CN105322303B - 天线装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供具备传输损耗低且能够交叉的信号线路的天线装置。天线装置具备分配输入的信号的信号线路(3)。信号线路(3)具有基板(10)、隔着基板(10)对置的一对接地导体、形成于基板表面(10a)的第一表面图案(11a)及第二表面图案(12a)、以及形成于基板背面(10b)的第一背面图案(11b)及第二背面图案(12b)。第一表面图案(11a)被截断，另一方面第二表面图案(12a)不被截断，第二背面图案(12b)被截断，另一方面第一背面图案(11b)不被截断。截断的第一表面图案(11a)经由第一背面图案(11b)相互导通，截断的第二背面图案(12b)经由第二表面图案(12a)相互导通。

Description

天线装置

技术领域

本发明涉及天线装置，尤其涉及天线装置内的信号线路。

背景技术

在具备多个天线元件(放射元件)的天线装置设置将输入的信号分配于各天线元件的信号线路。这样的信号线路由同轴电缆、微带线等形成(专利文献1)。并且，在布线布局的关系上，会迫于需要使不同系统的信号线路相互交叉。例如，在信号线路由微带线形成的情况下，需要在基板的单侧使两个布线图案立体地交叉。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2002-368507号公报

发明内容

发明所要解决的问题

对于天线装置所使用的信号线路需求传输损耗尽量低，并且也需求能够进行上述那样的交叉。

本发明的目的在于实现具备传输损耗低并且能够交叉的信号线路的天线装置。

用于解决问题的方案

本发明的天线装置是具备将输入的信号分配到多个天线元件的信号线路的天线装置。上述信号线路具有基板；隔着上述基板对置的一对接地导体；形成于基板表面的第一表面图案及第二表面图案；形成于基板背面且与上述第一表面图案成对的第一背面图案；以及形成于上述基板背面且与上述第二表面图案成对的第二背面图案。上述第一表面图案被截断，另一方面，上述第二表面图案通过截断的上述第一表面图案之间并沿与上述第一表面图案交叉的方向延伸。上述第二背面图案被截断，另一方面，上述第一背面图案通过截断的上述第二背面图案之间并沿与上述第二背面图案交叉的方向延伸。截断的上述第一表面图案经由上述第一背面图案相互导通，截断的上述第二背面图案经由上述第二表面图案相互导通。

本发明的一个方案中，截断的上述第一表面图案经由形成于上述基板的通孔与上述第一背面图案连接，截断的上述第二背面图案经由形成于上述基板的通孔与上述第二表面图案连接。

本发明的其它方案中，上述第二表面图案包含通过截断的上述第一表面图案之间且宽度比其它部分的宽度窄的狭窄部，上述第一背面图案包含通过截断的上述第二背面图案之间且宽度比其它部分的宽度窄的狭窄部。

本发明的其它方案中，在上述第二表面图案的上述狭窄部的两侧以及上述第一表面图案分别形成有表面侧扩宽部。并且，在上述第一背面图案的上述狭窄部的两侧以及多个上述第二背面图案分别形成有与上述表面侧扩宽部对应的背面侧扩宽部。

本发明的其它方案中，在上述第二表面图案的上述狭窄部的两侧以及上述第一表面图案分别附加有表面侧滤波图案。并且，在上述第一背面图案的上述狭窄部的两侧以及上述第二背面图案分别附加有与上述表面侧滤波图案对应的背面侧滤波图案。

本发明的其它方案中，在上述第二表面图案的上述狭窄部的两侧形成有表面侧扩宽部，在上述第二背面图案形成有与上述表面侧扩宽部对应的背面侧扩宽部。并且，在上述第一背面图案的上述狭窄部的两侧附加有背面侧滤波图案，在上述第一表面图案附加有与上述背面侧滤波图案对应的表面侧滤波图案。

