CN105305038A - 天线装置和无线装置 - Google Patents

Abstract

本公开涉及天线装置和无线装置。根据实施例的天线装置包括基板、穿通孔、第一和第二接地导体、辐射元件和馈线。基板包括第一到第三层。第三层形成于第一和第二层之间。穿通孔形成于基板上。第一接地导体形成于第一层中并且具有间隙，间隙位于第一接地导体和穿通孔之间。第二接地导体形成于第二层中。辐射元件发射或接收线性偏振波。馈线形成于第三层中，并且与穿通孔电连续。馈线包括直线，直线形成于第三层中的间隙沿基板厚度方向的投影区域并且被形成为大体上平行于线性偏振波的偏振平面。

Description

天线装置和无线装置

相关申请的交叉引用

本申请基于并要求提交于2014年6月17日的日本专利申请No.2014-124469的优先权的权益；通过引用将其全部内容结合在此。

技术领域

本申请描述的实施例一般涉及天线装置和无线装置。

背景技术

通常，已知一种天线装置，其中到达辐射元件的电力使用具有同轴结构并且安装在电路板的外面的同轴连接器或同轴线来馈送，所述辐射元件在电路板上形成。在这样的天线装置中，到达辐射元件的电力通过建立同轴线的内电导体和带状线的信号线之间的电连续来馈送。

关于建立同轴线和带状线之间的电连续的方法；例如，已知一种方法，其中使用形成于电路板上的不穿通的通孔来建立同轴线的内电导体和带状线的信号线之间的电连续。有另一个方法，其中使用以穿透的方式形成于电路板上的穿通孔来建立同轴线的内电导体和带状线的信号线之间的电连续。

然而，在传统的基于通孔的建立电连续的方法中；由于形成了不穿通的通孔，导致制造成本的增加。而且，在传统的基于穿通孔的建立电连续的方法中，保持穿通孔和接地导体之间的间隙是有必要的。由于以上原因，在基于穿通孔的建立电连续的方法中，天线装置的通信质量由于无线电波透过间隙的泄漏的缘故而降低。

发明内容

实施例的目的是提供天线装置和无线装置，所述天线装置和无线装置易于制造并且能实现通信质量的增强。

根据实施例的天线装置包括基板、穿通孔、第一接地导体、第二接地导体、辐射元件和馈线。基板包括第一层、第二层和第三层，第三层形成于第一层和第二层之间。穿通孔以穿透的方式形成于基板上。第一接地导体形成于第一层中并且具有间隙，所述间隙位于第一接地导体和穿通孔的一端之间。第二接地导体形成于第二层中。辐射元件形成于基板上并且发射或接收线性偏振波。馈线形成于第三层中。馈线与穿通孔电连续。馈线馈送电力到辐射元件。馈线包括直线，所述直线形成于第三层中的间隙沿基板厚度方向的投影区域并且被形成为大体上平行于线性偏振波的偏振平面。

根据上文描述的天线装置，天线装置易于制造并且能实现通信质量的增强。

附图说明

图1A是根据第一实施例的天线装置的配置的顶视图；

图1B是根据第一实施例的天线装置的配置的剖视图；

图2是根据第一实施例的第一修改示例的天线装置的剖视图；

图3是根据第一实施例的第二修改示例的天线装置的剖视图；

图4A是根据第二实施例的天线装置的配置的顶视图；

图4B是根据第二实施例的天线装置的配置的剖视图；

图5A是根据第二实施例的第三修改示例的天线装置的顶视图；

图5B是根据第二实施例的第三修改示例的天线装置的剖视图；

图6A是根据第三实施例的天线装置的配置的顶视图；

图6B是根据第三实施例的天线装置的配置的剖视图；

图7A是根据第四实施例的天线装置的配置的顶视图；

图7B是根据第四实施例的天线装置的配置的剖视图；

图8是例示根据第五实施例的天线装置的配置的图；和

图9是例示根据第六实施例的无线装置的配置的图。

具体实施方式

将参照附图在下文详细描述各个实施例。

第一实施例

图1A和1B是例示根据第一实施例的天线装置1的配置的图。图1A是根据第一实施例的天线装置1的顶视图。图1B是天线装置1沿图1A中例示的短划线-点线B-B’的剖视图。

