CN108539439B

CN108539439B - 天线装置

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Publication number: CN108539439B
Application number: CN201810174736.9A
Authority: CN
Inventors: 外间尚记; 柴田哲也; 原康之
Original assignee: TDK Corp
Current assignee: TDK Corp
Priority date: 2017-03-02
Filing date: 2018-03-02
Publication date: 2021-12-24
Anticipated expiration: 2038-03-02
Also published as: US10854950B2; CN108539439A; JP2018148290A; JP6572924B2; US20180254555A1

Abstract

本发明提供即使在使用需要指向性的频带的情况下也能够以更宽的角度进行通信的天线装置。具备基板(110)、搭载于基板(110)的IC芯片(120)、包含从IC芯片(120)被供电且向与基板(110)垂直的z方向放射的多个贴片天线导体(141～144)的第一天线元件、从IC芯片(120)被供电且向与基板(110)水平的y方向放射的第二天线元件。根据本发明，不仅具备向与基板垂直的方向放射的第一天线元件，而且还具备向与基板水平的方向放射的第二天线元件，因此，即使在利用如毫米波那样需要指向性的频带的情况下也能够以更宽的角度进行通信。

Description

天线装置

技术领域

本发明涉及天线装置，特别是涉及可进行通信的角度范围宽的天线装置。

背景技术

近年来，在智能手机等便携电子设备的无线通信中使用的频带逐渐移至高频带，随之，将天线的放射导体和对其进行供电的IC芯片连接的配线距离所致的损失成为问题。专利文献1所记载的天线装置通过将放射导体和IC芯片重叠搭载于同一基板上，缩短连接两者的配线的配线长度，减少损失。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2011-097526号公报

但是，专利文献1所记载的天线装置仅在基板上形成有一或多个贴片天线(patchantenna)，因此，存在射束(beam)的放射方向被限定在以相对于基板垂直的方向为中心的范围内等的问题。因此，例如，在利用如毫米波那样需要指向性的频带的情况下，存在可通信的角度窄等的问题。

发明内容

因此，本发明的目的在于，提供一种即使在使用需要指向性的频带的情况下也能够以更宽的角度进行通信的天线装置。

本发明的天线装置，其特征在于，具备：基板；IC芯片，其搭载于所述基板；第一天线元件，其包含从所述IC芯片被供电且向与所述基板垂直的方向放射的多个贴片天线导体；第二天线元件，其从所述IC芯片被供电且向与所述基板水平的第一水平方向放射。

根据本发明，不仅具备向与基板垂直的方向放射的第一天线元件，而且具备向与基板水平的方向放射的第二天线元件，因此，即使在利用如毫米波那样需要指向性的频带的情况下，也能够以更宽的角度进行通信。

本发明中，优选，所述多个贴片天线导体沿一个方向排列。据此，能够通过相位控制来控制射束的放射方向。

本发明中，优选，所述基板具有包含第一及第二配线层的多个配线层，所述IC芯片搭载于所述第一配线层，所述第一天线元件的至少一部分以与所述IC芯片重叠的方式形成于所述第二配线层。据此，能够缩小基板的面积。

本发明中，优选，所述多个配线层还具有第三配线层，所述第三配线层具有接地图案，所述第二天线元件由分别设置于将所述接地图案切下而成的多个接地间隙区域内的多个狭缝天线构成。据此，能够不增大基板的厚度而向与基板平行的方向放射射束。

本发明中，优选，所述接地图案包含包围所述接地间隙区域的第一接地图案和经由狭缝包围所述第一接地图案的第二接地图案。据此，能够提高第二天线元件的增益。

本发明中，优选，所述多个狭缝天线沿所述一个方向排列。据此，关于第二天线元件，也能够通过相位控制而控制射束的放射方向。

本发明的天线装置也可以还具备经由柔性基板与所述基板连接的其它基板，所述第二天线元件包含经由所述柔性基板而从所述IC芯片被供电且向与所述其它基板垂直的方向放射的多个其它贴片天线导体。这样，如果经由柔性基板将两个基板连接，则能够自由地设定两个基板所成的角度。