本发明的其它方案中，在上述第一表面图案以及上述第一背面图案传播的信号的频率比在上述第二表面图案以及上述第二背面图案传播的信号的频率低。

本发明的其它方案中，滤波图案的至少一个图案形状具有曲折形状或者螺旋形状。

发明的效果如下。

根据本发明，可实现具备传输损耗低且能够交叉的信号线路的天线装置。

附图说明

图1是表示第一实施方式的天线装置的结构的说明图。

图2是表示交叉部的信号线路的构造的示意图。

图3是表示布线图案的一个例子的示意图。

图4(A)是沿着图2中的A-A线的放大剖视图，图4(B)是沿着图2中的B-B线的放大剖视图。

图5是表示图3所示的布线图案中的隔离的模拟结果的图。

图6是表示图3所示的布线图案中的回波损耗的模拟结果的图。

图7是表示布线图案的其它一个例子的示意图。

图8是表示图7所示的布线图案中的隔离的模拟结果的图。

图9是表示图7所示的布线图案中的回波损耗的模拟结果的图。

图10是表示布线图案的另一例子的示意图。

图11是表示图10所示的布线图案中的回波损耗的模拟结果的图。

图12是表示图10所示的布线图案中的回波损耗的其它模拟结果的图。

图13是表示图10所示的布线图案中的隔离的模拟结果的图。

图14(A)、图14(B)是表示滤波图案的不同变形例的放大俯视图。

符号的说明

1a、1b—输入端子，2、2a、2b、2c、2d、2e、2f—天线元件，3—信号线路，3a—第一信号线路，3b—第二信号线路，4—交叉部，10—基板，10a—基板表面，10b—基板背面，11a—第一表面图案，11b—第一背面图案，12a—第二表面图案，12b—第二背面图案，13a、14a—狭窄部，13b、14b—非狭窄部，15—通孔，16—表面侧扩宽部，17—背面侧扩宽部，18—背面侧滤波图案，19—表面侧滤波图案，20—布线图案，31、32—接地导体，A、B—输入侧端部。

具体实施方式

(第一实施方式)

以下，参照附图对本发明的天线装置的第一实施方式详细进行说明。本实施方式的天线装置是在与移动电话等移动通信终端之间进行电波的交换的基站用的天线装置。

如图1所示，本实施方式的天线装置具有两个输入端子1a、1b、多个天线元件2a、2b、2c、2d、2e、2f、以及连接输入端子1a、1b和天线元件2a、2b、2c、2d、2e、2f的信号线路3。以下的说明中，有将天线元件2a、2b、2c、2d、2e、2f统称为“天线元件2”的情况。

此处，基站用的天线装置一般设置于高处，在与分散于下方的多个移动通信终端之间进行电波的交换。由此，一般对从基站用的天线装置放射的电波给予向下的倾斜角。在对从天线装置放射的电波给予倾斜角的情况下，在图1所示的信号线路3上配置移相电路，在向各天线元件2输入的信号之间给予规定的相位差。例如，在圆筒形状的或者方筒形状的箱体的内部沿该箱体的长边方向排成一列地容纳天线元件2。而且，使向各天线元件2输入的信号的相位按照天线元件2的排列顺序依次延迟。即，使向配置于最上方的天线元件2输入的信号的相位最快，使向配置于最下方的天线元件2输入的信号的相位最慢。由此，对从天线装置放射的电波给予向下的倾斜角。

向图1所示的输入端子1a、1b输入从未图示的高频电路输出的信号。在本实施方式中，向输入端子1a输入频率为700～800MHz的信号，向输入端子1b输入频率为1.5～2.0GHz的信号。输入于输入端子1a的信号分配成三部分而分别向天线元件2a、2b、2c输入。并且，输入于输入端子1b的信号分配成三部分而分别向天线元件2d、2e、2f输入。换言之，在输入端子1a经由信号线路3并列连接有三个天线元件2a、2b、2c，在输入端子1b经由信号线路3并列连接有三个天线元件2d、2e、2f。

将输入于输入端子1a、1b的信号如上述那样分配并向规定的天线元件2引导的信号线路3由带线形成。具体而言，信号线路3由基板、形成于基板的表背两面的布线图案、以及隔着基板对置的一对接地导体构成。

