿着第一辐射元件10以及第二辐射元件20的开放端延伸的部分，从而整体成为L字型。该无源元件31不与第一辐射元件10以及第二辐射元件20的开放端相接地形成在基板1的背面。

另外，无源元件31不仅沿着第二延出部22延伸还沿着第一辐射元件10以及第二辐射元件20的开放端延伸，这是为了与它们的开放端发生电场耦合、以及确保必要的元件长。

此外，在相对于第一辐射元件10而远离接地导体2的形成区域GA的一侧，沿着第一辐射元件10的第二延出部12形成有无源元件32。该无源元件32还具备沿着第一辐射元件10的第一延出部延伸的部分，从而整体成为L字型。

所述无源元件31的元件长为高频段中的大致1／4波长。通过使无源元件31靠近第一辐射元件10的开放端，从而主要与供电侧的第一辐射元件10发生电磁场耦合，而在无源元件31中流动电流。此时，无源元件31作为波导器进行动作。

此外，所述无源元件32的元件长为高频段中的大致1／4波长。通过使无源元件32靠近第一辐射元件10，从而主要与供电侧的第一辐射元件10发生电磁场耦合，而在无源元件32中流动电流。此时，无源元件32作为波导器进行动作。

这样，配置在第一辐射元件10、第二辐射元件20的前方处的无源元件31、32作为波导器起作用，从而高频段的指向性朝向前方，能够使前方的增益提高。

图5（B）所示的天线装置302B是在所述天线装置302A上设置了另一组的辐射元件的装置。即，在基板1的接地导体非形成区域NGA，具备由第一辐射元件10、第二辐射元件20以及无源元件31、32所构成的第一天线122P，还具备另一个由第一辐射元件10、第二辐射元件20以及无源元件31、32所构成的第二天线122S。另外，也分别设有供电电路9P、9S。通过这样设置两个天线，从而可适用于MIMO系统。

图6是表示天线装置302A的天线效率和S参数的图。在此，S11为从供电电路9观察天线的反射系数，S21为元件间的相互耦合。这样，在2.4GHz频段（2400～2497MHz）以及5GHz频段（5.15～5.725GHz）进行匹配，可获得较高的天线效率。

图7是表示基板1的面内方向（水平面内）上的指向性的图。图7（A）是低频段（2.4GHz频段）中的特性，图7（B）是高频段（5GHz频段）中的特性。0°方向为前方，180°方向为后方。

在此，将因无源元件31、32的有无所引起的、前方方向（-90deg～90deg）的平均增益的差异表示在表1中。

[表1]

-90deg～90deg的平均增益[dB]	2.4GHz	2.45GHz	2.5GHZ	5.2GHz	5.5GHz	5.8GHz
							有无源元件31、32	-2.1	-2.0	-1.8	-1.8	-1.3	-0.7
没有无源元件31、32	-2.1	-2.1	-1.9	-6.1	-6.1	-6.3
							差分	0.1	0.1	0.2	4.4	4.9	5.6

通过该无源元件31、32的作用，与没有无源元件31、32的情况相比，在高频段中前方方向（-90deg～90deg）的平均增益提高4.4dB～5.6dB。（参照表1）

这样，在低频段中，如前所述那样通过以偶极模式进行动作，从而可得到辐射元件10、20自接地导体2的形成区域GA突出的方向（前方）的增益高的指向性，关于高频段也可获得前方的增益高的指向性。

《第三实施方式》

图8（A）所示的天线装置303A具备：基板1、形成于该基板1的接地导体2、和形成于基板1的接地导体非形成区域NGA的第一辐射元件10以及第二辐射元件20。第一辐射元件10为连接了供电电路9的供电辐射元件，第二辐射元件20为无源辐射元件。与图5（A）所示的天线装置不同，在第三实施方式中具备无源元件31但却不具备无源元件32。

图8（B）所示的天线装置303B是在所述天线装置303A上设置了另一组的辐射元件的装置。即，在基板1的接地导体非形成区域NGA，具备由第一辐射元件10、第二辐射元件20以及无源元件31所构成的第一天线123P，还具备另一个由第一辐射元件10、第二辐射元件20以及无源元件31所构成的第二天线 123S。通过这样设置两个天线，从而可适用于MIMO系统。

图9是表示基板1的面内方向（水平面内）上的指向性的图。图9（A）是低频段（2.4GHz频段）中的特性，图9（B）是高频段（5GHz频段）中的特性。0°方向为前方，180°方向为后方。

在此，关于具备无源元件31、32两者的情况和仅具备无源元件31的情况，将前方方向（-90deg～90deg）的平均增益的差异表示在表2中。

[表2]

-90deg～90deg的平均堵益[dB]	2.4GHz	2.45GHz	2.5GHz	5.2GHz	5.5GHz	5.8GHz
							有无源元件31、32	-2.1	-2.0	-1.8	-1.8	-1.3	-0.7
有无源元件31、没有无源元件32	-2.0	-2.0	-1.8	-3.5	-3.8	-4.2
							差分	-0.1	0.0	0.0	1·7	2.6	3.5