天线装置1包括：基板10；以穿透的方式形成于基板10上的穿通孔20；形成于基板10的第一层中的第一接地导体30；和形成于基板10的第二层中的第二接地导体50。而且，天线装置1包括形成于基板10上的辐射元件60；和馈送电力到辐射元件60的馈线70。此外，天线装置1包括接合部90a和90b。

基板10是具有多个层的多层基板。在第一实施例中，基板10具有作为外层的第一层和第二层，和作为内层的第三层(未示出)。在第一层和第三层之间以及第二层和第三层之间，形成由树脂或陶瓷构成的的绝缘层(未示出)。

穿通孔20以穿透的方式形成于基板10上。接合部90a连接到穿通孔20的一端并且形成于第一层中、间隙40的内侧上，所述第一层是基板10的外表面。接合部90b连接到穿通孔20的另一端并且形成于第二层中，所述第二层是基板10的外表面。

第一接地导体30形成于基板10的第一层中，并且与穿通孔20的一端具有间隙40。如图1A所例示，第一接地导体30具有在其上形成的圆孔，并且穿通孔20的一端形成于该圆孔的内侧。

第二接地导体50形成于基板10的第二层中。而且，第二接地导体50被形成为围绕穿通孔20的另一端。辐射元件60形成于基板10的第一层中。在第一实施例中，辐射元件60是形成于第一接地导体30中的狭缝。如图1A所例示，辐射元件60是长方形的槽，所述长方形的槽中垂直于短划线-点线B-B’的边代表长边。而且，辐射元件60发射或接收线性偏振波，所述线性偏振波具有大体上平行于短划线-点线B-B’的偏振平面。

馈线70是形成于第三层中的信号线，所述第三层形成于基板10的第一层和第二层之间。馈线70是与穿通孔20电连续的，并且馈送电力到辐射元件60。而且，馈线70具有直线80，所述直线80形成于第三层中的间隙沿基板厚度方向的投影区域。直线80大体上与线性偏振波的偏振平面平行地形成，所述线性偏振波由辐射元件60发射和接收。

穿透孔20和馈线70电连续的部分中，可以具有接合部(未示出)。而且，第二接地导体50可以设置于内层中而不是外层中。在这种情况下，第二接地导体50可以位于相对于馈线70的第一层的那一侧上。

同轴线100连接到天线装置1。同轴线100包括内电导体110和外电导体120。内电导体110用焊接的方法通过接合部90b电连接到穿通孔20。外电导体120用焊接的方法电连接到第二接地导体50。此处，穿通孔20的内部可以用树脂填充，以防止焊料从穿通孔20流下，所述焊料被用于连接同轴线100和天线装置1。

给出了天线装置1的工作原理。在根据第一实施例的天线装置1中，间隙40形成于穿通孔20的一端和第一接地导体30之间。结果是，天线装置1中，在高频区可以实现很好的匹配特性。然而，流经直线80的无线电波从间隙40泄漏。

此处，辐射元件60是发送和接收线性偏振波的天线。因此，如果由辐射元件60发射和接收的无线电波与具有不同的偏振平面的无线电波重叠，则交叉偏振识别率减小，因而降低天线装置1的通信质量。

鉴于此，在根据第一实施例的天线装置1中，直线80形成为与线性偏振波的偏振平面平行，使得从间隙40泄漏的无线电波的电场具有大体上与偏振平面方向平行的取向(图1A中，箭头A)。结果是，从间隙40泄漏的无线电波的偏振平面和由辐射元件60发射和接收的线性偏振波的偏振平面可以保持大体上平行于彼此。由于上述原因，天线装置1可以发射和接收无线电波而不导致交叉偏振识别率的减小。

按这种方式，在根据第一实施例的天线装置1中，通过保证从间隙40泄漏的无线电波的电场具有大体上与偏振平面方向平行的取向(图1A中，箭头A)来防止交叉偏振识别率的减小。这能实现天线装置1的通信质量的增强。因为穿通孔20以穿透的方式形成于基板10上，天线装置1连接到同轴线100。因此，天线装置1可以易于制造，因此能实现制造成本的降低。