另外，在信号线路3上因布线布局的关系而存在有多个交叉部4。具体而言，连接输入端子1a和天线元件2a、2b、2c的第一信号线路3a(图1中以实线表示。)和连接输入端子1b和天线元件2d、2e、2f的第二信号线路3b(图1中以点划线表示。)至少在五处交叉。以下，对信号线路3的构造详细进行说明。

如图2所示，信号线路3由基板10、形成于基板10的表背两面的布线图案20、以及隔着基板10对置的一对接地导体31、32构成。本实施方式中的基板10是印制电路板，更具体地是玻璃环氧基板。并且，本实施方式中的布线图案20由金属箔形成，更具体地由铜箔形成。

如图3所示，在基板表面10a形成有第一表面图案11a以及第二表面图案12a，在基板背面10b形成有第一背面图案11b以及第二背面图案12b。第一表面图案11a和第一背面图案11b隔着基板10对置而相互成对，形成图1所示的第一信号线路3a。另一方面，第二表面图案12a和第二背面图案12b隔着基板10对置而相互成对，从而形成图1所示的第二信号线路3b。

如图4(A)、图4(B)所示，基板10和接地导体31隔开空间对置，基板10和接地导体32也隔开空间对置。即，基板10和接地导体31经由空气层对置，基板10和接地导体32也经由空气层对置。图4(A)、图4(B)所示的基板10的厚度(T1)为0.8mm。并且，基板10的介电常数为4.4，介质损耗角正切为0.02。接地导体31与接地导体32的间隔(D1)为5.0mm，基板10与接地导体31的间隔(D2)以及基板10与接地导体32的间隔(D3)分别为2.1mm。此外，本说明书中添加的附图中，省略了对基板10、接地导体31、32进行支承的部件的图示。

以上的构造是在包含图1所示的各交叉部4在内的信号线路3的整体中共通的构造。接下来，对图1所示的各交叉部4的信号线路3的构造进行说明。

如图3所示，第一表面图案11a在各交叉部4(图1)中被截断。另一方面，第二表面图案12a在各交叉部4(图1)中通过截断的第一表面图案11a之间并沿与第一表面图案11a交叉的方向延伸。即，第一表面图案11a在基板表面10a上的多个位置中被截断，另一方面，第二表面图案12a在基板表面10a上不被截断而连续。

如图3所示，第二背面图案12b在各交叉部4(图1)中被截断。另一方面，第一背面图案11b在各交叉部4(图1)中通过截断的第二背面图案12b之间并沿与第二背面图案12b交叉的方向延伸。即，第二背面图案12b在基板背面10b上的多个位置中被截断，另一方面，第一背面图案11b在基板背面10b上不被截断而连续。

另外，在第二表面图案12a设有宽度比其它部分的宽度窄的狭窄部13a，该狭窄部13a通过截断的第一表面图案11a之间。并且，在第一背面图案11b形成有宽度比其它部分的宽度窄的狭窄部14a，该狭窄部14a通过截断的第二背面图案12b之间。换言之，第二表面图案12a的狭窄部13a横穿邻接的两个第一表面图案11a的端部之间。并且，第一背面图案11b的狭窄部14a横穿邻接的两个第二背面图案12b的端部之间。以下的说明中，有将第二表面图案12a的狭窄部13a以外的部分称作“非狭窄部13b”而与狭窄部13a进行区别的情况。并且，有将第一背面图案11b的狭窄部14a以外的部分称作“非狭窄部14b”而与狭窄部14a进行区别的情况。即，在第二表面图案12a中，非狭窄部13b从狭窄部13a的两侧向相互相反方向延伸。在第一背面图案11b中，非狭窄部14b从狭窄部14a的两侧向相互相反方向延伸。不过，这样的区别只不过为了方便说明而进行的区别。

图4(A)、图4(B)所示的第一表面图案11a、第二表面图案12a、第一背面图案11b以及第二背面图案12b的厚度(T2)为0.05mm。图4(A)所示的第二表面图案12a的非狭窄部13b的宽度(W1)为4.4mm，狭窄部13a的宽度(W2)为2.8mm。并且，图4(B)所示的第一背面图案11b的非狭窄部14b的宽度(W1)为4.4mm，狭窄部14a的宽度(W2)为2.8mm。