本发明中，优选，所述多个其它贴片天线导体沿所述一个方向排列。据此，关于第二天线元件，也能够通过相位控制而控制射束的放射方向。

本发明中，优选，所述一个方向为与所述基板水平且与所述第一水平方向大致正交的第二水平方向。据此，通过使用以所述一个方向为长边方向的基板，能够将射束向两个方向放射。

本发明的天线装置也可以还具备：第三天线元件，其从所述IC芯片被供电且向所述第二水平方向放射。据此，因为电磁波向三个方向放射，所以能够以更进一步宽的角度进行通信。

这样，根据本发明，即使在使用如毫米波那样需要指向性的频带的情况下，也能够以更宽的角度进行通信。

附图说明

图1是从上面侧观察本发明的第一实施方式的天线装置100的概略立体图。

图2是从下面侧观察天线装置100的概略立体图。

图3是表示配线层113的结构的概略俯视图。

图4是表示将天线装置100连接于母板M的状态的概略立体图。

图5是表示配线层113的第一变形例的概略俯视图。

图6是表示用于说明狭缝SL的效果的模拟结果的图表。

图7是表示配线层113的第二变形例的概略俯视图。

图8是从上面侧观察本发明的第二实施方式的天线装置200的概略立体图。

图9是从下面侧观察天线装置200的概略立体图。

图10是表示将天线装置200连接于母板M的状态的概略立体图。

图11是表示本发明的第三实施方式的天线装置300的结构的概略立体图。

符号的说明

100、200、300 天线装置

110、210、310 基板

111～113、211、311 配线层

120IC 芯片

131、132、220、320 柔性基板

133、134 连接器

141～144、221～224、331 贴片天线导体

151～155 接地间隙区域

161、162 导体图案

170 外部端子

G 接地图案

G1 第一接地图案

G2 第二接地图案

L1 长边

L2、L3 短边

M 母板(mother board)

M1 第一部分

M2 第二部分

M3 第三部分

P 供电点

SL 狭缝。

具体实施方式

以下，参照附图详细地说明本发明的优选的实施方式。

＜第一实施方式＞

图1及图2是表示本发明的第一实施方式的天线装置100的概略立体图，图1是从上面侧观察的图，图2是从下面侧观察的图。

如图1及图2所示，本实施方式的天线装置100具备基板110、搭载于基板110的IC芯片120、与基板110连接的柔性(flexible)基板131、132。基板110为以x方向为长边方向，以y方向为短边方向，以z方向为厚度方向的多层基板，除位于上面的配线层111及位于下面的配线层112之外，在内部还具备一或两个以上的配线层。在柔性基板131、132，分别搭载有连接器133、134。

在位于基板110的上面的配线层111，形成有沿x方向排列的四个贴片天线导体141～144。贴片天线导体141～144通过IC芯片120被供电，作为沿z方向放射射束的第一天线元件起作用。另外，通过IC芯片120进行的供电信号的相位控制，能够以z轴为中心使射束的放射方向向x方向倾斜。此外，贴片天线导体的数量不限于四个，但为了使射束的放射方向向x方向倾斜，需要使用至少两个以上的贴片天线导体。

在位于基板110的下面的配线层112，搭载有IC芯片120。在本实施方式中，按照基板110的形状，IC芯片120也具有以x方向为长边方向的形状。IC芯片120搭载于与贴片天线导体141～144的一部分重叠的位置。由此，与将IC芯片120和贴片天线导体141～144配置于不同的平面的情况相比，能够缩小基板110的平面尺寸。

再有，在基板110的内部设置有图3所示的配线层113。在配线层113，形成有大面积的接地图案G，且定义沿着沿x方向延伸的长边L1切下接地图案G的一部分而成的三个接地间隙区域151～153。虽然没有特别限定，但接地间隙区域151从y方向观察配置于贴片天线导体141、142之间，接地间隙区域152从y方向观察配置于贴片天线导体142、143之间，接地间隙区域153从y方向观察配置于贴片天线导体143、144之间。

如图3所示，在各接地间隙区域151～153形成有导体图案161、162。导体图案161为沿y方向延伸的细长的图案，沿x方向偏置配置。导体图案161的y方向上的一端部构成从IC芯片120供给供电信号的供电点P。导体图案161的y方向上的另一端部在长边L1开放。另外，导体图案162为沿x方向延伸的细长的图案，沿y方向偏置地配置于长边L1的附近。导体图案162的x方向上的一端部与接地图案G连接，导体图案162的x方向上的另一端部开放。