这样，即便仅赋予了无源元件31，前方的平均增益也会提高，但是与还设有无源元件32的情况相比，在5GHz频段中前方方向（-90deg～90deg）的平均增益劣化1.7dB～3.5dB。

图10是表示因无源元件31、32的有无所引起的指向性的差异的图。图10（A）是低频段（2.4GHz频段）中的特性，图10（B）是高频段（5GHz频段）中的特性。在图10（A）、图10（B）中，（1）是没有无源元件31、32的情况，（2）是有无源元件31、32的情况，（3）是有无源元件31、且没有无源元件32的情况。此外，0°方向为前方，180°方向为后方。如图10（B）所表示的那样，可知在高频段中因无源元件31所引起的前方增益的提高效果较高，通过追加无源元件32而前方的增益进一步提高。

《第四实施方式》

图11是第四实施方式的天线装置304A的立体图，图12是第四实施方式的另一天线装置304B的立体图。

图11所示的天线装置304A以及图12所示的天线装置304B 具备：基板1、形成于该基板1的接地导体2、和形成于基板1的接地导体非形成区域NGA的第一辐射元件10以及第二辐射元件20。第一辐射元件10为连接了供电电路9的供电辐射元件，第二辐射元件20为无源辐射元件。

与图1（A）所示的线装置301A不同点在于：设置了无源元件31。在相对于第二辐射元件20而远离接地导体2的形成区域GA的一侧，沿着第二辐射元件的第二延出部22形成有该无源元件31。

在图11的示例中，无源元件31也沿着第一辐射元件10的第二延出部12。此外，在图12的示例中，无源元件31也沿着第二辐射元件20的第一延出部21。

这样，即便无源元件31沿着作为无源辐射元件的第二辐射元件20设置，也能使无源元件31作为波导器起作用。由此，能够提高高频段中的前方方向的增益。

图13（A）、图13（B）、图13（C）是表示第一实施方式～第四实施方式所示的各天线装置的高频段中的指向性的图。在此，模型1相当于图1（A）所示的第一实施方式的天线装置301A，模型2相当于图5（A）所示的第二实施方式的天线装置302A，模型3相当于图8（A）所示的第三实施方式的天线装置303A，模型4相当于图11所示的天线装置304A，模型5相当于图12所示的天线装置304B。图13（A）是叠加示出模型1、模型2、模型3的指向性的图，图13（B）是叠加示出模型1、模型2、模型4的指向性的图，图13（C）是叠加示出模型1、模型2、模型5的指向性的图。

前方方向（-90deg～90deg）的平均增益如下所述。

由这些结果可知，关于前方方向的增益，作为模型2的天线装置302A最优异，但关于模型3、模型4、模型5，前方方向的增益也均得以提高。

《其他实施方式》

在以上所示的各实施方式中，关于第一辐射元件、第二辐射元件、无源元件，均以印刷布线板的导体图案形成。但是，本发明并未将它们限于以导体图案来形成的方式。也可由芯片元件或成型的薄金属板来构成。例如，也可以将第二延出部12、22形成于长方体形状的电介质芯片的表面上的芯片天线来构成第一辐射元件10或第二辐射元件20。此外，也可通过将成型的薄金属板安装于印刷布线板，由此来构成无源元件31、32。

另外，在以上的各实施方式中，示出了将第一辐射元件10的第二延出部12以及第二辐射元件20的第二延出部22与接地导体的形成区域GA和接地导体非形成区域NGA的边界平行地延伸的例子，但是在此提及的“平行”并不是数学上的平行的意思，只要是第二延出部相对于所述边界平行为有助于辐射的程度即可。此外，只要由于沿着该第二延出部配置的无源元件的存在而具有单极模式动作下的前方增益的提高效果即可。即，包括“大致平行”。

符号说明

GA…接地导体的形成区域

NGA…接地导体非形成区域

1…基板

2…接地导体

9、9P、9S…供电电路

10…第一辐射元件

11…第一延出部

12…第二延出部

20…第二辐射元件

21…第一延出部

22…第二延出部

31、32…无源元件

121P、122P、123P…第一天线

121S、122S、123S…第二天线

301A、301B…天线装置

302A、302B…天线装置

303A、303B…天线装置

304A、304B…天线装置

Claims

1.一种天线装置，具备基板、形成于所述基板的接地导体、以及形成于所述基板的接地导体非形成区域的辐射元件及无源元件，

所述辐射元件由第一辐射元件和第二辐射元件构成，

所述第一辐射元件以及所述第二辐射元件配置成：所述第一辐射元件的第二延出部的开放端和所述第二辐射元件的第二延出部的开放端彼此相对，

所述无源元件在相对于所述第一辐射元件以及所述第二辐射元件而远离所述接地导体的一侧，沿着所述第一辐射元件及所述第二辐射元件的所述第二延出部而配置为横跨所述第一辐射元件及所述第二辐射元件，

所述无源元件还具备沿着所述第一辐射元件以及所述第二辐射元件的开放端延伸的部分，且所述无源元件为L字型，

所述无源元件中的所述延伸的部分存在于所述第一辐射元件的开放端和所述第二辐射元件的开放端之间。

2.根据权利要求1所述的天线装置，其中，

将由所述第一辐射元件以及所述第二辐射元件构成的组设为多组。