CN105849974B - 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
一种天线装置，具备：馈电元件，其连接于馈电点；以及辐射元件，其与所述馈电元件分离地配置，通过与所述馈电元件进行电磁场耦合而被馈电，从而作为辐射导体发挥功能，其中，所述辐射元件具有被所述馈电元件馈电的馈电部，在将所述辐射元件的基本模式的谐振频率下的真空中的波长设为λ0的情况下，所述馈电部与所述馈电点的接地基准之间的最短距离为0.0034λ0以上且0.21λ0以下。
Description
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。
背景技术
近年来，搭载于便携式无线机等的天线的个数不断增加，另外，电路基板的集成密度升高，因此该天线被安装在壳体表面或壳体内部等与电路基板分离的部位。
例如，专利文献1所公开的天线导体(辐射导体)形成于壳体装饰面，与设置于基板的馈电销物理接触(参照专利文献1的图2)。在使用这种馈电销的情况下，为了提高从外部施加冲击时的可靠性而使用弹簧销连接器等具有用于缓和冲击的机构的特殊的连接端子。另外，作为不使用这种特殊的机构的例子，存在专利文献2所公开的馈电方式。
专利文献2的天线装置在壳体形成有辐射导体，另外，在垂直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来以非接触方式对辐射导体进行馈电，因此非接触馈电方式可以说是抗冲击性强的构造。特别是在壳体使用玻璃、陶瓷等脆性材料并且在壳体形成天线的情况下，当通过馈电销等进行馈电时，在从外部施加了强冲击时应力集中于壳体的一点，由此有可能导致壳体破损，天线也不进行动作。作为避免这种问题的方法，非接触馈电可以说非常有效。
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电容耦合的馈电方式中，由于制造上的误差等而导致辐射导体与电容板的相对位置关系、特别是间隔相对于设计值偏离，由此导致电容值大幅变化。其结果，有可能无法取得阻抗匹配。另外，在由于使用时的振动等导致辐射导体与电容板的相对位置关系发生变化时，也有可能发生同样的问题。
并且，向便携式无线机等设置天线的设置空间受到限制。因此，期望一种确保充分的动作增益并且设置空间小的天线。
因此，目的在于提供就与辐射导体之间的位置关系而言具有高的位置鲁棒性并且能够实现小型化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
在一个方案中，提供一种天线装置，其具备：馈电元件，其连接于馈电点；以及辐射元件，其与所述馈电元件分离地配置，通过与所述馈电元件进行电磁场耦合而被馈电，从而作为辐射导体发挥功能，其中，所述辐射元件具有被所述馈电元件馈电的馈电部，在将所述辐射元件的基本模式的谐振频率下的真空中的波长设为λ0的情况下，所述馈电部与所述馈电点的接地基准之间的最短距离为0.0034λ0以上且0.21λ0以下。
发明的效果
根据一个方式，能够实现就与辐射导体之间的位置关系而言具有高的位置鲁棒性并且能够实现小型化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。
附图说明
图1是表示天线装置的一个结构例的立体图。
图2是表示馈电部与馈电点的接地基准之间的最短距离D1同辐射元件的动作增益之间的关系的一例的图。
图3是表示辐射元件的动作增益为0.65以上时的辐射元件的薄层电阻与最短距离D1之间的关系的一例的图。
具体实施方式
下面，按照附图来说明本发明的实施方式。
图1是示出用于对作为本发明的一个实施方式的天线装置1的动作进行解析的计算机上的仿真模型的立体图。作为电磁场模拟器，使用了Microwave Studio(注册商标)(CST公司)。
天线装置1例如是搭载于无线装置100的天线。作为无线装置100的例子，能够例举移动体自身或内置于移动体的无线通信装置。作为移动体的例子，能够例举可携带的便携式终端装置、汽车等车辆以及机器人等。作为便携式终端装置的具体例，能够例举便携式电话、智能手机、平板型计算机、游戏机、电视机以及音乐、视频的播放器等电子设备。天线装置1具备接地平面70、馈电元件37以及辐射元件31。