第一修改示例

参照图2在下文说明的是根据第一实施例的天线装置1的第一修改示例。在第一修改示例中，因为天线装置2从上方观察时是与图1A例示的天线装置1相同的，天线装置2的顶视图没有示出。图2是天线装置2沿着图1A中例示的短划线-点线B-B’的剖视图。此处，与第一实施例相同的构成元件由相同的附图标记指示，并且省略相关的说明。

如图2所例示，根据第一修改示例的天线装置2包括凹陷部140a，所述凹陷部140a通过在第一接地导体30中沿基板10的厚度方向挖孔来形成。即是，在绝缘层形成孔，所述绝缘层形成于第一层和第三层之间。

给出了通孔130的说明，图1B中例示的穿通孔20中的所述通孔130形成于基板10的相对于馈线70的第一层的那一侧上。在穿通孔20中，通孔130等同于形成于绝缘层内的部分，所述绝缘层形成于基板10的第一层和第二层之间。

因此，相对于馈线70，通孔130形成于同轴线100连接到的那一侧的相对侧。因此，通孔130起到天线装置1的开路短截线(openstub)的作用。当馈线70发射高频信号时，起到开路短截线的作用的通孔130的电抗分量导致阻抗不匹配的现象，因而导致高频信号的丢失。

鉴于此，在第一修改示例中，使用例如钻头移除对应于通孔130的部分而形成凹陷部140a。在这种情况下，穿通孔20没有允许起到开路短截线的作用的部分，因此使发生阻抗不匹配的现象变得更难。按这种方式，穿通孔20的一端和馈线70被配置为电连续，所述穿通孔20以穿透的方式形成于基板10上。因此，可以减少由馈线70发射的高频信号的丢失。

第二修改示例

参照图3在下文说明的是根据第一实施例的天线装置1的第二修改示例。在第二修改示例中，因为天线装置3与图1A例示的天线装置1相同，天线装置3的顶视图没有被例示。图3是天线装置3沿着图1A中例示的短划线-点线B-B’的剖视图。此处，与第一实施例相同的构成元件由相同的附图标记指示，并且省略相关的说明。

如图3所例示，根据第二修改实施例的天线装置3包括凹陷部140b，所述凹陷部140b通过在第二接地导体50中沿基板10的厚度方向挖孔来形成。即，在形成于第二层和第三层之间的绝缘层中形成孔。

此处，同轴线100的内电导体110穿过穿通孔20的内部。而且，在接合部90a中，内电导体110和穿通孔20由焊料150连接。

按这种方式，使用钻头移除形成于基板10的第二层和第三层之间的绝缘层的一些部分。结果是，可以减少属于绝缘层的材料损失。

在第一和第二修改示例中，凹陷部140a和140b形成于基板10的两个不同表面上。替代地，凹陷部140a以及凹陷部140b可以形成于基板10的两个表面的每一个上。在这种情况下，基板10的强度可以通过调整凹陷部140a和140b的深度来保证。

第二实施例

图4A和4B是例示根据第二实施例的天线装置4的配置的图。图4A是根据第二实施例的天线装置4的顶视图。图4B是天线装置4沿图4A中例示的短划线-点线B-B’的剖视图。

根据第二实施例，关于天线装置4，除了辐射元件61是贴片天线以及还包括第三接地导体160这两点以外，其配置与图1例示的天线装置1的配置是相同的。因此，相同的构成元件由相同的附图标记指示，并且省略相关的说明。

辐射元件61是贴片天线，所述贴片天线形状上大体为四边形并且具有在一侧上形成的凹陷部。在一侧上形成的凹陷部处，辐射元件61直接连接到馈线70。而且，辐射元件61发射和接收线性偏振波，所述线性偏振波具有平行于短划线-点线B-B’的偏振平面。第一接地导体30具有大体为四边形的孔。辐射元件61形成于第三层中的四边形孔沿基板10厚度方向的投影区域。

第三接地导体160形成于第四层中，所述第四层是基板10的内层并且形成于第二层和第三层之间。在图4B中由点线例示的区域中，第三接地导体160连同第一接地导体30和馈线70构成带状线170。

按这种方式，在根据第二实施例的天线装置4中，可以实现与第一实施例中实现的效果相同的效果。而且，作为包括连同第一接地导体30和馈线70构成带状线170的第三接地导体160的结果，即使是在馈线70具有电非连续的部分(诸如弯曲或结)的情况下，也可以防止从馈线70泄漏无线电波。而且，在天线装置4中，可以减少基板10的第二层的那一侧上的不需要的发射。

