CN104508907A - 天线装置以及具备该天线装置的无线装置 - Google Patents

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Abstract

本发明的天线装置具备：与馈电点连接的馈电元件；与上述馈电元件分离配置的辐射元件，其中，上述馈电元件通过与上述辐射元件进行电磁场耦合而向上述辐射元件馈电，上述辐射元件作为辐射导体发挥功能。例如，将上述馈电元件的产生谐振的基本模式的电气长度设为Le21、将上述辐射元件的产生谐振的基本模式的电气长度设为Le22、将上述辐射元件的基本模式的谐振频率处的上述馈电元件或上述辐射元件上的波长设为λ时，Le21为(3/8)×λ以下，并且Le22在上述辐射元件的谐振的基本模式是偶极模式的情况下为(3/8)×λ以上且(5/8)×λ以下，Le22在上述辐射元件的谐振的基本模式是环形模式的情况下为(7/8)×λ以上且(9/8)×λ以下。

Description

天线装置以及具备该天线装置的无线装置
技术领域
本发明涉及一种天线装置以及具备该天线装置的无线装置(例如便携电话等便携无线机)。
背景技术
近年来，安装于便携无线机等的天线个数增加，并且由于电路基板的集成密度提高，因此被安装在壳体表面或壳体内部等远离电路基板的部位。
例如，专利文献1所公开的天线导体(辐射导体)形成在壳体封装面，与设置在基板的馈电针物理接触(参照专利文献1的图2)。在使用这样的馈电针的情况下，为了提高从外部施加冲击时的可靠性，利用弹簧针连接器等具有缓和冲击的机构的连接端子。另外，作为不使用这样的特殊机构的例子，有专利文献2所公开的馈电方式。
专利文献2的天线装置在壳体形成辐射导体，并且在正交地竖立在电路基板上的馈电线的前端配置有电容板(参照专利文献2的图1)。通过电容板与辐射导体进行电容耦合而非接触地向辐射导体馈电，因此非接触馈电方式可以说是抗冲击性强的构造。特别在壳体使用玻璃、陶瓷等脆性材料并在壳体形成天线的情况下，如果用馈电针等进行馈电，在从外部施加强的冲击时，应力集中在壳体的一点，由此有可能壳体损坏而天线也变得不动作。作为避免这样的问题的手段，非接触馈电可以说是非常有效的。
专利文献1：日本特开2009-060268号公报
专利文献2：日本特开2001-244715号公报
发明内容
发明要解决的问题
然而，在使辐射导体与电容板进行电容耦合的馈电方式中，由于制造上的误差等，辐射导体与电容板的相对位置关系、特别是间隔与设计值偏离，由此电容值变化大。其结果是有可能无法取得阻抗匹配。另外，由于使用造成的振动等而辐射导体与电容板的相对位置关系变化，也有可能产生同样的问题。
因此，本发明的目的在于提供一种能够实现对与辐射导体之间的位置关系具有高位置鲁棒性的非接触馈电的天线装置以及具备该天线装置的无线装置。
用于解决问题的方案
为了达到上述目的，本发明提供一种天线装置以及具备该天线装置的无线装置，该天线装置具备：与馈电点连接的馈电元件；以及与上述馈电元件分离配置的辐射元件，其中，上述馈电元件通过与上述辐射元件进行电磁场耦合来向上述辐射元件馈电，上述辐射元件作为辐射导体发挥功能。
发明的效果
根据本发明，能够实现对与辐射导体之间的位置关系具有高位置鲁棒性的非接触馈电。
附图说明
图1A是一个实施方式的天线装置的分析模型的立体图。
图1B是一个实施方式的天线装置的分析模型的立体图。
图2是一个实施方式的馈电元件的S11特性图。
图3是一个实施方式的天线装置的S11特性图。
图4是馈电元件与辐射元件之间的最短距离D1同辐射元件的动作增益的关系图。
图5A是馈电元件与辐射元件的交叉角度为+90°时的天线装置的实施方式。
图5B是馈电元件与辐射元件的交叉角度为+45°时的天线装置的实施方式。
图5C是馈电元件与辐射元件的交叉角度为0°时的天线装置的实施方式。
图5D是馈电元件与辐射元件的交叉角度为-45°时的天线装置的实施方式。
图5E是馈电元件与辐射元件的交叉角度为-90°时的天线装置的实施方式。
图6是透视地示出天线装置向无线装置的安装例子的主视图。
图7是示意地示出天线装置向无线装置的安装例子的侧视图。
图8A是示意地示出天线装置向无线装置的安装例子的侧视图。
图8B是示意地示出天线装置向无线装置的安装例子的侧视图。
图9A是透视地示出用一个馈电元件对多个辐射元件馈电的情况下的安装例子的主视图。
图9B是透视地示出用一个馈电元件对多个辐射元件馈电的情况下的安装例子的主视图。
图10A是透视地示出将多个天线装置安装到一个无线装置的例子的主视图。
图10B是透视地示出将多个天线装置安装到一个无线装置的例子的主视图。
图10C是透视地示出将多个天线装置安装到一个无线装置的例子的主视图。
图11是透视地示出配置为与天线装置的辐射元件正交的其他天线元件的安装例子的主视图。
图12是示意地示出辐射元件与其他天线元件的高度方向的位置关系的侧视图。
图13是实际制作出的天线装置的立体图。
图14是透视地示出图13的天线装置的结构的俯视图。
图15是第一制作品的S11特性图。
图16是第二制作品的S11特性图。
图17是第三制作品的S11特性图。
图18是表示Y轴方向的位置鲁棒性的S11特性图。
图19是表示X轴方向的位置鲁棒性的S11特性图。
图20是一个实施方式的天线装置的分析模型的立体图。
图21是图20的天线装置的S11特性图。
图22是馈电元件的基本模式的谐振频率f21与辐射元件的二次模式的谐振频率f12的频率比p同根据辐射元件的谐振频率f11、f12分别计算出的S11之间的关系图。
图23是频率比p的上限值p2同对馈电元件与辐射元件之间的最短距离进行标准化所得的值x之间的关系图。
图24是一个实施方式的天线装置的立体图。
图25是图24的天线装置的S11的特性图。
图26是一个实施方式的天线装置的分析模型的俯视图。
图27是图26的天线装置的S11特性图。
图28是一个实施方式的无线装置的立体图。
图29是构成在28的无线装置上的天线装置的S11特性图。
具体实施方式
以下，依照附图说明本发明的实施方式。
图1A是示出用于对作为本发明的一个实施方式的天线装置1的动作进行分析的计算机上的模拟模型的立体图。使用了Microwave Studio(注册商标)(CST公司)作为电磁场模拟器。
天线装置1具备馈电点14、接地平面12、辐射元件22、向辐射元件22馈电的馈电部36、从辐射元件22向Z方向离开规定距离配置的作为导体的馈电元件21。馈电部36是针对辐射元件22单体的馈电部位，不是作为天线装置1的馈电部位。作为天线装置1的馈电部位是馈电点14。
此外，在图1A的情况下，辐射元件22和馈电元件21在以Z轴方向俯视时是重叠的，但如果相距馈电元件21能够与辐射元件22进行电磁场耦合的距离，则也可以并不必须在以Z轴方向俯视时重叠。例如，也可以在以X轴或Y轴方向等任意方向俯视时重叠。
辐射元件22是具有导体部分23的线条导体，该导体部分23是沿着接地平面12的边缘部12a配置的线状的天线导体部分，例如以在Y轴方向侧相距规定的最短距离的状态与边缘部12a平行地在X轴方向上延伸。辐射元件22具有沿着外边缘部12a的导体部分23，由此例如能够容易地控制天线装置1的指向性。图1A例示了直线状的辐射元件22，但辐射元件22也可以是L字状等其他形状。
馈电元件21是与以接地平面12为接地基准的馈电点14连接的元件，是能够经由馈电部36通过电磁场耦合向辐射元件22馈电的线状导体。在图1A的情况下，馈电元件21是以与馈电点14连接的端部21a为起点、在Y轴方向上直线状地延伸到端部21b的线条导体。端部21b是没有连接其他导体的开放端。
馈电点14是利用了接地平面12的与规定的传输线路、馈电线等连接的馈电部位。作为规定的传输线路的具体例子，能够列举微带线、带状线、带接地平面的共平面波导(在与导体面相反的一侧的表面配置了接地平面的共平面波导：coplanar waveguide)等。作为馈电线，能够列举馈电线、同轴电缆。