接地平面70是至少具有一条线段来作为外缘部的平面状的导体图案，附图中例示出在XY平面内延伸的长方形的接地平面70。接地平面70例如具有沿X轴方向直线延伸的外缘部71。接地平面70例如配置为与XY平面平行，具有将平行于X轴方向的横向的长度设为L64、将平行于Y轴方向的纵向的长度设为L67的长方形的外形。
馈电元件37是连接于以接地平面70为接地基准的馈电点38的馈电元件的一例。馈电元件37是能够与辐射元件31以非接触方式高频地耦合来对辐射元件31进行馈电的线状导体。附图中示出了由与外缘部71呈直角且沿平行于Y轴的方向延伸的直线状导体以及与平行于X轴的外缘部71并列地延伸的直线状导体形成为L字形的馈电元件37。在图示的情况下，馈电元件37在以馈电点38为起点向Y轴方向延伸后向X轴方向弯曲，并延伸到向X轴方向延伸的端部39。端部39是没有连接其它导体的开放端。馈电元件37并不限于图示的形状，也可以是直线状等其它形状。
馈电点38是与利用了接地平面70的规定的传输线路、馈电线等相连接的馈电部位。作为规定的传输线路的具体例，能够例举微带线、带线、带接地平面的共面波导(在与导体面相反一侧的表面配置有接地平面的共面波导)等。作为馈电线，能够例举馈电线、同轴线缆。
图1中示出微带线28连接于馈电点38的方式。微带线28具有基板25，在基板25的一个表面配置有接地平面70，在基板25的另一个表面即相反侧的表面配置有线状的带导体27。将带导体27与馈电元件37的连接点设为馈电点38，将基板25假定为安装有经由微带线28而连接于馈电点38的IC芯片等集成电路的基板。
馈电元件37例如设置于基板25，与带导体27配置在相同的表面。馈电元件37与带导体27的边界是在Z轴方向上俯视时与接地平面70的外缘部71一致的部位，是馈电点38。
辐射元件31是辐射元件的一例，与馈电元件37分离地配置，通过与馈电元件37进行电磁场耦合而被馈电，从而作为辐射导体发挥功能。辐射元件31是具有从馈电元件37以非接触方式接受馈电的馈电部36的线状导体。
附图中例示出形成为直线状的辐射元件31。直线状的辐射元件31与外缘部71分离地配置，具有沿着外缘部71在X轴方向上延伸的导体部分。附图中例示了直线状的辐射元件31，但辐射元件31的形状也可以是L字形、环状、迂回曲折状等其它形状。辐射元件31具有沿着外缘部71的导体部分，由此例如能够容易地控制天线装置1的指向性。
辐射元件31例如设置于基板26。基板26以在基板25的法线方向(平行于Z轴的方向)上与基板25空出间隔L68的方式配置。辐射元件31形成在基板26的表面中的与形成有馈电元件37的基板25近的一侧的面。辐射元件31是将一个端部34与另一个端部35直线连结的线状导体。
如果辐射元件31与馈电元件37之间相距能够进行电磁场耦合的距离以使馈电元件37能够以非接触的方式对辐射元件31馈电，则辐射元件31与馈电元件37在以X轴、Y轴或Z轴方向等任意方向俯视时既可以重叠也可以不重叠。
馈电元件37和辐射元件31配置为相距能够相互进行电磁场耦合的距离。辐射元件31具有从馈电元件37接受馈电的馈电部36。利用馈电部36经由馈电元件37通过电磁场耦合以非接触的方式对辐射元件31进行馈电。通过以这种方式馈电，辐射元件31作为天线装置1的辐射导体发挥功能。
如图示那样，在辐射元件31是将两点之间连结的线状导体的情况下，在辐射元件31上形成与半波长偶极天线同样的谐振电流(分布)。即，辐射元件31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，虽然未图示，但辐射元件31也可以是用线状导体形成四边形那样的环状导体。在辐射元件31是环状导体的情况下，在辐射元件31上形成与环形天线同样的谐振电流(分布)。即，辐射元件31作为以规定的频率的1个波长进行谐振的环形天线而发挥功能(以下称为环形模式)。
另外，虽然未图示，但辐射元件31也可以是连接于馈电点38的接地基准的线状导体。所谓馈电点38的接地基准，例如是接地平面70或能够以直流导通的方式连接于接地平面70的导体等。例如，辐射元件31的端部35与接地平面70的外缘部71连接。在辐射元件31是一端与馈电点38的接地基准连接、另一端为开放端的线状导体的情况下，在辐射元件31上形成与λ/4单极天线同样的谐振电流(分布)。即，辐射元件31作为以规定的频率的1/4波长进行谐振的单极天线而发挥功能(以下称为单极模式)。