如图3所示，在基板10形成有多个通孔15。如图4(A)所示，形成于基板表面10a的多个第一表面图案11a经由通孔15与形成于基板背面10b的第一背面图案11b分别连接。并且，如图4(B)所示，形成于基板背面10b的多个第二背面图案12b经由通孔15与形成于基板表面10a的第二表面图案12a分别连接。即，截断的多个第一表面图案11a经由第一背面图案11b相互电导通。并且，截断的多个第二背面图案12b经由第二表面图案12a相互电导通。

如上所述，本实施方式的天线装置中，在图1所示的各交叉部4中实现了双系统的信号线路(第一信号线路3a以及第二信号线路3b)的交叉。具体而言，各交叉部4中，第一信号线路3a仅通过基板背面10b(图3)，第二信号线路3b仅通过基板表面10a(图3)，另一方面，在交叉部4以外的场所，第一信号线路3a和第二信号线路3b均通过基板10的表背两面。

并且，本实施方式的天线装置所具备的信号线路3由形成于基板10的表背两面的布线图案20(第一表面图案11a以及第一背面图案11b、第二表面图案12a以及第二背面图案12b)形成(参照图3)。另外，形成于基板表面10a的第一表面图案11a以及第二表面图案12a经由空气层与接地导体31对置，形成于基板背面10b的第一背面图案11b以及第二背面图案12b经由空气层与接地导体32对置(参照图4(A)、图4(B))。由此，在基板10的内部产生的电场少，可减少传输损耗。

另外，如图3所示，第二表面图案12a在其狭窄部13a与第一表面图案11a交叉。并且，第一背面图案11b在其狭窄部14a与第二背面图案12b交叉。即，第二表面图案12a的与第一表面图案11a交叉的部分的宽度比其它部分的宽度窄。同样，第一背面图案11b的与第二背面图案12b交叉的部分的宽度也比其它部分的宽度窄。因此，图4(A)所示的第二表面图案12a的狭窄部13a与接地导体31之间的静电电容比该图所示的第二表面图案12a的非狭窄部13b与接地导体31之间的静电电容小。结果，抑制第二表面图案12a与第一表面图案11a的耦合。同样，图4(B)所示的第一背面图案11b的狭窄部14a与接地导体32之间的静电电容比该图所示的第一背面图案11b的非狭窄部14b与接地导体32之间的静电容量小。结果，抑制第一背面图案11b与第二背面图案12b的耦合。总体上，提高图1所示的各交叉部4的隔离。根据提高隔离的观点，优选图4(A)、图4(B)所示的狭窄部13a、14a的宽度(W2)尽量窄。图5所示的图表是表示关于图4(A)、图4(B)所示的狭窄部13a、14a的宽度(W2)与隔离的关系的模拟结果的图表。根据该图表可知，与信号频率无关，狭窄部13a、14a的宽度(W2)越窄，隔离越高。该模拟中，模拟了图3所示的第一表面图案11a以及第一背面图案11b的输入侧端部A与第二表面图案12a以及第二背面图案12b的输入侧端部B之间的隔离。并且，图4(A)、图4(B)所示的非狭窄部13b、14b的宽度(W1)固定为4.4mm。

另一方面，若加大狭窄部13a、14a的宽度(W2)与非狭窄部13b、14b的宽度(W1)之间的差，则反射损耗(回波损耗)变大。图6所示的图表是表示关于图4(A)、图4(B)所示的狭窄部13a、14a的宽度(W2)与回波损耗的关系的模拟结果的图表。在该模拟中，非狭窄部13b、14b的宽度(W1)也固定为4.4mm。

根据图5、图6所示的模拟结果，若在0.5GHz左右将非狭窄部13b、14b的宽度(W1)设为4.4mm，将狭窄部13a、14a的宽度(W2)设为2.8mm左右，从而能够将隔离以及回波损耗维持为－25dB左右。

(第二实施方式)

接下来，对本发明的天线装置的第二实施方式进行说明。不过，本实施方式的天线装置的基本结构与第一实施方式的天线装置的基本结构相同。因此，省略对共通的结构的说明，以下主要对与第一实施方式的天线装置的不同点进行说明。