馈电元件21经由馈电点14例如与安装于基板的馈电电路(例如IC芯片等集成电路)连接。馈电元件21与馈电电路也可以经由上述的不同的多种传输线路、馈电线连接。另外，馈电元件21通过电磁场耦合向辐射元件22馈电。
在图1A中例示了在XY平面内延伸的方形状的接地平面12。另外，在图1A中，例示了与接地平面12的边缘部12a成直角并且在与Y轴平行的方向上延伸的作为线状导体的馈电元件21、与馈电元件21的延伸方向成直角并且在与X轴平行的方向上延伸的作为线状导体的辐射元件22。
馈电元件21和辐射元件22以能够相互进行电磁场耦合的距离分离配置。在馈电部36经由馈电元件21通过电磁场耦合来对辐射元件22非接触地馈电。通过这样馈电，辐射元件22作为天线的辐射导体发挥功能。如图1A所示，在辐射元件22是将两点之间连接的线状导体的情况下，在辐射元件22上形成与半波长偶极天线相同的谐振电流(分布)。即，辐射元件22作为以规定频率的半波长进行谐振的偶极天线发挥功能(以下称为偶极模式)。另外，如图1B所示的天线装置8那样，辐射元件也可以是环形导体。在图1B中，例示了环形的辐射元件24。在辐射元件是环形导体的情况下，在辐射元件上形成与环形天线相同的谐振电流(分布)。即，辐射元件24作为以规定频率的一个波长进行谐振的环形天线发挥功能(以下称为环形模式)。
电磁场耦合是利用了电磁场的共振现象的耦合，例如在非专利文献(A.Kurs，et al，“Wireless Power Transfer via strongly Coupled MagneticResonances”，Science Express，Vol.317，No.5834，pp.83～86，Jul.2007)中公开。电磁场耦合也称为电磁场谐振耦合或电磁场共振耦合，是以下一种技术：在使以相同频率谐振的谐振器彼此接近并使一方的谐振器谐振时，经由在谐振器之间产生的近场(非辐射场区域)的耦合来向另一方的谐振器传输能量。另外，电磁场耦合是指除了静电电容耦合、利用电磁感应的耦合以外的、利用高频的电场和磁场的耦合。此外，此处的“除了静电电容耦合、利用电磁感应的耦合以外”并不是指完全没有这些耦合，而是指这些耦合小到不产生影响的程度。馈电元件21和辐射元件22之间的介质可以是空气，也可以是玻璃、树脂材料等电介质。此外，优选在馈电元件21和辐射元件22之间不配置接地平面、显示器等导电性材料。
通过使馈电元件21和辐射元件22进行电磁场耦合，能够得到抗冲击性强的构造。即，通过利用电磁场耦合，不使馈电元件21和辐射元件22物理接触就能够使用馈电元件21向辐射元件22馈电，因此与需要物理接触的接触馈电方式相比，能够得到抗冲击性强的构造。
另外，与通过静电电容耦合进行馈电的情况相比，在通过电磁场耦合进行馈电的情况下，对于馈电元件21和辐射元件22之间的相距距离(耦合距离)的变化，动作频率处的辐射元件22的动作增益(天线增益)难以降低。在此，动作增益是指通过天线的辐射效率×回波损耗计算出的量，是被定义为与输入功率对应的天线效率的量。因而，通过使馈电元件21和辐射元件22进行电磁场耦合，能够提高决定馈电元件21和辐射元件22的配置位置的自由度，还能够提高位置鲁棒性。此外，位置鲁棒性高是指即使馈电元件21和辐射元件22的配置位置等偏离，对辐射元件22的动作增益的影响也低。另外，决定馈电元件21和辐射元件22的配置位置的自由度高，因此在能够容易地缩小设置天线装置1所需要的空间这一点上有利。另外，通过利用电磁场耦合，即使不构成电容板等多余的部件，也能够使用馈电元件21向辐射元件22馈电，因此与通过静电电容耦合进行馈电的情况相比，能够通过简单的结构进行馈电。
另外，作为馈电元件21向辐射元件22馈电的部位的馈电部36，在图1A的情况下，位于辐射元件22的一个端部22a与另一个端部22b之间的除中央部90以外的部位(中央部90与端部22a或端部22b之间的部位)。这样，通过使馈电部36位于辐射元件22的、辐射元件22的基本模式的谐振频率处的阻抗最低的部分(在该情况下是中央部90)以外的部位，由此能够容易地取得天线装置1的阻抗匹配。馈电部36是以辐射元件22与馈电元件21最接近的辐射元件22的导体部分中的最接近馈电点14的部分定义的部位。
在偶极模式的情况下，辐射元件22的阻抗随着从辐射元件22的中央部90向端部22a或端部22b的方向离开而变高。在电磁场耦合中以高阻抗耦合的情况下，即使馈电元件21与辐射元件22之间的阻抗稍微变化，如果通过固定值以上的高阻抗进行耦合，则对阻抗匹配的影响也小。由此，为了容易地取得匹配，优选辐射元件22的馈电部36位于辐射元件22的高阻抗的部分。
例如为了容易地取得天线装置1的阻抗匹配，馈电部36优选位于与辐射元件22的基本模式的谐振频率处的阻抗最低的部分(在该情况下是中央部90)相距辐射元件22的总长的1/8以上(优选1/6以上，更优选1/4以上)的距离的部位。在图1A的情况下，辐射元件22总长相当于L22，馈电部36相对于中央部90位于端部22a侧。
另一方面，如专利文献2那样，当在静电电容耦合那样的低阻抗耦合中取得阻抗匹配时，例如在电容板与辐射导体之间的距离稍稍变远的情况下，导致电容变小而电容板与辐射导体之间的阻抗变高，变成不能取得阻抗匹配。
将产生馈电元件21的谐振的基本模式的电气长度设为Le21，将产生辐射元件22的谐振的基本模式的电气长度设为Le22，将辐射元件22的基本模式的谐振频率f11处的馈电元件21或辐射元件22上的波长设为λ，优选Le21为(3/8)×λ以下，并且Le22在辐射元件22的谐振的基本模式是偶极模式的情况下为(3/8)×λ以上且(5/8)×λ以下，Le22在辐射元件22的谐振的基本模式是环形模式的情况下为(7/8)×λ以上且(9/8)×λ以下。
优选上述Le21为(3/8)×λ以下。另外，在想要包含接地平面12的有无在内地对馈电元件21的形状赋予自由度的情况下，更优选为(1/8)×λ以上且(3/8)×λ以下，特别优选(3/16)×λ以上且(5/16)×λ以下。如果Le21在该范围内，则馈电元件21以辐射元件22的设计频率(谐振频率f11)良好地谐振，因此馈电元件21与辐射元件22不依存于天线装置1的接地平面12而共振，得到良好的电磁场耦合，从而优选。
另外，在以使边缘部12a沿着辐射元件22的方式形成接地平面12的情况下，馈电元件21通过与边缘部12a的相互作用，能够在馈电元件21和接地平面上形成谐振电流(分布)，与辐射元件22共振而进行电磁场耦合。因此，并不特别限定馈电元件21的电气长度Le21的下限值，只要是馈电元件21能够与辐射元件22在物理上进行电磁场耦合的程度的长度即可。另外，实现了电磁场耦合是指取得了匹配。另外，在该情况下，不需要与辐射元件22的谐振频率一致地设计馈电元件21的电气长度，能够将馈电元件21作为辐射导体自由地进行设计，因此能够容易地实现天线装置1的多频率化。此外，优选沿着辐射元件22的接地平面12的边缘部12a与馈电元件21的电气长度合计为设计频率(谐振频率f11)的(1/4)×λ以上的长度。
此外，在不包含匹配电路等的情况下，在将辐射元件的基本模式的谐振频率处的真空中的电波的波长设为λ0、将因安装环境产生的波长缩短效应的缩短率设为k1时，通过λg1＝λ0×k1来决定馈电元件21的物理长度L21。在此，k1是根据馈电元件21的环境的有效相对介电常数(εr1)和有效相对磁导率(μr1)等设置了馈电元件的电介体基材等介质(环境)的相对介电常数、相对磁导率、以及厚度、谐振频率等而计算出的值。即，L21是(3/8)×λg以下。此外，缩短率既可以根据上述物性计算，也可以通过实测求出。例如，也可以测定设置在希望测定缩短率的环境中的成为对象的元件的谐振频率，在每个任意频率的缩短率已知的环境中测定相同元件的谐振频率，根据这些谐振频率的差计算缩短率。