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，etal，“Wireless Power Transfer via Strongly Coupled Magnetic Resonances”，ScienceExpress，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：当使以相同频率谐振的谐振器相互接近并使一方的谐振器谐振时，经由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37与辐射元件31之间的介质既可以是空气，也可以是玻璃、树脂材料等电介质。此外，优选在馈电元件37与辐射元件31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37与辐射元件31进行电磁场耦合，能够获得抗冲击性强的构造。即，通过利用电磁场耦合，不使馈电元件37与辐射元件31物理接触就能够使用馈电元件37对辐射元件31馈电，因此能够得到与需要物理接触的接触馈电方式相比抗冲击性强的构造。
通过使馈电元件37与辐射元件31进行电磁场耦合，能够通过简单的结构实现非接触馈电。即，通过利用电磁场耦合，不使馈电元件37与辐射元件31物理接触就能够使用馈电元件37对辐射元件31馈电，因此与需要物理接触的接触馈电方式相比，能够通过简单的结构进行馈电。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37对辐射元件31馈电，因此与利用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，与通过静电电容耦合或磁场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，即使将馈电元件37与辐射元件31的相距距离(耦合距离)延长，辐射元件31的动作增益(天线增益)也难以降低。在此，动作增益是指通过天线的辐射效率×回波损耗而计算出的量，是被定义为针对输入电力的天线的效率的量。因而，通过使馈电元件37与辐射元件31进行电磁场耦合，能够提高决定馈电元件37和辐射元件31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37和辐射元件31的配置位置等偏移，对辐射元件31的动作增益的影响也低。另外，决定馈电元件37和辐射元件31的配置的自由度高，因此在能够容易地缩小设置天线装置1所需的空间这一点上是有利的。
另外，在图示的情况下，作为馈电元件37对辐射元件31馈电的部位的馈电部36位于辐射元件31的一个端部34与另一个端部35之间的中央部33以外的部位(中央部33与端部34之间的部位或中央部33与端部35之间的部位)。这样，使馈电部36位于辐射元件31的成为辐射元件31的基本模式的谐振频率下的最低阻抗的部分(在该情况下为中央部33)以外的部位，由此能够容易地取得天线装置1的匹配。馈电部36是以辐射元件31与馈电元件37最接近的、辐射元件31的导体部分中的与馈电点38最近的部分定义的部位。
在偶极模式的情况下，辐射元件31的阻抗随着从辐射元件31的中央部33向端部34或端部35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37与辐射元件31之间的阻抗稍微变化，如果以固定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，辐射元件31的馈电部36优选位于辐射元件31的高阻抗的部分。
在偶极模式的情况下，例如为了容易地取得天线装置1的阻抗匹配，馈电部36优选位于辐射元件31的与成为基本模式的谐振频率下的最低阻抗的部分(在该情况下是中央部33)相距辐射元件31的全长的1/8以上(优选为1/6以上，更优选为1/4以上)的部位。在图示的情况下，辐射元件31的全长相当于L52，馈电部36相对于中央部33位于端部34侧。
另一方面，在环形模式的情况下，例如为了容易地取得天线装置1的阻抗匹配，馈电部36位于辐射元件31的与成为基本模式的谐振频率下的最低阻抗的部分相距辐射元件31的环形的内周侧的周长的1/16以下(优选为1/12，更优选为1/8以下)的范围内的部位即可。