只要天线装置4中的辐射元件61发射和接收具有大体上平行于短划线-点线B-B’的偏振平面的线性偏振波，可以使辐射元件61具有各种形状。如第一实施例中描述的，辐射元件61可以是槽天线。替代地，辐射元件61可以是如第二实施例中描述的贴片天线。而且，馈线70可以要么通过直接连接的方法要么通过电磁场耦合的方法来馈送电力到辐射元件61。在根据第一实施例的天线装置1中，相同的情况也是适用的。

第三修改示例

参照图5在下文说明的是根据第二实施例的天线装置4的第三修改示例。图5A是根据第三修改示例的天线装置5的顶视图。图5B是天线装置5沿图5A中例示的短划线-点线B-B’的剖视图。此处，与第二实施例相同的构成元件由相同的附图标记指示，并且省略相关的说明。

在根据第三修改示例的天线装置5中，辐射元件62是大体上为四边形的贴片天线。第一接地导体30具有大体上为四边形的孔，以及辐射元件62形成于第一层中和上述四边形的孔的内侧。

第二接地导体50形成于基板10的第二层中的馈线70沿厚度方向的投影区域。在图5B中由点线例示的区域中，第二接地导体50连同第一接地导体30和馈线70构成带状线180。

按这种方式，带状线180可以用第一接地导体30、第二接地导体50和馈线70来配置。作为使用第二接地导体50构成带状线180的结果，可以实现与第二实施例中实现的效果相同的效果而不必增加基板10中的层的数量。

第三实施例

图6A和6B是例示根据第三实施例的天线装置6的配置的图。图6A是根据第三实施例的天线装置6的顶视图。图6B是天线装置6沿图6A中例示的短划线-点线B-B’的剖视图。此处，与根据第三修改示例的天线装置5相同的构成元件由相同的附图标记指示，并且省略相关的说明。

天线装置6包括多个接地导体190a到190g，所述多个接地导体190a到190g的每一个具有连接到第一接地导体30的一端并且具有连接到第二接地导体50的另一端。此处，接地导体190a到190g是在穿通孔20周围按照圆弧布置的穿通孔。而且，在等同于圆弧的弦的部分中，形成馈线70。

作为在穿通孔20周围按照圆弧布置接地导体190a到190g的结果，伪同轴结构被形成，在所述伪同轴结构中，穿通孔20起到内电导体的作用而接地导体190a到190g起到外电导体的作用。结果是，无线电波不容易沿着除了从穿通孔20朝向馈线70的方向之外的方向泄漏。例如，防止沿着与馈线70的方向相反的方向(如图6B中由箭头C标出)的泄漏模式的发生。

按照这种方式，在根据第三实施例的天线装置6中，可以实现与第二实施例中实现的效果相同的效果。可以防止沿着除了从穿通孔20向馈线70的方向之外的方向的泄漏模式的发生。因此，可以减少由馈线70发射的高频信号的丢失。

参照图6A和6B，给出了其中天线装置6包括七个接地导体190a到190g的示例的说明。然而，接地导体的数量并不局限于七个。即，只要能够防止沿着除了从穿通孔20向馈线70的方向之外的方向的泄漏模式的发生，可以使用任何数量的多个接地导体。

第四实施例

图7A和7B是例示根据第四实施例的天线装置7的配置的图。图7A是根据第四实施例的天线装置7的顶视图。图7B是天线装置7沿图7A中例示的短划线-点线B-B’的剖视图。此处，与根据第三实施例的天线装置6相同的构成元件由相同的附图标记指示，并且省略相关的说明。

天线装置7还包括导体线71，所述导体线71具有连接到接地导体190a到190g中的至少一个的一端并且具有连接到馈线70的另一端。参照图7A和7B，导体线71的一端连接到接地导体190d。

作为通过导体线71连接接地导体190d和馈线70的结果，导体线71和接地导体190d(图7B中由点线例示的区域D1)起到短路短截线的作用。而且，如也在第一修改示例中说明的，图1B中例示的通孔130(图7B中由点线例示的区域D2)起到开路短截线的作用。按照这种方式，天线装置7的配置使得开路短截线和短路短截线在馈线70和穿通孔20的结点处相加。