馈电元件21的物理长度L21是产生Le21的物理长度，在不包含其他要素的理想的情况下，与Le21相等。在馈电元件21包含匹配电路等的情况下，优选L21超过零且为Le21以下。通过利用电感等匹配电路，能够缩短L21(减小大小)。
另外，在辐射元件的谐振的基本模式是偶极模式(是辐射元件的两端是开放端那样的线状的导体)的情况下，上述Le22优选为(3/8)×λ以上且(5/8)×λ以下，更优选为(7/16)×λ以上且(9/16)×λ以下，特别优选为(15/32)×λ以上且(17/32)×λ以下。另外，在考虑到高次模式时，上述Le22优选为(3/8)×λ×m以上且(5/8)×λ×m以下，更优选为(7/16)×λ×m以上且(9/16)×λ×m以下，特别优选为(15/32)×λ×m以上且(17/32)×λ×m以下。其中，m是高次模式的模式数，是自然数。m优选1～5的整数，特别优选1～3的整数。在m＝1的情况下是基本模式。如果Le22在该范围内，则辐射元件22充分作为辐射导体发挥功能，天线装置1的效率好，从而优选。
另外，同样地，在辐射元件的谐振的基本模式是环形模式(辐射元件是环状的导体)的情况下，上述Le22优选为(7/8)×λ以上且(9/8)×λ以下，更优选为(15/16)×λ以上且(17/16)×λ以下，特别优选为(31/32)×λ以上且(33/32)×λ以下。另外，对于高次模式，上述Le22优选为(7/8)×λ×m以上且(9/8)×λ×m以下，更优选为(15/16)×λ×m以上且(17/16)×λ×m以下，特别优选为(31/32)×λ×m以上且(33/32)×λ×m以下。
此外，在将辐射元件的基本模式的谐振频率处的真空中的电波的波长设为λ0、将因安装环境产生的缩短效应的缩短率设为k2时，通过λg2＝λ0×k2来决定辐射元件22的物理长度L22。在此，k2是根据辐射元件22的环境的有效相对介电常数(εr2)和有效相对磁导率(μr2)等设置了辐射元件的电介体基材等介质(环境)的相对介电常数、相对磁导率以及厚度、谐振频率等而计算出的值。即，L22在辐射元件的谐振的基本模式是偶极模式的情况下，为(3/8)×λg2以上且(5/8)×λg2以下，在辐射元件的谐振的基本模式是环形模式的情况下，为(7/8)×λg2以上且(9/8)×λg2以下。辐射元件22的物理长度L22是产生Le22的物理长度，在不包含其他要素的理想的情况下，与Le22相等。即使通过利用电感等匹配电路而L22缩短，也优选L22超过零且为Le22以下，特别优选为Le22的0.4倍以上且1倍以下。在图1B所示的环状的辐射元件24的情况下，L22相当于辐射元件24的内周侧的周长。
例如，在将利用馈电元件21作为辐射导体的情况下的馈电元件的设计频率设为3.5GHz时，使用了相对介电常数＝3.4、tanδ＝0.003、基板厚度0.8mm的BT树脂(注册商标)CCL-HL870(M)(三菱气体化学制)作为电介体基材的情况下的L21的长度是20mm，在将辐射元件22的设计频率设为2.2GHz时，L22的长度是34mm。
另外，在如图1A、图1B所示那样能够利用馈电元件21与接地平面21的边缘部12a的相互作用的情况下，也可以使馈电元件21如上述那样作为辐射元件发挥功能。通过馈电元件21在馈电部36以电磁场耦合非接触地对辐射元件22馈电，由此例如在图1A的情况下，辐射元件22是作为λ/2偶极天线发挥功能的辐射导体。另一方面，馈电元件21是能够对辐射元件22馈电的线状的馈电导体，但也是通过在馈电点14被馈电而能够作为单极天线(例如λ/4单极天线)发挥功能的辐射导体。使用图2、图3说明该点。
图2是在模拟基础上得到的馈电元件21的S11特性。此外，S11特性是高频电子部件等的特性的一种，在本说明书中，用针对频率的反射损失(回波损耗)表示。图2是在从图1A的天线装置1的结构中排除辐射元件22的结构中针对在馈电元件21的端部21a与接地平面12的边缘部12a之间的馈电点14进行了间隙馈电时的S11特性进行计算的结果。通过将设计频率设为3.75GHz、将馈电元件21的L21设为20mm(＝λ0/4)，如图2所示，能够使馈电元件21作为利用了接地平面12的λ/4单极天线(辐射元件)进行动作。
图3是在向如图2那样作为λ/4单极天线发挥功能的馈电元件21追加了与接地平面12的边缘部12a平行的辐射元件22的结构中针对在馈电点14进行了间隙馈电时的S11进行计算的结果。这时，辐射元件22以在从Z轴方向看时辐射元件22的一个端部22a重叠在馈电元件21的端部21a与21b之间的方式、并以能够在Z轴方向与馈电元件21进行电磁场耦合的距离同馈电元件21分离配置。通过将设计频率设定为3GHz、将辐射元件22的L22设定为50mm(＝λ0/2)，能够如图3所示那样使辐射元件22在2GHz～2.5GHz的频带谐振。即，即使使馈电元件21作为辐射元件发挥功能，也能够使辐射元件22作为天线发挥功能。另外，在将辐射元件22的谐振频率设定为f1、将馈电元件21的谐振频率设定为f2的情况下，能够在频率f2处利用馈电元件的辐射功能。
在不包含匹配电路等的情况下，在将馈电元件21的谐振频率f2处的真空中的电波的波长设为λ1、将因安装环境产生的缩短效应的缩短率设为k1时，通过λg3＝λ1×k1来决定利用馈电元件21的辐射功能时的物理长度L21。在此，k1是根据馈电元件21的环境的有效相对介电常数(εr1)和有效相对磁导率(μr1)等设置了馈电元件的电介体基材等介质(环境)的相对介电常数、相对磁导率以及厚度、谐振频率等而计算出的值。即，L21为(1/8)×λg3以下且(3/8)×λg3以下，优选为(3/16)×λg3以上且(5/16)×λg3以下。馈电元件21的物理长度L21是产生Le21的物理长度，在不包含其他要素的理想的情况下，与Le21相等。在馈电元件21包含匹配电路等的情况下，优选L21超过零且为Le21以下。通过利用电感等匹配电路，能够缩短L21(减小大小)。
此外，在分析图2、图3时的模拟条件下，将图1A的接地平面12设为横的长度L1为100mm、纵的长度L2为150mm的没有厚度的虚拟导体。另外，将接地平面12的边缘部12a和馈电元件21的端部21a之间的间隔设为1mm。另外，设为也没有电介体基材。
另外，在将辐射元件22的基本模式的谐振频率处的真空中的电波波长设为λ0的情况下，适合的是，馈电元件21与辐射元件22之间的最短距离x(>0)是0.2×λ0以下(更优选0.1×λ0以下、进一步优选0.05×λ0以下)。通过以这样的最短距离x将馈电元件21和辐射元件22分离地配置，在提高辐射元件22的动作增益这一点上是有利的。
此外，最短距离x是指馈电元件21与辐射元件22中的最接近部位之间的直线距离。
图4是表示最短距离x与辐射元件22的动作增益之间的关系的图表。此处的动作增益是以考虑了天线的反射损失的辐射效率计算出的值，是在将辐射效率设为η、将反射系数设为Γ时，根据η×(1-|Γ|2)计算出的值。在分析图4时的模拟条件下，将图1A的接地平面12设为横的长度L1为100mm、纵的长度L2为150mm的没有厚度的虚拟导体。另外，将接地平面12的边缘部12a与馈电元件21的端部21a之间的间隔设为1mm。另外，设为在馈电点14进行间隙馈电，并在馈电点14与馈电元件21的端部21a之间串联地插入连接有具有用于匹配的20nH的电感的匹配电路15。另外，将馈电元件21的L21设为5mm，将辐射元件22的L22设为50mm。这样，通过适当地调整与馈电元件21连接的匹配电路，即使缩短馈电元件21的L21也能够进行电磁场耦合，因此能够减小馈电元件21的安装面积，减少基板的专用面积。
在此，示出了电感的例子，但元件并不限于电感，也能够利用电容。另外，此处串联插入了电感，但电路方式并不限于此，当然能够利用此前已知的匹配技术。并且，通过以电子方式变更该匹配电路的常数，即使馈电元件的长度相同，也能够自适应地变更动作频率、频带。由此，能够实现可调天线。