如上述那样，图4(A)、图4(B)所示的狭窄部13a、14a的宽度(W2)越窄，隔离越高，但若狭窄部13a、14a的宽度(W2)与非狭窄部13b、14b的宽度(W1)之差变大，则回波损耗因阻抗的不匹配而增大。

因此，在本实施方式中，如图7所示，使狭窄部13a、14a的宽度比第一实施方式中的它们的宽度窄，并且在布线图案20形成有宽度比非狭窄部13b、14b的宽度宽的扩宽部(短截线)。具体而言，图7所示的狭窄部13a、14a的宽度是1.0mm。并且，在第二表面图案12a的狭窄部13a的两侧(前后)以及第一表面图案11a分别形成有表面侧扩宽部16。另一方面，在第一背面图案11b的狭窄部14a的两侧(前后)以及第二背面图案12b分别形成有背面侧扩宽部17。

图8所示的图表是表示有关图7所示的第一表面图案11a以及第一背面图案11b的输入侧端部A与第二表面图案12a以及第二背面图案12b的输入侧端部B之间的隔离的模拟结果的图表。并且，图9所示的图表是表示有关图7所示的布线图案20中的回波损耗的模拟结果的图表。

根据图8、图9所示的图表可知，图7所示的布线图案20中，与图3所示的布线图案相比，提高了隔离以及回波损耗双方。具体而言，在0.5～2.5GHz的范围内隔离保持为－20dB以下。并且，在0.5～2.0GHz的范围内回波损耗保持为－10dB以下。

(第三实施方式)

接下来，对本发明的天线装置的第三实施方式进行说明。不过，本实施方式的天线装置的基本结构与第一实施方式以及第二实施方式的天线装置的基本结构相同。因此，省略对共通的结构的说明，以下主要以与第一实施方式以及第二实施方式的天线装置的不同点进行说明。

如上述那样，向图1所示的输入端子1a输入频率为700～800MHz的信号，另一方面，向输入端子1b输入频率为1.5～2.0GHz的信号。即，在第一信号线路3a传播的信号的频带与在第二信号线路3b传播的信号的频带不同。由此，优选更加可靠地防止在一个信号线路传播的信号与另一个信号线路结合。

因此，在本实施方式中，如图10所示，在布线图案20附加有滤波图案(フィルタパターン)(开路短线)。具体而言，在第一背面图案11b的狭窄部14a的两侧(前后)连接有背面侧滤波图案18。并且，在多个第一表面图案11a分别连接有与背面侧滤波图案18对应的表面侧滤波图案19。

另一方面，在第二表面图案12a的狭窄部13a的两侧(前后)形成有表面侧扩宽部16，在多个第二背面图案12b分别形成有与表面侧扩宽部16对应的背面侧扩宽部17。

此处，如已说明那样，图1所示的第一信号线路3a由第一表面图案11a以及第一背面图案11b形成，第二信号线路3b由第二表面图案12a以及第二背面图案12b形成。即，向形成第一信号线路3a的第一表面图案11a以及第一背面图案11b输入频率为700～800MHz的信号(以下为“第一信号”)，向形成第二信号线路3b的第二表面图案12a以及第二背面图案12b输入频率为1.5～2.0GHz的信号(以下为“第二信号”)。换言之，向第一表面图案11a以及第一背面图案11b输入的第一信号的频率比向第二表面图案12a以及第二背面图案12b输入的第二信号的频率低。而且，在输入频率相对低的第一信号的第一表面图案11a以及第一背面图案11b设有滤波图案19、18。

背面侧滤波图案18以及表面侧滤波图案19具有第二信号的波长(λ)的1/4倍的长度。因此，对在第二表面图案12a以及第二背面图案12b传播的第二信号进行反射，从而防止或减少与第一表面图案11a以及第一背面图案11b的结合。即，防止或者减少在第二信号线路3b传播的第二信号与第一信号线路3a的结合。