此处，如果起到开路短截线的作用的通孔130具有等于或小于发射频率的波长的四分之一的长度，那么通孔130表现出电容性质。另一方面，如果起到短路短截线的作用的导体线71和接地导体190d具有等于或小于发射频率的波长的四分之一的长度，那么导体线71和接地导体190d表现出电感性质。

按照这种方式，天线装置7具有这样的配置，在所述配置中，代表开路短截线的区域D2和代表短路短截线的区域D1在馈线70和穿通孔20的结点处相加。结果是，开路短截线的电容性质和短路短截线的电感性质互相抵消。上述结果能实现属于区域D1和区域D2的电抗分量的减小。因此，可以对阻抗不匹配的现象做出改进。

按照这种方式，在根据第四实施例的天线装置7中，可以实现与第三实施例中实现的效果相同的效果。可以对阻抗不匹配的现象做出改进。上述结果能实现由馈线70发射的高频信号的丢失的减少。

在根据第四实施例的天线装置7中，给出了有关导体线71的一端连接到接地导体190d的情况的说明。然而，替代地，导体线71的一端可以连接到其余接地导体190a、190b、190c、190e、190f和190g的任意一个。

而且，天线装置7也可以被配置为包括多个导体线71。在这种情况下，为了抵消电沿垂直于短划线-点线B-B’的方向的流动；参照图7A中例示的顶视图，希望导体线71以关于用作轴的短划线-点线B-B’的轴对称的方式布置。

第五实施例

图8是例示根据第五实施例的天线装置8的配置的图。此处，图8是根据第五实施例的天线装置8的顶视图。而且，与根据第三修改示例的天线装置5相同的构成元件由相同的附图标记指示，并且省略相关的说明。

天线装置8包括从第一辐射元件62a到第四辐射元件62d的若干辐射元件。此处，第一辐射元件62a到第四辐射元件62d具有与图5A和5B中例示的天线装置5的辐射元件62的配置相同的配置。因此，省略相关的说明。

第一接地导体30具有大体上为四边形的孔，所述大体为四边形的孔在第一层中布置为2×2的矩阵。第一辐射元件62a到第四辐射元件62d形成于第一层中和四边形的孔的内侧。而且，从相同的方向向第一辐射元件62a到第四辐射元件62d馈送电力，并且第一辐射元件62a到第四辐射元件62d发射或接收具有大体上平行于短划线-点线B-B’的偏振平面的线性偏振波。按照这种方式，天线装置8起到阵列天线的作用，所述阵列天线包括第一辐射元件62a到第四辐射元件62d。

此处，例如，考虑包括多个阵列天线的天线系统的情况。在这样的天线系统中，随着阵列天线的数量，馈线70的数量也增加。由于上述原因，发生从馈线70的泄漏的无线电波的增加。上述情况对交叉偏振识别率具有显著影响。

鉴于此，如果天线系统用根据第五实施例的多个天线装置8来配置，则可以防止每个天线装置8的交叉偏振识别率的减小以及增强天线系统的通信质量。

按照这种方式，在根据第五实施例的天线装置8中，由第一辐射元件62a到第四辐射元件62d发射和接收的线性偏振波的偏振平面被设置为大体上平行于馈线70的直线80。结果是，可以实现与第二实施例中实现的效果相同的效果。即使天线系统用多个天线装置8来配置，也可以增强天线系统的通信质量。

第六实施例

图9是例示根据第六实施例的无线装置200的配置的图。在根据第六实施例的无线装置200中，安装了图1中例示的天线装置1。替代地，可以安装根据其他的实施例和修改示例的任何一个的天线装置。

无线装置200包括天线装置1和无线单元，所述无线单元通过天线装置1接收或发射信号。无线单元进一步包括模拟单元210、数字单元220和应用单元230。

模拟单元210对通过天线装置1接收的信号进行模拟处理，并且发送处理过的信号到数字单元220。而且，模拟单元210对从数字单元220接收的信号进行模拟处理，并且发送处理过的信号到天线装置1。

数字单元220对从模拟单元210接收的信号进行数字处理，并且发送处理过的信号到应用单元230。而且，数字单元220对从应用单元230接收的信号进行数字处理，并且发送处理过的信号到模拟单元210。