另一方面，在端部35连接于馈电点38的接地基准的单极模式的情况下，作为馈电元件37对辐射元件31进行馈电的部位的馈电部36位于辐射元件31的与成为基本模式的谐振频率下的最低阻抗的部分(在该情况下为端部35)相比靠近端部34侧的部位，由此能够容易地取得天线装置1的阻抗匹配。特别优选的是使馈电部36位于比中央部33更靠端部34侧的位置。此外，馈电部36是以辐射元件31与馈电元件37最接近的、辐射元件31的导体部分中的与馈电点38最近的部分定义的部位。
在端部35连接于馈电点38的接地基准的单极模式的情况下，辐射元件31的阻抗随着从辐射元件31的端部35靠近端部34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37与辐射元件31之间的阻抗稍微变化，如果以固定以上的高阻抗进行耦合，则对阻抗匹配的影响也小。因而，为了容易地取得匹配，优选使辐射元件31的馈电部36位于辐射元件31的高阻抗的部分。
在端部35连接于馈电点38的接地基准的单极模式的情况下，例如为了容易地取得天线装置1的阻抗匹配，馈电部36优选位于辐射元件31的与成为基本模式的谐振频率下的最低阻抗的部分(在该情况下为端部35)相距辐射元件31的全长的1/4以上(优选为1/3以上，更优选为1/2以上)的部位，更加优选的是位于比中央部33更靠端部34侧的位置。
另外，在将辐射元件31的基本模式的谐振频率下的真空中的电波波长设为λ0的情况下，馈电部36与接地平面70之间的最短距离D1为0.0034λ0以上且0.21λ0以下。最短距离D1更优选为0.0043λ0以上且0.199λ0以下，进一步优选为0.0069λ0以上且0.164λ0以下。通过将最短距离D1设定在这种范围内，即使将辐射元件31与接地平面70之间的距离缩短、即将天线装置1小型化，也能够充分地确保辐射元件31的动作增益。另外，由于最短距离D1小于(λ0/4)，因此天线装置1不是产生圆偏振波，而是产生直线偏振波。
此外，最短距离D1相当于将馈电部36与外缘部71的最接近部分直线连结的距离，该情况下的外缘部71是作为与对馈电部36进行馈电的馈电元件37相连接的馈电点38的接地基准的接地平面70的外缘部。另外，辐射元件31和接地平面70既可以处于同一平面上，也可以处于不同的平面上。另外，辐射元件31既可以配置在与配置有接地平面70的平面平行的平面，也可以配置在与配置有接地平面70的平面以任意角度交叉的平面。
图2是表示最短距离D1与辐射元件31的动作增益之间的关系的图表。纵轴的动作增益是考虑了天线的反射损耗的辐射效率，在将辐射效率设为η、将反射系数设为Γ时，该动作增益是通过η×(1-|Γ|2)计算出的数值。
在对图2进行解析时的模拟条件下，将图1的接地平面70设为了横向的长度L64为140mm、纵向的长度L67为40mm的无厚度的虚拟导体。另外，将馈电元件37的L53设为10mm，将辐射元件31的L52设为60mm，将L54设为0mm。另外，辐射元件31以当从Z轴方向看时辐射元件31的一个端部34在馈电元件37的L字形的弯曲部与馈电元件37重叠的方式，与馈电元件37沿Z轴方向分离地配置。另外，辐射元件31以当从Z轴方向看时辐射元件31的X轴方向的导体部分与馈电元件37的X轴方向的导体部分重叠的方式，与馈电元件37沿Z轴方向分离地配置。将基板25设为横向的长度L64为140mm、纵向的长度L61为(70+D1)mm、厚度为0.8mm、介电常数为3.4、tanδ＝0.0015的基板。将基板26设为横向的长度L65为120mm、纵向的长度L62为40mm、厚度为1.0mm、介电常数为8.926、tanδ＝0.00356的基板。将L63设为15mm，将L66设为10mm，将L68设为2mm，将L69设为35.95mm。
图2的数据是在使馈电元件37的位置固定及使X轴方向的长度L53固定为10mm的状态下使最短距离D1变化来计算辐射元件31的动作增益而得到的结果。在使最短距离D1变化时，使馈电元件37的Y轴方向的长度也变化与最短距离D1的变化量相同的量。图2的纵轴是将电波的频率设定为1.3GHz时的辐射元件31的动作增益。图2的横轴的最短距离D1是以1个波长进行标准化而得到的值(换算为相当于1个波长的距离而得到的值)。
如图2所示那样可知，随着馈电部36某种程度地远离外缘部71，辐射元件31的匹配状态劣化，辐射元件31的动作增益降低。这样，如果最短距离D1为0.0034λ0以上且0.21λ0以下(更优选为0.0043λ0以上且0.199λ0以下，进一步优选为0.0069λ0以上且0.164λ0以下)，则在提高辐射元件31的动作增益这点上是有利的。