另外，辐射元件22以从Z轴方向看时辐射元件22的一个端部22a重叠在馈电元件21的端部21a和21b之间的方式、在Z轴方向与馈电元件21分离地配置。因而，在该情况下，最短距离x相当于辐射元件22的馈电元件21侧的端部22a与馈电元件21的辐射元件22侧的端部21b之间的直线距离。
图4的数据是保持馈电元件21的位置固定而使辐射元件22从馈电元件21起在Z轴方向上平行移动来改变最短距离x并计算辐射元件22的动作增益所得的结果。图4的纵轴是将电波的频率设定为2.6GHz时的辐射元件22的动作增益。图4的横轴的最短距离x是用一个波长进行标准化后的值(换算为每一个波长的距离所得的值)。
如图4所示，可知随着辐射元件22远离馈电元件21，两个元件之间的电磁场耦合的耦合强度变弱，因此辐射元件22的动作增益降低。这样，在最短距离x是0.2×λ0以下(更优选0.1×λ0以下，进一步优选0.05×λ0以下)时，在提高辐射元件22的动作增益这一点上是有利的。
另外，优选馈电元件21和辐射元件22以最短距离x并行设置的距离是辐射元件22的物理长度的3/8以下。更优选1/4以下，进一步优选1/8以下。成为最短距离x的位置是馈电元件21与辐射元件22的耦合强的部位，在按照最短距离x并行设置的距离长时，与辐射元件22的阻抗高的部分和低的部分双方强耦合，因此有时无法取得阻抗匹配。由此，以最短距离x并行设置的距离短使得只与辐射元件22的阻抗变化少的部位强耦合在进行阻抗匹配这一点上是有利的。
图5A～图5E示出馈电元件21与辐射元件22的交叉角度不同的天线装置的五种实施方式变形。在图5A～图5E的情况下，以馈电元件21的前端部21b为中心，使辐射元件22的距端部22a为10mm的前端部旋转。无论馈电元件21与辐射元件22以何种角度相交，只要两个元件进行电磁场耦合，则辐射元件22的动作增益能够确保希望的值。另外，即使改变交叉角度，对辐射元件22的动作增益的特性也几乎没有影响。
图6是无线通信装置2的主视图，示出天线装置1向无线通信装置2的安装例子。图6是为了容易看到馈电元件21、辐射元件22以及接地平面12等天线装置1的构成要素的配置位置而进行透视示出的图。此外，此处图示的接地平面表示未图示的电路基板的接地平面，该接地平面与未图示的系统的接地平面电连接，天线装置的接地平面意味着系统的接地平面。
无线通信装置2是人能够携带的无线装置。作为无线通信装置2的具体例子，能够列举信息终端机、便携电话、智能手机、个人计算机、游戏机、电视机、音乐、影像的播放机等电子设备。
无线通信装置2具备壳体30、内置于壳体30的显示器32、覆盖显示器32的图像显示面整面的外罩玻璃31。在此，壳体30是形成无线通信装置2的外形的一部分或全部的构件，是容纳、保护具有接地平面12的电路基板等的容器。其中，壳体30既可以由多个部件构成，也可以作为该部件而包含背盖33。
显示器32也可以具有触摸传感器功能。外罩玻璃31是用户能够视觉识别显示于显示器32的图像这种程度的透明或半透明的电介体基板，是层叠配置在显示器32上的平板状的构件。另外，以与壳体30的外形相同或小一圈的大小形成外罩玻璃31。
此外，关于外罩玻璃31的面的定义，将外罩玻璃31的外侧、即与安装有显示器32一侧的面相反的一侧的面作为第一面，将安装有显示器32一侧的面作为第二面。
在外罩玻璃31的第二面上形成辐射元件22的情况下，图6例示的馈电元件21构成为包含与接地平面12的边缘部12a平行的导电部位，配置为在从Z轴方向相对地看显示器32时位于显示器32的外边缘的内侧。然而，馈电元件21也可以配置为在从Z轴方向相对地看显示器32时位于显示器32的外边缘的外侧，还可以配置为在从Z轴方向相对地看显示器32时从显示器32的外边缘的内侧跨向外侧。
另一方面，辐射元件22在图6的情况下构成为包含与接地平面12的边缘部12b平行的导电部位，配置为在从Z轴方向相对地看显示器32时位于显示器32的外边缘的外侧。由此，能够使辐射元件22远离形成有接地平面12的未图示的电路基板或显示器32，因此在噪声干扰这一点上是有利的。然而，辐射元件22也可以配置为在从Z轴方向相对地看显示器32时位于显示器32的外边缘的内侧，还可以具有从显示器32的外边缘的内侧跨向外侧的导体部位。
另外，在对形成无线通信装置2的外形的一部分或全部的壳体的一部分使用金属的情况下，辐射元件也可以是该壳体的一部分的金属。近年来，在智能手机等中安装天线的区域有限，因此通过利用用于壳体的金属作为辐射元件，能够有效地灵活运用空间。
作为本发明的无线装置的优选的一个方式，能够列举以下的无线装置：如图6所示，在具备壳体30、内置于壳体30的显示器32、覆盖显示器32的图像显示面的外罩玻璃31的无线装置中，在壳体30的内部配置作为本发明的一个方式的天线装置1的馈电元件21，并且天线装置1的辐射元件22被安装在无线装置的外罩玻璃31的表面(surface)(特别优选外罩玻璃31的第二面)。
图7、图8A、图8B是针对天线装置1和无线通信装置2的各构成要素例示了与Z轴平行的高度方向上的位置关系的图。
图7是示意地示出将天线装置1的辐射元件22安装在无线通信装置2的外罩玻璃31侧的例子的侧视图。在图7的情况下，配置在外罩玻璃31的周缘部的辐射元件22以平面设置在外罩玻璃31的显示器32侧的第二面。然而，辐射元件22也可以设置在外罩玻璃31的与显示器32相反的一侧的第一面，还可以设置在外罩玻璃31的边沿侧面。在此，辐射元件22如图6和图7所示，优选配置为具有沿着接地平面12的边缘部的部位。通过这样的配置，例如能够控制天线的指向性。
在将辐射元件22设置在外罩玻璃31的表面(surface)的情况下，优选将铜、银等导体膏涂抹在外罩玻璃31的表面(surface)并进行烧制而形成辐射元件22。作为这时的导体膏，优选利用能够以不会使使用于外罩玻璃的化学强化玻璃的强化变差的程度的温度进行烧制的能够低温烧制的导体膏。另外，为了防止氧化造成的导体的劣化，也可以实施镀处理等。或者，也可以经由粘贴层等在外罩玻璃31的表面(surface)形成铜、银等的箔状层。另外，也可以对外罩玻璃31实施装饰印刷，还可以在装饰印刷的部分形成导体。另外，在以隐藏布线等为目的而在外罩玻璃31的周缘形成了黑色隐藏膜的情况下，也可以在黑色隐藏膜上形成辐射元件22。
图8A、图8B是示意地示出将天线装置1的辐射元件22安装在无线通信装置2的背盖33侧的例子的侧视图。此外，关于背盖33的面的定义，将背盖33的内侧、即显示器32侧的面作为第一面，将与之相反的面作为第二面。配置在无线通信装置2的背盖33的周缘部的辐射元件22在图8A、图8B的情况下，以平面设置在背盖33的显示器32侧的第一面。然而，辐射元件22也可以设置在背盖33的与显示器32相反的一侧的第二面，也可以设置在背盖33的边沿侧面，还可以内置于背盖33中。另外，背盖33既可以是图6所例示的壳体30的一部分，也可以是另外的部件。并且，背盖33既可以是树脂件等电介体，也可以是金属体，但在是具有导电性的构件的情况下，优选在与背盖33绝缘的状态下安装辐射元件22。此外，辐射元件22的配置位置并不限于背盖33的周缘部，能够配置在任意的适当的场所。
作为壳体30和背盖33的材料，一般使用ABS树脂等树脂，但也能够利用透明玻璃、着色玻璃、乳白色玻璃等。
对于着色玻璃，通过将Co、Mn、Fe、Ni、Cu、Cr、V、Zn、Bi、Er、Tm、Nd、Sm、Sn、Ce、Pr、Eu、Ag或Au等作为着色成分添加到玻璃的构成成分而得到。另外，对于乳白色玻璃，例示结晶化玻璃和分相玻璃等利用了光的散射的玻璃。其中，特别对于结晶化玻璃，优选硅酸锂(Li2Si2O5)结晶、霞石(Nak)(AlSiO4)结晶、氟化钠(NaF)。