于是，导体图案161、162具有规定的电感成分，并且在两者间产生规定的电容成分，因此，通过调整导体图案161、162的长度、宽度、位置等，构成以规定的频率进行共振的狭缝天线。这样构成的多个狭缝天线作为沿y方向放射射束的第二天线元件起作用。另外，通过IC芯片120进行的供电信号的相位控制，可以以y轴为中心使射束的放射方向向x方向倾斜。此外，狭缝天线的数量不限于三个，但为了使射束的放射方向向x方向倾斜，需要使用至少两个以上的狭缝天线。

这样，本实施方式的天线装置100具备以z轴为中心放射射束的第一天线元件(贴片天线)和以y轴为中心放射射束的第二天线元件(狭缝天线)。因此，如果利用第一天线元件和第二天线元件输出相同信号的话，则传播相同信号的射束向z方向及y方向这两方放射，因此，即使在使用如毫米波那样需要指向性的频带的情况下，也能够以更宽的角度进行通信。

另外，在本实施方式中，在位于基板110的内层的配线层113形成有第二天线元件，因此，也不会通过设置第二天线元件而使基板110的平面尺寸扩大。

图4是表示将天线装置100连接于母板M的状态的概略立体图。图4所示的母板M具有沿x方向延伸的第一部分M1和沿y方向延伸的第二及第三部分M2、M3，搭载于柔性基板131、132的连接器133、134与第二部分M2的端部连接。如果使用这样的连接器133、134进行向母板M的连接的话，则天线装置100的主体即基板110不与母板M重叠，因此，能够有效运用母板M的表面。

图5是表示配线层113的第一变形例的概略俯视图。

在图5所示的例子中，与图3所示的例子的不同点在于，在接地图案G设置有狭缝SL，由此定义包围接地间隙区域151～153的第一接地图案G1和经由狭缝SL包围第一接地图案G1的第二接地图案G2。狭缝SL不将第一接地图案G1和第二接地图案G2完全地分断，而将两者部分地连接，因此，直流(DC)性地对任一图案G1、G2均赋予接地电位。

于是，如果利用这样的狭缝SL分离成第一接地图案G1和第二接地图案G2的话，则替代降低向图5所示的Y2方向的放射而增大向图5所示的Y1方向的放射。由此，与图3所示的结构相比，天线装置的增益提高。

图6是表示用于说明狭缝SL的效果的模拟结果的图表。如图6所示，可知通过设置狭缝SL，毫米波带的增益提高。

图7是表示配线层113的第二变形例的概略俯视图。

在图7所示的例子中，与图5所示的例子的不同点在于，在接地图案G进一步设置有接地间隙区域154、155。接地间隙区域154、155设置于基板110的x方向上的两端部。即，接地间隙区域154沿着沿y方向延伸的一短边L2设置，接地间隙区域155沿着沿y方向延伸的另一短边L3设置。另外，在接地间隙区域154、155的内部也形成有与接地间隙区域151～153相同的导体图案161、162，并且在其周围形成有狭缝SL。

形成于接地间隙区域154、155的狭缝天线作为由IC芯片120供电且沿x方向放射射束的第三天线元件起作用。由此，不仅沿y方向及z方向，而且还沿x方向放射射束，因此，能够沿3方向(x方向、y方向及z方向)放射射束。

＜第二实施方式＞

图8及图9是表示本发明的第二实施方式的天线装置200的结构的概略立体图，图8是从上面侧观察的图，图9是从下侧观察的图。

如图8及图9所示，本实施方式的天线装置200在具备基板210及柔性基板220，并且省略位于基板110的内层的配线层113的方面，与第一实施方式的天线装置100不同。其它结构与第一实施方式的天线装置100相同，因此，对于同一要素标注同一符号，省略重复的说明。

基板210经由柔性基板220与基板110连接。因为柔性基板220沿着沿x方向延伸的长边将基板110和基板210连接，所以基板210能够相对于基板110以x轴为中心任意设定角度。此外，图8及图9中，表示基板110和基板210所成的角度为90°的状态。