图3是表示辐射元件31的动作增益为0.65以上时的辐射元件31(导体)的薄层电阻RS与最短距离D1之间的关系的图。与图2的情况同样地，辐射元件31的动作增益是考虑了天线的反射损耗的辐射效率，是在将辐射效率设为η、将反射系数设为Γ时通过η×(1-|Γ|2)计算出的数值。薄层电阻RS的单位是Ω/□(Ohms per square：欧姆/平方)。图3是在与图2相同的模拟条件下计算出的。
根据图3，关于薄层电阻RS与最短距离D1之间的关系，当通过最小二乘法求出近似式时，能够得到以下关系式：
D1＝0.0152×RS 0.5229。
因而，如果最短距离D1为满足0.0152×RS 0.5229以上的值，则在提高辐射元件31的动作增益这点上是有利的。即，能够通过降低薄层电阻RS来缩小最短距离D1，能够使天线装置小型化。
另外，在将辐射元件31的基本模式的谐振频率下的真空中的电波波长设为λ0的情况下，馈电元件37与辐射元件31之间的最短距离D2优选为0.2×λ0以下(更优选为0.1×λ0以下，进一步优选为0.05×λ0以下)。通过将馈电元件37与辐射元件31分离这样的最短距离D2地配置，在提高辐射元件31的动作增益这点上是有利的。
此外，最短距离D2相当于将馈电部36与对馈电部36进行馈电的馈电元件37的最接近部分直线连结的距离。另外，关于馈电元件37和辐射元件31，如果两者进行电磁场耦合，则在从任意的方向观察时既可以交叉也可以不交叉，其交叉角度可以是任意角度。另外，辐射元件31和馈电元件37既可以处于同一平面上，也可以处于不同的平面上。另外，辐射元件31既可以配置在与配置有馈电元件37的平面平行的平面，也可以配置在与配置有馈电元件37的平面以任意角度交叉的平面。
另外，在偶极模式的情况下，馈电元件37与辐射元件31以最短距离D2并行的距离优选为辐射元件31的物理长度的3/8以下。更优选为1/4以下，进一步优选为1/8以下。在环形模式的情况下，馈电元件37与辐射元件31以最短距离D2并行的距离优选为辐射元件31的环形的内周侧的周长的3/16以下。更优选为1/8以下，进一步优选为1/16以下。在单极模式的情况下，馈电元件37与辐射元件31以最短距离D2并行的距离优选为辐射元件31的物理长度的3/4以下。更优选为1/2以下，进一步优选为1/4以下。
成为最短距离D2的位置是馈电元件37与辐射元件31的耦合强的部位，当以最短距离D2并行的距离长时，与辐射元件31的阻抗高的部分和阻抗低的部分两者强耦合，因此有时无法取得阻抗匹配。由此，以最短距离D2并行的距离短使得只与辐射元件31的阻抗的变化少的部位强耦合，这在阻抗匹配这点上是有利的。
另外，将馈电元件37的产生谐振的基本模式的电长度设为Le37，将辐射元件31的产生谐振的基本模式的电长度设为Le31，将辐射元件31的基本模式的谐振频率f1下的馈电元件37或辐射元件31上的波长设为λ，Le37优选为(3/8)λ以下，且在辐射元件31的谐振的基本模式为偶极模式的情况下，Le31优选为(3/8)×λ以上且(5/8)×λ以下，在辐射元件31的谐振的基本模式为环形模式的情况下，Le31优选为(7/8)×λ以上且(9/8)×λ以下，在辐射元件31的谐振的基本模式为单极模式的情况下，Le31优选为(1/8)×λ以上且(3/8)×λ以下。
另外，以使外缘部71沿着辐射元件31的方式形成接地平面70，因此通过馈电元件37与外缘部71的相互作用，能够在馈电元件37和接地平面70上形成谐振电流(分布)，馈电元件37与辐射元件31共振来进行电磁场耦合。因此，馈电元件37的电长度Le37的下限值没有特别地限定，只要是馈电元件37能够与辐射元件31以物理方式进行电磁场耦合的程度的长度即可。
另外，在想要对馈电元件37的形状赋予自由度的情况下，所述Le37更优选为(1/8)×λ以上且(3/8)×λ以下，特别优选为(3/16)×λ以上且(5/16)×λ以下。如果Le37在该范围内，则馈电元件37以辐射元件31的设计频率(谐振频率f1)良好地进行谐振，因此馈电元件37与辐射元件31不依赖于接地平面70而进行共振，获得良好的电磁场耦合，从而是优选的。
另外，为了使天线装置1小型化，馈电元件37的所述Le37更优选为小于(1/4)×λ，特别优选为(1/8)×λ以下。