应用单元230执行多种应用。此处，应用单元230执行应用并且产生信号，以及发送信号到数字单元220。而且，应用单元230基于从数字单元220接收的信号执行应用。

按照这种方式，根据第六实施例的无线装置200通过天线装置1进行通信。结果是，可以实现与根据第一实施例实现的效果相同的效果。也可以增强无线装置200的通信质量。

在上文描述的实施例中，给出了每个天线装置进行发射也进行接收的情况的说明。然而，替代地，每个天线装置可以被配置为要么仅进行发射要么仅进行接收。在这种情况下，例如，进行发射的天线装置和进行接收的天线装置可以按照如下的方式安装在单个无线装置中：两个天线装置的偏振平面以直角(rightangle)大体上平分彼此。

虽然描述了某些实施例，这些实施例仅仅已通过示例的方式呈现，并且不是旨在限制本发明的范围。实际上，此处描述的新颖的实施例可以按照多种其他形式实施；此外，对此处描述的实施例的形式的各种省略、替换和改变可以在不脱离本发明的精神的条件下进行。所附的权利要求和其等同物旨在覆盖这样的形式或改变，如同落入本发明的范围和精神中。

Claims (9)

1.一种天线装置，所述天线装置包括：

基板，所述基板包括第一层、第二层和第三层，所述第三层形成于所述第一层和所述第二层之间；

穿通孔，所述穿通孔以穿透的方式形成于所述基板上；

第一接地导体，所述第一接地导体形成于所述第一层中并且与所述穿通孔的一端具有间隙；

第二接地导体，所述第二接地导体形成于所述第二层中；

辐射元件，所述辐射元件形成于所述基板上并且发射或接收线性偏振波；和

馈线，所述馈线形成于所述第三层中、与所述穿通孔电连续并且馈送电力到所述辐射元件，其中

所述馈线包括直轨，所述直轨形成于所述第三层中的所述间隙沿所述基板厚度方向的投影区域中，并且被形成为大体上平行于所述线性偏振波的偏振平面。

2.根据权利要求1所述的天线装置，还包括接合部，所述接合部连接到所述穿通孔的另一端，并且形成于所述基板的外表面。

3.根据权利要求1或2所述的天线装置，还包括第二接合部，所述第二接合部连接到所述穿通孔的一端，并且形成于所述基板的外表面上和所述间隙的内侧上。

4.根据权利要求1所述的天线装置，还包括第三接地导体，所述第三接地导体形成于第四层中，并且连同所述第一接地导体和所述馈线构成带状线，所述第四层是所述基板的内层并且形成于所述第二层和所述第三层之间。

5.根据权利要求1所述的天线装置，其中

所述第二接地导体形成于所述第二层中的所述馈线沿所述厚度方向的投影区域中，并且

所述第二接地导体连同所述第一接地导体和所述馈线构成带状线。

6.根据权利要求1所述的天线装置，还包括多个接地导体，所述多个接地导体中的每一个具有连接到所述第一接地导体的一端并且具有连接到所述第二接地导体的另一端，所述多个接地导体被布置在所述穿通孔的周围。

7.根据权利要求6所述的天线装置，还包括导体线，所述导体线具有连接到所述多个接地导体的至少一个的一端并且具有连接到所述馈线的另一端。

8.根据权利要求1所述的天线装置，还包括第二辐射元件，所述第二辐射元件形成于所述基板上，并且发射或接收所述线性偏振波。

9.一种无线装置，所述无线装置包括：

天线，所述天线包括

基板，所述基板包括第一层、第二层和第三层，所述第三层形成于所述第一层和所述第二层之间；

穿通孔，所述穿通孔以穿透的方式形成于所述基板上；

第一接地导体，所述第一接地导体形成于所述第一层中并且与所述穿通孔的一端具有间隙；

第二接地导体，所述第二接地导体形成于所述第二层中；

辐射元件，所述辐射元件形成于所述基板上并且发射或接收线性偏振波；和

馈线，所述馈线形成于所述第三层中、与所述穿通孔电连续并且馈送电力到所述辐射元件；以及

无线单元，所述无线单元通过所述天线发射或接收信号，其中

所述馈线包括直轨，所述直轨形成于所述第三层中所述间隙的沿所述基板的厚度方向的投影区域中，并且被形成为大体上平行于所述线性偏振波的偏振平面。