并且，作为壳体30和背盖33的材料，能够利用对玻璃粉末、陶瓷粉末、颜料粉末进行烧结所得的玻璃陶瓷基板等。
作为玻璃粉末的组分，只要能够以适当的温度与陶瓷粉末烧结，则可以是任意的，但在通过800℃～900℃的烧制形成银的布线的情况下，期望软化点为700℃～900℃的玻璃组分，并且作为壳体，为了提高强度，期望玻璃组分为包含SiO2的SiO2-B2O3-Al2O3-RO-R2O系。此外，RO表示碱土类金属氧化物，R2O表示碱金属氧化物。另外，Al2O3并不是必需的。
玻璃陶瓷能够通过玻璃粉末、陶瓷粉末等的组合来调整色调、强度等特性，自由度高。
为了使玻璃粉末着色，将Co、Mn、Fe、Ni、Cu、Cr、V、Zn、Bi、Er、Tm、Nd、Sm、Sn、Ce、Pr、Eu、Ag或Au等在添加到玻璃组分中时产生吸收的元素作为着色成分进行添加即可。并且，作为玻璃陶瓷，在添加混合颜料粉末并烧结的情况下，色调调整的自由度高。作为典型的无机颜料，能够例示由从Fe、Cr、Co、Cu、Mn、Ni、Ti、Sb、Zr、Al、Si、P等中选择出的元素构成的复合氧化物系颜料。为了提高强度，选择容易与配合的陶瓷粉末一起烧结的玻璃组分和容易与配合的陶瓷粉末一起烧结的粒度的玻璃粉末，并且陶瓷粉末选择以Al2O3、ZrO2等例示的单体强度高的陶瓷粉末即可。另外，陶瓷粉末的形状也对强度产生很大影响。在希望调整介电常数时，适当地使用各种介电常数的陶瓷粉末即可。为了调整热膨胀系数，选择具有适当的热膨胀系数的玻璃组分的玻璃粉末和陶瓷粉末的组合即可。选择陶瓷粉末的形状在调整烧制为玻璃陶瓷时的收缩上也是有效的。在形成导体图案时，使用800℃～900℃烧制用的市场销售的银膏并通过丝网印刷、干燥而形成即可。或者，也可以粘贴铜、银等的箔状层。
在对背盖33利用上述玻璃陶瓷基板时，既可以设为多层构造，也可以在其内层形成导体图案，使该导体图案的一部分作为辐射元件发挥功能。如图8B所示，也可以在利用了两层构造的玻璃陶瓷的背盖33的内层形成辐射元件22。在该情况下，能够不露出到外部地形成辐射元件22，因此能够防止因氧化造成的导体电阻的劣化、剥离，能够提高可靠性。背盖33并不限于两层，也可以是多层构造，在多层构造的最外面以及形成多层构造的层间构造的任意一个面都能够形成辐射元件22。
此外，关于辐射元件22的形状，在将辐射元件22形成于外罩玻璃31的情况下，其形状优选为线状导体。另一方面，在将辐射元件22形成于壳体30、背盖33的情况下，对配置辐射元件22的场所没有特别限定，另外，关于形状也同样，可以是线状导体，也可以是环状导体，还可以是片状导体。对于片状导体，对形状没有特别限定，能够使用大致正方形、大致长方形、大致圆形、大致椭圆形等所有形状的平面构造。
另外，如在图7、图8A、图8B中例示的那样，馈电元件21、辐射元件22、以及接地平面12的在与Z轴平行的高度方向上的各位置可以相互不同。另外，馈电元件21、辐射元件22以及接地平面12的高度方向的各位置也可以全部或只有一部分相同。
作为本发明的无线装置的优选的一个方式，能够列举以下的无线装置：如图8A、8B所示，在具备壳体30(具有背盖33)以及内置于壳体30的显示器32的无线装置中，在壳体30的内部配置作为本发明的一个方式的天线装置1的馈电元件21，并且天线装置1的辐射元件22被安装在背盖33的表面或背盖33的内部。
图9A、图9B是透视地示出将用一个馈电元件21向多个辐射元件馈电的情况下的天线装置1安装到无线通信装置2的例子的主视图。在该情况下，示出向两个辐射元件馈电的情况，但也可以向三个以上的辐射元件馈电。通过利用多个辐射元件，能够进行多频带化、宽频带化、指向性控制等。
在图9A的情况下，示出用一个馈电元件21向沿着显示器32的正交的两个相邻的边缘部配置的两个辐射元件22-1、22-2馈电的情况。辐射元件22-1具有沿着显示器32的左边缘的部位，辐射元件22-2具有沿着显示器32的上边缘的部位。
在图9B的情况下，示出用一个馈电元件21向都沿着显示器32的一个边缘部配置的两个辐射元件22-1、22-2馈电的情况。辐射元件22-1、22-2都具有沿着显示器32的右边缘的部位。
图10A、图10B、图10C是透视地示出将多个天线装置1安装到一个无线通信装置2的例子的主视图。示出以下的例子：用馈电元件21-1向两个辐射元件22-A1、22-A2馈电，用馈电元件21-2向两个辐射元件22-B1、22-B2馈电。
另外，图10A、图10B、图10C示出将多个天线装置各自的辐射元件22中的任意一个辐射元件配置成与该一个辐射元件以外的任意的其他辐射元件正交的例子。在此，“其他辐射元件”包含“全部的其他辐射元件”、“一个其他辐射元件”、“多个其他辐射元件”的含义。通过这样将辐射元件22彼此配置成正交，能够抑制这些辐射元件22之间的干扰。
在图10A的情况下，辐射元件22-A1与辐射元件22-B1具有相互正交的导体部位，辐射元件22-A2与辐射元件22-B2具有相互正交的导体部位。在图10B的情况下，辐射元件22-A1具有与辐射元件22-B2、22-B1正交的导体部位。在图10C的情况下，辐射元件22-A1与辐射元件22-B1具有相互正交的导体部位，辐射元件22-A2与辐射元件22-B2具有相互正交的导体部位。
本发明的无线装置在具有多个天线的情况下，也可以并用本发明的基于电磁场耦合的非接触馈电方式的天线和其他馈电方式的天线。作为其他馈电方式，能够列举利用了电缆、挠性基板、使用弹簧的针、任意的具有弹性的机构的接触。
图11是透视地示出安装配置为与经由馈电元件21被馈电的辐射元件22正交的其他天线元件34、35的例子的主视图。辐射元件22具有与通过不同于辐射元件22的馈电方法被馈电的其他天线元件34、35正交的导体部位。通过这样将辐射元件22与其他天线元件34、35配置为正交，能够抑制辐射元件22与天线元件34或天线元件35之间的干扰。
图12是示意地示出辐射元件22与其他天线元件34、35之间的高度方向的位置关系的侧视图。在图12的情况下，辐射元件22设置在外罩玻璃31的显示器32侧的表面，其他天线元件34、35和馈电元件21设置在背盖33的显示器32侧的表面。由此，能够使能安装天线的面积飞跃性地增加，能够提高天线的配置自由度。其结果是能够抑制天线彼此的干扰，因此也适合于MIMO(MultiInput Multi Output：多输入多输出)天线的结构。
图13是实际制作出的天线装置3的立体图。图14是透视并且示意地示出天线装置3的结构的俯视图。
天线装置3具备与馈电点44连接的馈电元件51、与馈电元件51分离而进行电磁场耦合的辐射元件52、与馈电点44连接的微带线40。在馈电点44，馈电元件51与微带线40的带导体41连接，由此微带线40实质上作为馈电线发挥功能。辐射元件52形成在外罩基板61的表面中的与形成馈电元件51的树脂基板43接近一侧的面。
微带线40具有树脂基板43，在树脂基板43的一个表面配置有接地平面42，在树脂基板43的相反侧的另一个表面配置有线状的带导体41。将带导体41与馈电元件51的连接点作为馈电点44，假定树脂基板43是安装经由微带线40与馈电点44连接的IC芯片等集成电路的基板。
馈电元件51设置于树脂基板43，配置在与带导体41相同的表面。馈电元件51与带导体41的边界如图14所示，在Z轴方向的俯视图中，是能够视为与接地平面42的边缘部42a一致的位置，是馈电点44。
另外，天线装置3如图13所示，在树脂基板43的上方具备用支柱71固定于树脂基板43的外罩基板61。辐射元件52形成在外罩基板61的表面中的与形成馈电元件51的树脂基板43接近一侧的面。通过由支柱71形成的空间，分离地设置馈电元件51和辐射元件52。此外，在图14中，为了防止难以看到辐射元件52等，用实线示出辐射元件52。