在位于基板210的上面的配线层211，形成有沿x方向排列的四个贴片天线导体221～224。贴片天线导体221～224通过IC芯片120供电，作为向y方向放射射束的第二天线元件起作用。另外，能够通过IC芯片120进行的供电信号的相位控制，以y轴为中心使射束的放射方向向x方向倾斜。此外，贴片天线导体的数量不限于四个，但为了使射束的放射方向向x方向倾斜，需要使用至少两个以上的贴片天线导体。

与第一实施方式不同，在本实施方式中未使用柔性基板131、132，替代其而在位于基板110的下面侧的配线层112，以包围IC芯片120的周围的方式呈阵列状配置有多个外部端子170。外部端子170例如由焊料球构成，被设计为z方向上的高度比IC芯片120高。

这样，本实施方式的天线装置200具备以z轴为中心放射射束的第一天线元件(贴片天线)、以y轴为中心放射射束的第二天线元件(贴片天线)。因此，与第一实施方式相同，因为射束向z方向及y方向这两方放射，所以即使在使用如毫米波那样需要指向性的频带的情况下，也能够以更宽的角度进行通信。

图10是表示将天线装置200连接于母板M的状态的概略立体图。在图10所示的例子中，在母板M的第二部分M2的缘部连接有天线装置200。天线装置200和母板M的连接通过将设于母板M的未图示的焊盘图案和外部端子170连接而进行。在此，因为IC芯片120比外部端子170的高度薄，所以即使将天线装置200安装于母板M，IC芯片120也不会与母板M发生干涉。

＜第三实施方式＞

如图11所示，本实施方式的天线装置300在具备基板310及柔性基板320的方面，与第二实施方式的天线装置200不同。其它结构与第二实施方式的天线装置200相同，因此，对于同一要素标注同一符号，省略重复的说明。

基板310经由柔性基板320与基板110连接。柔性基板320设置于沿y方向延伸的短边，因此，基板310能够相对于基板110以y轴为中心任意设定角度。此外，图11中，表示基板110和基板310所成的角度为90°的状态。

在位于基板310的上面的配线层311，形成有贴片天线导体331。贴片天线导体331通过IC芯片120供电，作为沿x方向放射射束的第三天线元件起作用。在图11所示的例子中，在基板310仅形成有一个贴片天线导体331，但也可以形成两个以上的贴片天线导体。

通过该结构，不仅沿y方向及z方向，而且还沿x方向放射射束，因此，能够沿3方向(x方向、y方向及z方向)放射射束。

以上，说明了本发明的优选的实施方式，但本发明不限于上述的实施方式，在不脱离本发明的主旨的范围内能够进行各种变更，不用说这些也包含在本发明的范围内。

Claims

1.一种天线装置，其特征在于，

具备：

基板，其具有包含第一及第二配线层、以及第三配线层的多个配线层，所述第三配线层具有接地图案；

IC芯片，其搭载于所述基板的所述第一配线层；

第一天线元件，其包含从所述IC芯片被供电且向与所述基板垂直的方向放射的多个贴片天线导体；

第二天线元件，其从所述IC芯片被供电且向与所述基板水平的第一水平方向放射，

所述第一天线元件的至少一部分以与所述IC芯片重叠的方式形成于所述第二配线层，

所述第二天线元件由分别设置于将所述接地图案切下而成的多个接地间隙区域内且包含连接于所述接地图案的导体图案的多个狭缝天线构成，

所述接地图案包含至少从三方包围所述接地间隙区域及所述第二天线元件的第一接地图案和经由狭缝至少从三方包围所述第一接地图案的第二接地图案。

2.根据权利要求1所述的天线装置，其特征在于，

所述多个贴片天线导体沿一个方向排列。

3.根据权利要求2所述的天线装置，其特征在于，

所述多个狭缝天线沿所述一个方向排列。

4.根据权利要求2或3所述的天线装置，其特征在于，

所述一个方向为与所述基板水平且与所述第一水平方向大致正交的第二水平方向。

5.根据权利要求4所述的天线装置，其特征在于，

还具备：第三天线元件，其从所述IC芯片被供电且向所述第二水平方向放射。