此外，实现了电磁场耦合是指取得了匹配。另外，在该情况下，馈电元件37不需要与辐射元件31的谐振频率f相匹配地设计电长度，而能够将馈电元件37作为辐射导体而自由地设计，因此能够容易地实现天线装置1的多频带化。
此外，在不包括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下的真空中的电波的波长设为λ0、将因安装的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37的物理长度L37。在此，k1是根据馈电元件37的环境的有效相对介电常数(εr1)和有效相对磁导率(μr1)等设置有馈电元件的电介质基材等介质(环境)的相对介电常数、相对磁导率、以及厚度、谐振频率等计算出的值。即，L37为(3/8)×λg1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，也可以是，对设置在想要测定缩短率的环境中的作为对象的元件的谐振频率进行测定，在每个任意频率下的缩短率已知的环境中测定相同元件的谐振频率，根据这些谐振频率之间的差来计算缩短率。
馈电元件37的物理长度L37是赋予Le37的物理长度，在不包括其它要素的理想的情况下，与Le37相等。在馈电元件37包含匹配电路等的情况下，L37优选超过零且为Le37以下。通过利用电感等匹配电路，能够缩短L37(减小尺寸)。
另外，在辐射元件31的谐振的基本模式是偶极模式(是辐射元件31的两端为开放端那样的线状的导体)的情况下，上述Le31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，如果考虑高阶模式，则上述Le31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是高阶模式的模式数，是自然数。m优选为1～5的整数，特别优选为1～3的整数。在m＝1的情况下是基本模式。如果Le31在该范围内，则辐射元件31作为辐射导体而充分发挥功能，天线装置1的效率良好，从而是优选的。
另外，同样地，在辐射元件31的谐振的基本模式是环形模式(辐射元件31为环状的导体)的情况下，所述Le31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，在高阶模式下，所述Le31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。如果Le31在该范围内，则辐射元件31作为辐射导体而充分发挥功能，天线装置1的效率良好，从而是优选的。
另外，同样地，在辐射元件31的谐振的基本模式是单极模式(辐射元件31连接于馈电点38的接地基准，具有开放端)的情况下，所述Le31优选为(1/8)×λ以上且(3/8)×λ以下，更优选为(3/16)×λ以上且(5/16)×λ以下，特别优选为(7/32)×λ以上且(9/32)×λ以下。如果Le31在该范围内，则辐射元件31作为辐射导体而充分发挥功能，天线装置1的效率良好，从而是优选的。
此外，在将辐射元件的基本模式的谐振频率下的真空中的电波的波长设为λ0、将因安装的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31的物理长度L31。在此，k2是根据辐射元件31的环境的有效相对介电常数(εr2)和有效相对磁导率(μr2)等设置有辐射元件的电介质基材等介质(环境)的相对介电常数、相对磁导率以及厚度、谐振频率等计算出的值。即，在辐射元件31的谐振的基本模式是偶极模式的情况下，理想的是，L31为(1/2)×λg2。辐射元件31的长度L31优选为(1/4)×λg2以上且(5/8)×λg2以下，更优选为(3/8)×λg2以上。在辐射元件31的谐振的基本模式是环形模式的情况下，L31为(7/8)×λg2以上且(9/8)×λg2以下。在辐射元件31的谐振的基本模式是单极模式的情况下，L31为(1/8)×λg2以上且(3/8)×λg2以下。
辐射元件31的物理长度L31是赋予Le31的物理长度，在不包括其它要素的理想的情况下，与Le31相等。即使通过利用电感等匹配电路而缩短了L31，也优选L31超过零且为Le31以下，特别优选为Le31的0.4倍以上且1倍以下。通过将辐射元件31的长度L31调整为这种长度，在提高辐射元件31的动作增益这一点上是有利的。