图15、图16、图17是改变图13、图14的外罩基板61的材质而测定辐射元件52的S11特性的结果。对树脂基板43使用了相对介电常数＝3.4、tanδ＝0.003、基板厚度为0.8mm的BT树脂(注册商标)CCL-HL870(M)(三菱气体化学制)。
图15是对外罩基板61使用相对介电常数＝10.2、tanδ＝0.0023、基板厚度为0.635mm的RT/duroid6010(注册商标)(ROGERS制)、对辐射元件52使用18μm厚的铜箔的情况下的测定结果。图14所示的构造的尺寸如下。L11＝120mm，L12＝49.15mm，L3＝60mm，L4＝10.95mm，L5＝1.9mm，W1＝86mm，W2＝74.15mm，W3＝28mm，W4＝10.95mm，W5＝1.9mm，W6＝29mm。
图16是对外罩基板61使用相对介电常数＝3.4、tanδ＝0.003、基板厚度为0.8mm的BT树脂(注册商标)CCL-HL870(M)(三菱气体化学制)、对辐射元件52使用18μm厚的铜箔的情况下的测定结果。图14所示的构造的尺寸如下。L11＝120mm，L12＝49.15mm，L3＝60mm，L4＝10.95mm，L5＝1.9mm，W1＝86mm，W2＝74.15mm，W3＝34mm，W4＝10.95mm，W5＝1.9mm，W6＝26mm。
图17是对外罩基板61使用硅铝酸盐玻璃(旭硝子制的ドラゴントレイル(商品名))、对辐射元件52使用电阻率18mΩ·cm的铜膏的情况下的测定结果。膏状的导电体形成用组分物(铜膏)含有铜颗粒的粉末、树脂粘结剂。
作为铜颗粒，能够使用市场销售的铜颗粒。在使用表面被改质了的铜颗粒(日本特开2011-017067号公报)时，能够形成体积电阻率低的导电体膜，因此优选。作为树脂粘结剂，能够列举使用于金属膏的公知的热固化性树脂粘结剂等，优选选择使用在固化时的温度下充分固化的树脂成分。作为热固化树脂，能够列举苯酚树脂、邻苯二甲酸二烯丙酯、不饱和醇酸树脂、环氧树脂、聚氨酯树脂、BT树脂、硅树脂、热固化性丙烯酸树脂等，特别优选苯酚树脂。
铜膏中的热固化性树脂的量需要是其固化物的量不妨碍铜颗粒的导电性的量，在固化物的量过多时妨碍铜颗粒之间的接触，使导电体的体积电阻率上升。根据铜颗粒的体积与存在于该铜颗粒之间的空隙的比率来适当选择热固化性树脂的量即可，通常相对于铜颗粒粉末100质量部，优选5～50质量部，更优选5～20质量部。如果热固化性树脂的量是5质量部以上，则膏的流动特性良好。如果热固化性树脂的量是50质量部以下，则导电体膜的体积电阻率被抑制得低。
在图17的测定时，图14所示的构造的尺寸如下。L11＝120mm，L12＝49.15mm，L3＝60mm，L4＝10.95mm，L5＝1.9mm，W1＝86mm，W2＝74.15mm，W3＝28mm，W4＝10.95mm，W5＝1.9mm，W6＝29mm。
根据图15、图16、图17，即使改变外罩基板61的材质，辐射元件52的S11特性也为作为天线充分发挥功能的值。
图18、图19是示出天线装置3的位置鲁棒性的评价结果的图。图18示出以下情况(总共五种)：使图13所示的树脂基板43保持固定，使外罩基板61在Y轴方向上向图14的上(TOP)方向和下(BOTTOM)方向这两个方向以2mm的间距相对于设计值(center：中心)移动的情况。T2表示向上(TOP)方向相对于中心移动了2mm的情况，T4表示向上(TOP)方向相对于中心移动了4mm的情况。B2表示向下(BOTTOM)方向相对于中心移动了2mm的情况，T4表示向下(BOTTOM)方向相对于中心移动了4mm的情况。图19示出以下情况(总共五种)：使图13所示的树脂基板43保持固定，使外罩基板61在X轴方向上向图14的左(LEFT)方向和右(RIGHT)方向这两个方向以2mm的间距相对于设计值(center：中心)移动的情况。L2表示向左(LEFT)方向相对于中心移动了2mm的情况，L4表示向左(LEFT)方向相对于中心移动了4mm的情况。R2表示向右(RIGHT)方向相对于中心移动了2mm的情况，R4表示向右(RIGHT)方向相对于中心移动了4mm的情况。
通过这样进行移动，馈电元件51与辐射元件52的位置关系偏离，因此能够评价由于该偏离而辐射元件52的S11特性发生怎样的变化。根据图18、图19，即使馈电元件51与辐射元件52的位置关系偏离，辐射元件52的S11特性也几乎没有变化，因此可知天线装置3具有高位置鲁棒性。
另外，本发明的实施方式的天线装置能够作为利用辐射元件以基本模式(一次模式)的谐振频率的约两倍的谐振频率进行谐振的二次模式的多频带天线发挥功能。接着，针对在本发明的实施方式的天线装置的辐射元件以偶极模式进行动作时在辐射元件的基本模式和二次模式下均能够得到良好的匹配的条件，列举图20的分析模型进行说明。
图20是表示用于分析作为本发明的一个实施方式的天线装置4的动作的计算机上的模拟模型的立体图。有时省略或简化对与上述实施方式相同的结构的说明。天线装置4具备与馈电点144连接的馈电元件151、与馈电元件151进行电磁场耦合的辐射元件152、与馈电点144连接的微带线140。在馈电点144，馈电元件151与微带线140的带导体141连接，由此微带线140实质上作为馈电线发挥功能。
微带线140具有基板143，在基板143的一个表面配置有接地平面142，在基板143的相反侧的另一个表面配置有线状的带导体141。将带导体141与馈电元件151的连接点作为馈电点144，假定基板143是安装经由微带线140与馈电点144连接的IC芯片等集成电路的基板。
馈电元件151设置于基板143，配置在与带导体141相同的表面。馈电元件151与带导体141的边界在Z轴方向的俯视图中是能够视为与接地平面142的边缘部142a一致的位置，是馈电点144。馈电元件151是以与馈电点144连接的端部151a为起点在Y轴方向直线状地延伸到端部151b的线条导体。
另外，天线装置4具备在基板143的与Z轴平行的法线方向上同基板143隔开间隔地配置的外罩基板161。辐射元件152形成在外罩基板161的表面中的与形成馈电元件151的基板143接近一侧的面。辐射元件152是将一个端部152a和另一个端部152b直线状地连结起来的线条导体。
辐射元件152以从Z轴方向看时辐射元件152的端部152a重叠在馈电元件151的端部151a与端部151b之间的方式、相对于馈电元件151在Z轴方向上分离地进行配置。进行电磁场耦合的馈电元件151与辐射元件152之间的最短距离与基板143与基板161之间的间隙L68一致。
图21是图20的天线装置4的S11特性图。图21的计算结果的模拟条件如下。
L61＝130mm，L62＝110mm，L63＝10mm，L64＝200mm，L65＝180mm，L66＝10mm，L67＝30mm，L68＝2mm，L69＝67.5mm，L70＝4.05mm。另外，馈电元件151的线宽是固定的1.9mm，辐射元件152的线宽也是固定的1.9mm。对于基板143，假定了相对介电常数＝3.4、tanδ＝0.003、基板厚度为0.8mm的电介体基板(BT树脂(注册商标)CCL-HL870(M)(三菱气体化学制))。另外，对于外罩基板161，假定了相对介电常数＝9.0、tanδ＝0.004、基板厚度为1.0mm的电介体基板(LTCC)。
在图21中，f11表示辐射元件152的基本模式的谐振频率，f12表示辐射元件152的二次模式的谐振频率，f21表示馈电元件151的基本模式的谐振频率，通过在图21的计算结果的模拟条件下将馈电元件151的长度L51调整为50mm并将辐射元件152的长度L52调整为95mm，能够将辐射元件的基本模式的谐振频率f11设定为0.97GHz，并且作为二次模式，能够将谐振频率f12设定为1.97GHz。