图11是表示有关图10所示的第一表面图案11a以及第一背面图案11b的入力侧端部A的回波损耗的模拟结果的图表。图12是表示有关图10所示的第二表面图案12a以及第二背面图案12b的输入侧端部B的回波损耗的模拟结果的图表。图13是表示有关输入侧端部A与输入侧端部B之间的隔离的模拟结果的图表。

根据图11～图13所示的图表可知，在图10所示的布线图案20中，在第一信号以及第二信号各自的频带中，将隔离以及回波损耗双方保持为－25dB以下。

滤波图案18、19的形状不限定于图10所示的形状。图14中表示图10所示的表面侧滤波图案19的几个变形例。图14(A)所示的表面侧滤波图案19具有曲折形状(之字形形状)，该图14(B)所示的表面侧滤波图案19具有螺旋形状(漩涡形状)。图14(A)、图14(B)中仅表示表面侧滤波图案19的变形例，但图10所示的背面侧滤波图案18的形状也能够与图14(A)、图14(B)所示的表面侧滤波图案19相同地变更。

此外，图14(A)、图14(B)所示的图案形状与图10所示的直线的图案形状相比，具有维持需要的图案长的同时能够缩小配置空间的优点。另外，图14(B)所示的螺旋形状中，电压最高的滤波图案的前端配置于该图案的中心，具有减少对周边回路的影响的优点。

本发明不限定于上述的实施方式，在不脱离其要旨的范围内能够进行各种变更。例如，在图10所示的第三实施方式中，在第一表面图案11a以及第一背面图案11b附加有滤波图案，在第二表面图案12a以及第二背面图案12b附加有扩宽部。但是，也可以在第一表面图案11a以及第一背面图案11b附加扩宽部，在第二表面图案12a以及第二背面图案12b附加滤波图案。并且，也可以在第一表面图案11a、第一背面图案11b、第二表面图案12a以及第二背面图案12b的全部附加滤波图案。不过，在仅在一部分的图案附加滤波图案的情况下，优选对传播频率相对低的信号的图案附加滤波图案，而避免与频率相对高的信号的该图案进行结合。这是因为，滤波图案的长度取决于作为对象的信号的波长。即，为了避免频率相对高的信号的结合所需要的滤波图案的长度比为了避免频率相对低的信号的结合所需要的滤波图案的长度短，从而为了配置滤波图案所需要的空间也变小。

Claims (3)

1.一种天线装置，其具备将输入的信号分配到多个天线元件的信号线路，该天线装置的特征在于，

上述信号线路具有：

基板；

隔着上述基板对置的一对接地导体；

形成于基板表面的第一表面图案及第二表面图案；

形成于基板背面且与上述第一表面图案成对的第一背面图案；以及

形成于上述基板背面、且与上述第二表面图案成对的第二背面图案，

上述第一表面图案被截断，另一方面，上述第二表面图案通过截断的上述第一表面图案之间并沿与上述第一表面图案交叉的方向延伸，

上述第二背面图案被截断，另一方面，上述第一背面图案通过截断的上述第二背面图案之间并沿与上述第二背面图案交叉的方向延伸，

截断的上述第一表面图案经由上述第一背面图案相互导通，

截断的上述第二背面图案经由上述第二表面图案相互导通，

上述第二表面图案包含通过截断的上述第一表面图案之间且宽度比其它部分窄的狭窄部，

上述第一背面图案包含通过截断的上述第二背面图案之间且宽度比其它部分窄的狭窄部，

在上述第二表面图案的上述狭窄部的两侧以及上述第一表面图案分别形成有表面侧扩宽部，

在上述第一背面图案的上述狭窄部的两侧以及多个上述第二背面图案分别形成有与上述表面侧扩宽部对应的背面侧扩宽部。

2.根据权利要求1所述的天线装置，其特征在于，

截断的上述第一表面图案经由形成于上述基板的通孔与上述第一背面图案连接，

截断的上述第二背面图案经由形成于上述基板的通孔与上述第二表面图案连接。

3.根据权利要求1所述的天线装置，其特征在于，

在上述第一表面图案以及上述第一背面图案传播的信号的频率比在上述第二表面图案以及上述第二背面图案传播的信号的频率低。