另外，在如图示那样能够利用馈电元件37与接地平面70的外缘部71的相互作用的情况下，可以使馈电元件37作为辐射导体而发挥功能。辐射元件31是利用馈电元件37通过馈电部36以非接触方式进行电磁场耦合而被馈电的，由此例如作为λ/2偶极天线发挥功能。另一方面，馈电元件37是能够对辐射元件31进行馈电的线状的馈电导体，是还能够通过馈电点38而被馈电来作为单极天线(例如λ/4单极天线)发挥功能的辐射导体。如果将辐射元件31的谐振频率设定为f1、将馈电元件37的谐振频率设定为f2、将馈电元件37的长度调整为以频率f2进行谐振的单极天线，则能够利用馈电元件37的辐射功能，从而能够容易地实现天线装置1的多频带化。
在不包括匹配电路等的情况下，在将馈电元件37的谐振频率f2下的真空中的电波的波长设为λ1、将因安装的环境导致的缩短效应的缩短率设为k1时，通过λg3＝λ1·k1来决定馈电元件37的利用辐射功能时的物理长度L37。在此k1是根据馈电元件37的环境的有效相对介电常数(εr1)和有效相对磁导率(μr1)等设置有馈电元件37的电介质基材等介质(环境)的相对介电常数、相对磁导率、以及厚度、谐振频率等计算出的值。即，L37为(1/8)×λg3以上且(3/8)×λg3以下，优选为(3/16)×λg3以上且(5/16)×λg3以下。
此外，也可以利用一个馈电元件37对多个辐射元件进行馈电。通过利用多个辐射元件，能够使多频带化、宽频带化、指向性控制等的实施变得容易。另外，也可以在一个无线装置上搭载多个天线装置1。
另外，馈电元件37、辐射元件31以及接地平面70中的至少两个既可以是具有配置在互不相同的高度的部分的导体，也可以是具有配置在彼此相同的高度的部分的导体。
馈电元件37配置在基板25的与辐射元件31相向的一侧的表面。然而，馈电元件37既可以配置在基板25的与辐射元件31相向的一侧的相反侧的表面，也可以配置在基板25的侧面，既可以配置在基板25的内部，也可以配置于基板25以外的构件。
接地平面70配置在基板25的与辐射元件31相向的一侧的相反侧的表面。然而，接地平面70既可以配置在基板25的与辐射元件31相向的一侧的表面，也可以配置在基板25的侧面，既可以配置在基板25的内部，也可以配置于基板25以外的构件。
基板25具有馈电元件37、馈电点38以及作为馈电点38的接地基准的接地平面70。另外，基板25具有传输线路，该传输线路具备连接于馈电点38的带导体27。带导体27例如是以与接地平面70之间夹着基板25的方式形成于基板25的表面的信号线。
辐射元件31与馈电元件37分离地配置，例如图示那样与基板25相距距离L68地设置在与基板25相向的基板26。辐射元件31配置在基板26的与馈电元件37相向的一侧的表面。然而，辐射元件31既可以设置在基板26的与馈电元件37相向的一侧的相反侧的表面，也可以配置在基板26的侧面，还可以配置于基板26以外的构件。
基板25或基板26例如配置为与XY平面平行，是以电介质、磁性体或电介质和磁性体的混合物为基材的基板。作为电介质的具体例，能够例举树脂、玻璃、玻璃陶瓷、LTCC(LowTemperature Co-Fired Ceramics：低温共烧陶瓷)以及氧化铝等。作为电介质和磁性体的混合物的具体例，只要具有含Fe、Ni、Co等过渡元素、Sm、Nd等稀土元素的金属和氧化物中的任一种即可，例如能够例举六方晶系铁氧体、尖晶石系铁氧体(Mn-Zn系铁氧体、Ni-Zn系铁氧体等)、石榴石系铁氧体、坡莫合金以及铁硅铝合金(注册商标)等。
在将天线装置1搭载于具有显示器的便携式无线装置的情况下，基板26例如既可以是全面覆盖显示器的图像显示面的外罩玻璃，也可以是用于固定基板25的壳体(特别是底面、侧面等)，还可以是构成为便携式无线装置的构成部件(特别是芯部件、通过注射成形等而形成的部件，例如MID(Molded Interconect Device：模塑互连器件)、柔性基板、电池等)。外罩玻璃是透明的或用户能够视觉识别显示于显示器的图像的程度的半透明的电介质基板，是层叠配置在显示器上的平板状的构件。
在辐射元件31设置于外罩玻璃的表面的情况下，将铜、银等导体糊剂涂在外罩玻璃的表面并进行烧制而形成辐射元件31即可。作为此时的导体糊剂，优选利用能够以不会使利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糊剂。另外，为了防止氧化造成的导体的劣化，也可以实施镀等处理。另外，也可以对外罩玻璃实施装饰印刷，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31。