在本发明的实施方式的天线装置中，在保持辐射元件的长度固定而改变馈电元件的长度时，能够保持辐射元件的谐振频率f11、f12固定而使馈电元件的谐振频率f21偏移。例如，馈电元件的长度越短，则越能够使馈电元件的谐振频率f21在辐射元件的谐振频率f11和f12之间向高频侧偏移，并且，还能够使其偏移为比辐射元件的谐振频率f12更高的频率。相反，馈电元件的长度越长，则越能够使馈电元件的谐振频率f21向低频侧偏移，还能够使其偏移为比辐射元件的谐振频率f11更低的频率。
图22示出在图21的计算结果的模拟条件下保持将辐射元件152的长度L52固定为95mm并使馈电元件151的长度L51从45mm起每次缩短5mm直到缩短至15mm为止时的谐振频率f11和f12处的S11。图22的横轴表示馈电元件151的基本模式的谐振频率f21与辐射元件152的二次模式的谐振频率f12之间的频率比p，用以下公式定义。
p＝f21/f12
即，在频率比p等于1时，表示f12和f21是相同的频率，在频率比p比1小时，表示f21比f12低，在频率比p比1大时，表示f21比f12高。馈电元件151的长度L51越短，则馈电元件151的谐振频率f21越是向高频侧偏移，因此频率比p增加。
在图22中，频率比p小于1的情况(即f21比f12低的情况)是馈电元件151的长度L51为45mm、40mm、35mm、30mm时。在图22中，频率比p大于1的情况(即f21比f12高的情况)是馈电元件151的长度L51为25mm、20mm、15mm时。
在辐射元件的谐振频率处的S11满足“S11<-4dB”的情况下，容易得到辐射元件的良好的匹配。因此，根据图22，如果频率比p在0.7以上且1.65以下的范围内，则在辐射元件151的基本模式和二次模式双方的模式下均能够得到良好的匹配。在图22的情况下，频率比p的下限值p1是0.7，频率比p的上限值p2是1.65。
图22示出调整馈电元件151的长度L51和辐射元件152的长度L52而将谐振频率f11设定为0.97GHz、将谐振频率f12设定为1.97GHz的情况。但是，虽然省略详细说明，即使调整长度L51、L52而将谐振频率f11、f12设定为其他频率(f11：1.97GHz和f12：3.65GHz；以及f11：2.51GHz和f12：5.20GHz)，频率比p和谐振频率f11、f12处的S11之间的关系也得到与图22相同的结果。即，在将谐振频率f11、f12设定为其他频率时，辐射元件的基本模式和二次模式的谐振频率处的S11满足“S11<-4dB”的情况也与频率比p为0.7以上且1.65以下时大致一致。
并且，电磁场耦合的耦合强度与间隙L68(参照图20)的大小相应地变化，因此，谐振频率f11处的S11满足“S11<-4dB”时的频率比p的上限值p2也与间隙L68的大小相应地变化。
图23示出使间隙L68从1.0mm起每次长0.5mm直到长到5.0mm为止时的、谐振频率f11处的S11满足“S11<-4dB”时的频率比p的上限值p2的变化。图23是在图21的计算结果的上述同样的模拟条件下进行计算得到的。图23的横轴是用谐振频率f11处的真空中的波长λ0对间隙L68进行标准化时的值x(＝L68/(c/f11))(c是光速常数)。
根据图23，在针对频率比p的上限值p2与用波长λ0对间隙L68进行换算所得的值x之间的关系、通过最小二乘法求出近似式时，能够得到以下的关系式。
p2＝0.1801×x-0.468
因而，将馈电元件的基本模式的谐振频率设为f21，将辐射元件的二次模式的谐振频率设为f12，将辐射元件的基本模式的谐振频率处的真空中的波长设为λ0，将用λ0对馈电元件与辐射元件之间的最短距离进行标准化所得的值设为x。这时，如果频率比p(＝f21/f12)为0.7以上且(0.1801×x-0.468)以下，则在辐射元件的基本模式的谐振频率和二次模式的谐振频率处均能够得到良好的匹配。
例如，即使如图24的馈电元件151那样将馈电元件的形状变形为L字等，只要频率比p满足0.7以上且(0.1801×x-0.468)以下，则在辐射元件的基本模式的谐振频率和二次模式的谐振频率处均能够得到良好的匹配。通过将馈电元件的形状设为L字状，能够使天线装置小型化。
图24是表示在计算机上制作模拟模型来进行S11的计算、并且实际制作同样的装置来进行S11的测定的作为本发明的一个实施方式的天线装置5的立体图。有时省略或简化对与上述实施方式相同的结构的说明。天线装置5具备与馈电点144连接的馈电元件151、与馈电元件151进行电磁场耦合的辐射元件152、与馈电点144连接的微带线140。
天线装置5的馈电元件151是在端部151a与端部151b之间的曲折部151c以直角曲折的线状导体。该馈电元件151具有在端部151a与曲折部151c之间沿Y轴方向延伸的线状导体部分、在曲折部151c与端部151b之间沿X轴方向延伸的线状导体部分。辐射元件152具有在Z轴方向俯视时同曲折部151c与端部151b之间的线状导体部分重叠的线状导体部分，曲折部151c在Z轴方向俯视时位于端部152a与端部152b之间。
图25是图24的天线装置5的S11的特性图。“Sim.”表示在计算机上进行分析得到的S11，“Exp.”表示使用实际制作的天线装置测定出的S11。图25的分析时和测定时的条件如下。
L52＝95mm，L53＝10.95mm，L54＝12mm，L61＝60mm，L62＝40mm，L63＝10mm，L64＝140mm，L65＝120mm，L66＝10mm，L67＝30mm，L68＝1mm，L69＝34.5mm，L70＝14.05mm。另外，馈电元件151的线宽是固定的1.9mm，辐射元件152的线宽也是固定的1.9mm。对于基板143，假定了相对介电常数＝3.4、tanδ＝0.003、基板厚度为0.8mm的电介体基板(BT树脂(注册商标)CCL-HL870(M)(三菱气体化学制))。另外，对于基板161，假定了相对介电常数＝9.0、tanδ＝0.004、基板厚度为1.0mm的电介体基板(LTCC)。此外，馈电元件151的总长与(L70+L53)大致一致。
如图25所示，即使是与模拟结果同样地实际制作出的天线装置，不只在辐射元件的基本模式的谐振频率f11和二次模式的谐振频率f12处，在馈电元件的基本模式的谐振频率f21处也得到良好的匹配。
以上，根据实施方式例子说明了天线装置以及具备该天线装置的无线装置，但本发明并不限于上述实施方式例子。在本发明的范围内能够进行与其他实施方式例子的一部分或全部的组合、置换等各种变形以及改进。
例如，图1A所例示的馈电元件21和辐射元件22是直线状地延伸的线状导体，但也可以是包含弯曲的导体部位的线状导体。例如，可以包含L字状的导体部位，也可以包含迂回曲折(meander)形状的导体部位。另外，馈电元件21和辐射元件22也可以是包含在中途分支的导体部位的线状导体。另外，在馈电元件中可以设置短截线，也可以设置匹配电路。由此，能够减少馈电元件所占基板的面积。
图26是表示用于分析具有迂回曲折形状的辐射元件的天线装置6的动作的计算机上的模拟模型的俯视图。有时省略或简化对与上述实施方式相同的结构的说明。图26示出辐射元件的迂回曲折形状的一个例子，天线装置6具备与L字状的馈电元件151进行电磁场耦合的辐射元件252。
辐射元件252具有相对于Y轴方向的对称轴呈线对称的迂回曲折形状，具有在Z轴方向俯视时同馈电元件151的曲折部151c与端部151b之间的线状导体部分重叠的线状导体部分。辐射元件252形成在基板161的两个表面中的与形成馈电元件151的基板143接近一侧的面，具有λ/2的总长。此外，在图26中，为了防止难以看到辐射元件252等，用实线示出辐射元件252。此外，辐射元件252也可以是具有点对称的迂回曲折形状的线条导体。
图27是图26的天线装置6的S11特性图。图27的分析结果的模拟条件如下。