以上，通过实施方式说明了天线装置以及无线装置，但本发明并不限定于上述实施方式。在本发明的范围内能够进行与其它实施方式的一部分或全部的组合、置换等各种变形以及改进。
例如，天线并不限于只包括直线延伸的线状的导体部分，也可以包括弯曲的导体部分。例如，既可以包括L字形的导体部分，也可以包括迂回曲折(Meander)形状的导体部分，还可以包括在中途分支的导体部分。
另外，可以对馈电元件设置短截线，也可以对馈电元件设置匹配电路。由此，能够减小馈电元件在基板所占的面积。
本国际申请主张2014年1月20日申请的日本专利申请第2014-008168号的优先权，将日本专利申请第2014-008168号的全部内容引用到本国际申请中。
附图标记说明
1：天线装置；25、26：基板；27：带导体；28：微带线；31：辐射元件；33：中央部；34、35：端部；36：馈电部；37：馈电元件；38：馈电点；70：接地平面；71：外缘部；100：无线装置。
Claims (7)
1.一种天线装置，具备：
馈电元件，其连接于馈电点；以及
辐射元件，其与所述馈电元件分离地配置，通过与所述馈电元件进行电磁场耦合而被馈电，从而作为辐射导体发挥功能，
其中，所述辐射元件具有被所述馈电元件馈电的馈电部，
在将所述辐射元件的基本模式的谐振频率下的真空中的波长设为λ0的情况下，
所述馈电部与所述馈电点的接地基准之间的最短距离为0.0034λ0以上且0.21λ0以下，
在将所述馈电元件的产生谐振的基本模式的电长度设为Le37、将所述辐射元件的产生谐振的基本模式的电长度设为Le31、将所述辐射元件的基本模式的谐振频率下的所述馈电元件或所述辐射元件上的波长设为λ时，Le37为(3/8)×λ以下，并且在所述辐射元件的谐振的基本模式为偶极模式的情况下，Le31为(3/8)×λ以上且(5/8)×λ以下，在所述辐射元件的谐振的基本模式为单极模式的情况下，Le31为(1/8)×λ以上且(3/8)×λ以下。
2.根据权利要求1所述的天线装置，其特征在于，
在将所述辐射元件的薄层电阻设为RS时，所述最短距离为0.0152×RS 0.5229以上。
3.根据权利要求1或2所述的天线装置，其特征在于，
所述馈电元件与所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或2所述的天线装置，其特征在于，
所述馈电部位于所述辐射元件的成为基本模式的谐振频率下的最低阻抗的部分以外的部位。
5.根据权利要求1或2所述的天线装置，其特征在于，
关于所述馈电部，在偶极模式的情况下，位于所述辐射元件的与成为基本模式的谐振频率下的最低阻抗的部分相距所述辐射元件的全长的1/8以上的部位，在单极模式的情况下，位于所述辐射元件的与成为基本模式的谐振频率下的最低阻抗的部分相距所述辐射元件的全长的1/4以上的部位。
6.根据权利要求1或2所述的天线装置，其特征在于，
关于所述馈电元件与所述辐射元件以最短距离并行的距离，在偶极模式的情况下为所述辐射元件的长度的3/8以下，在单极模式的情况下为所述辐射元件的长度的3/4以下。
7.一种无线装置，具备根据权利要求1～6中的任一项所述的天线装置。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| CB02 | Change of applicant information | ||
| CB02 | Change of applicant information |
Address after: Tokyo, Japan Applicant after: ASAHI GLASS Co.,Ltd. Address before: Tokyo, Japan Applicant before: ASAHI GLASS Co.,Ltd. |
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| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee | ||
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Granted publication date: 20190301 |