L53＝22.95mm，L61＝60mm，L62＝40mm，L63＝10mm，L64＝140mm，L65＝120mm，L66＝10mm，L67＝30mm，L69＝34.5mm，L70＝9.5mm，L81＝9.75，L82＝2.75，L83＝7.5，L84＝1.5，L85＝20.5，L86＝2.5，L87＝8，L88＝18.5mm。另外，馈电元件151与辐射元件252之间的最短距离(基板143与基板161之间的间隙)是2mm。另外，馈电元件151的线宽是固定的1.9mm，辐射元件152的线宽是固定的0.5mm。对于基板143，假定了相对介电常数＝3.4、tanδ＝0.0015、基板厚度为0.8mm的电介体基板(三菱气体化学制的BT树脂(注册商标))。另外，对于基板161，假定了相对介电常数＝7.0、基板厚度为1.0mm的玻璃板。此外，馈电元件151的总长与(L70+L53)大致一致。
如图27所示，在辐射元件的基本模式的谐振频率和二次模式的谐振频率处均得到良好的匹配。
另外，辐射元件并不限于沿着平面设置的情况，例如也可以如图28所示那样沿着曲面设置。图28是具备设置有辐射元件352的曲面状的外罩玻璃331的无线通信装置7的立体图。
无线通信装置7具有与上述无线通信装置2(参照图6)相同的结构，是人能够携带的无线装置。无线通信装置7具备壳体330、覆盖内置于壳体330的显示器的图像显示面整面的外罩玻璃331。在壳体330内容纳本发明的实施方式的天线装置。
容纳在壳体330内的天线装置具有形成有微带线的树脂基板343，在树脂基板343的一个表面配置有接地平面342，在树脂基板343的相反侧的另一个表面配置有线状的带导体341。边缘部342a是接地平面342的外边缘部。
另外，容纳在壳体330内的天线装置具备经由馈电点344与带导体341连接的馈电元件351、与馈电元件351进行电磁场耦合的辐射元件352。馈电元件351设置于树脂基板343，配置在与带导体341相同的表面。馈电元件351与同带导体341连接的馈电点344连接，是具有迂回曲折形状的线条导体。辐射元件352形成在外罩玻璃331的馈电元件351侧的凹面。
图29是图28的无线通信装置7的容纳在壳体330内的天线装置的S11特性图。图29的测定时的条件如下。
L91＝12.5mm，L92＝105，L93＝5，L94＝11，L95＝5.95。另外，馈电元件351的线宽是固定的0.5mm，辐射元件352的线宽是固定的2mm，带导体341的线宽是固定的1.9mm。另外，外罩玻璃331具有X方向的曲率半径为200mm的部位，具有Y方向的曲率半径为2000mm的部位，将板厚曲面加工为1.1mm。外罩玻璃331安装在壳体330的框部。
如图29所示，在辐射元件的基本模式的谐振频率和二次模式的谐振频率处能够得到良好的匹配。
另外，在将馈电元件设置在基板的情况下，馈电元件既可以设置在基板的表面，也可以设置在基板的内部。另外，也可以将构成为包含馈电元件和与馈电元件连接的介质的芯片部件安装于基板。由此，能够容易地将与规定的介质接触的馈电元件安装到基板。
另外，辐射元件或馈电元件所接触的介质并不限于电介体，也可以是以磁性体、或电介体与磁性体的混合物为基材的基体。作为电介体的具体例子，能够列举树脂、玻璃、玻璃陶瓷、LTCC(Low Temperature Co-Fired Ceramics：低温共烧陶瓷)、氧化铝等。作为电介体与磁性体的混合物的具体例子，只要具有Fe、Ni、Co等过渡元素、包含Sm、Nd等稀土类元素的金属或氧化物中的任意一个即可，例如能够列举六方晶系铁氧体、尖晶石型铁氧体(Mn-Zn系铁氧体、Ni-Zn系铁氧体等)、石榴石型铁氧体、坡莫合金、铁铝硅(sendust；注册商标)等。
本国际申请主张基于2012年7月20日申请的日本专利申请第2012-161983号的优先权，在本国际申请中引用日本专利申请第2012-161983号的全部内容。
附图标记说明
1、3、4、5、6、8：天线装置；2、7：无线通信装置；12：接地平面；12a、12b：边缘部；14：馈电点；15：匹配电路；21：馈电元件；22、24：辐射元件；23：导体部分；30、330：壳体；31、331：外罩玻璃；32：显示器(图像显示部的一个例子)；33：背盖；34、35：其他天线元件；36：馈电部；40、140：微带线；41、141、341：带导体；42、142、342：接地平面；42a、142a、342a：边缘部；43、343：树脂基板；44、144、344：馈电点；51、151、351：馈电元件；52、152、252、352：辐射元件；61、161：外罩基板；71：支柱；90：中央部；143：基板。

Claims (15)

1.一种天线装置，具备：
与馈电点连接的馈电元件；以及
与上述馈电元件分离配置的辐射元件，
其中，上述馈电元件通过与上述辐射元件进行电磁场耦合来向上述辐射元件馈电，上述辐射元件作为辐射导体发挥功能。
2.根据权利要求1所述的天线装置，其特征在于，
将上述馈电元件的产生谐振的基本模式的电气长度设为Le21、将上述辐射元件的产生谐振的基本模式的电气长度设为Le22、将上述辐射元件的基本模式的谐振频率处的上述馈电元件或上述辐射元件上的波长设为λ时，Le21为(3/8)×λ以下，并且Le22在上述辐射元件的谐振的基本模式是偶极模式的情况下为(3/8)×λ以上且(5/8)×λ以下，Le22在上述辐射元件的谐振的基本模式是环形模式的情况下为(7/8)×λ以上且(9/8)×λ以下。
3.根据权利要求1或2所述的天线装置，其特征在于，
在将上述辐射元件的基本模式的谐振频率处的真空中的电波的波长设为λ0的情况下，上述馈电元件与上述辐射元件之间的最短距离为0.2×λ0以下。
4.根据权利要求1～3中的任意一项所述的天线装置，其特征在于，
上述馈电元件向上述辐射元件馈电的馈电部位于上述辐射元件的基本模式的谐振频率处的阻抗最低的部分以外的部分。
5.根据权利要求1～4中的任意一项所述的天线装置，其特征在于，
上述馈电元件向上述辐射元件馈电的馈电部位于上述辐射元件的与基本模式的谐振频率处的阻抗最低的部分相距上述辐射元件的总长的1/8以上的距离的部位。
6.根据权利要求1～5中的任意一项所述的天线装置，其特征在于，
上述馈电元件与上述辐射元件以最短距离并行设置的距离是上述辐射元件的长度的3/8以下。
7.根据权利要求1～6中的任意一项所述的天线装置，其特征在于，
还具备接地平面，
上述馈电元件向与上述接地平面分离的方向延伸，
上述辐射元件具有沿着上述接地平面的边缘部的部位。
8.根据权利要求7所述的天线装置，其特征在于，
在将上述馈电元件的基本模式的谐振频率设为f21、将上述辐射元件的二次模式的谐振频率设为f12、将上述辐射元件的基本模式的谐振频率处的真空中的波长设为λ0、将用λ0对上述馈电元件与上述辐射元件之间的最短距离进行标准化所得的值设为x时，(f21/f12)为0.7以上且(0.1801×x-0.468)以下。
9.根据权利要求1～8中的任意一项所述的天线装置，其特征在于，
具有多个上述辐射元件。
10.一种无线装置，具备根据权利要求1～9中的任意一项所述的天线装置。
11.根据权利要求10所述的无线装置，其特征在于，
上述辐射元件是上述无线装置的壳体的一部分金属。
12.根据权利要求10或11所述的无线装置，其特征在于，
具备多个上述天线装置。
13.根据权利要求12所述的无线装置，其特征在于，
配置为各个上述天线装置的上述辐射元件中的一个辐射元件与其他辐射元件正交。
14.根据权利要求10～13中的任意一项所述的无线装置，其特征在于，
还具备图像显示部，
上述辐射元件具有沿着上述图像显示部的边缘部的部位。
15.根据权利要求10～14中的任意一项所述的无线装置，其特征在于，
具有配置为与上述辐射元件正交的其他天线元件。
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