CN112585821B - 天线装置 - Google Patents
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Abstract
本发明的天线装置具有第1天线元件和第2天线元件，该第2天线元件具有底板、与底板对置地设置并辐射电波的辐射板、以及设置于底板和辐射板的侧方并使辐射板和底板短接的短接板，第1天线元件设置在底板与辐射板之间，辐射板接收从第1天线元件发出的电波并辐射电波。
Description
技术领域
本发明涉及天线装置。
背景技术
为了物流、商品的管理，进行将例如专利文献1所公开的RFID(Radio FrequencyIdentification：射频识别)标签安装于管理对象的动作。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2007-243296号公报
发明内容
发明要解决的课题
由于设想RFID标签被安装在各种管理对象上，所以希望小型化。因此，考虑使设置于RFID标签并与外部进行无线通信的天线也小型化。但是，当进行天线的小型化时，可以考虑到天线增益或可通信的频带变窄。
即，本发明人发现在现有技术中，在进行了天线的小型化的情况下难以抑制天线特性的劣化。
本发明在一个方面是鉴于这样的实际情况而完成的，其目的在于，提供抑制天线特性的劣化并且实现天线的小型化的技术。
用于解决课题的手段
为了解决上述课题，本发明采用以下的结构。
即，本发明的一个方面的天线装置具有：第1天线元件；第2天线元件，其具有底板、与所述底板对置地设置并辐射电波的辐射板、以及设置于所述底板和所述辐射板的侧方并使所述辐射板和所述底板短接的短接板，所述第1天线元件设置在所述底板与所述辐射板之间，所述辐射板接收从所述第1天线元件发出的电波并辐射所述电波。
根据该结构，通过从第1天线元件辐射的电波与从第2天线元件辐射的电波的叠加来提高天线增益。
并且，根据该结构，第1天线元件构成为收纳在第2天线元件中。因此，实现了天线装置的薄型化。即，该结构能够抑制天线特性的劣化，并且能够实现天线的小型化。
在上述一个方面的天线装置中，也可以是，所述辐射板具有切口部分，在从设置有所述辐射板的位置观察所述第1天线元件的情况下，所述第1天线元件设置在所述切口部分的里侧。
根据该结构，通过辐射板具有切口部分，辐射板的电流路径长度形成得较长。因此，从天线装置辐射的电波在规定的频率下谐振，并且在与谐振频率不同的频率下副谐振。即，在宽频带的频率下，天线增益得到提高。因此，根据该结构，能够抑制天线特性的劣化，并且能够实现天线的小型化。
在上述一个方面的天线装置中，还可以具有与所述底板接触的导体。
根据该结构，从第1天线元件辐射的电波向第2天线元件的辐射板方向集中地辐射。因此，通过从第1天线元件辐射的电波与从第2天线元件辐射的电波的叠加来提高天线增益。并且，根据该结构，从天线元件辐射的电波在规定的频率下谐振，并且在与谐振频率不同的频率下副谐振。即，在宽频带的频率下，天线增益得到提高。
在上述一个方面的天线装置中，所述辐射板的大小可以比所述底板的大小小。
该结构是通过从第1天线元件辐射的电波与从第2天线元件辐射的电波的叠加来提高天线增益的结构，因此，即使在减小第2天线元件的面积的情况下，也能够相对地降低由小面积化而造成的天线特性的劣化。即，该结构是能够减小天线元件的面积使天线装置小型化、同时能够抑制天线装置的天线特性的劣化的结构。并且，根据该结构，即使设置天线的部件的材料或尺寸等条件不同，天线增益的特性也更加稳定。因此，无论设置天线的部件的材料或尺寸等条件如何，都能够利用该结构。
在上述一个方面的天线装置中，也可以是，所述底板固定于系统外的电子设备的壳体，所述底板能够从所述电子设备装卸。
根据该结构，天线装置能够根据目的相对于系统外的电子设备装卸。即，该结构是便利性高的结构。
在上述一个方面的天线装置中，也可以是，所述电子设备包含第2导体，所述底板与所述第2导体电连接。
根据该结构，从第1天线元件辐射的电波向第2天线元件的辐射板方向集中地辐射。因此，通过从第1天线元件辐射的电波与从第2天线元件辐射的电波的叠加来提高天线增益。并且，根据该结构，从天线元件辐射的电波在规定的频率下谐振，并且在与谐振频率不同的频率下副谐振。即，在宽频带的频率下，天线增益得到提高。
在上述一个方面的天线装置中，所述底板也可以通过卷绕于所述电子设备的壳体而被固定。
根据该结构，天线装置能够容易从系统外的电子设备装卸。即，该结构是便利性高的结构。
在上述一个方面的天线装置中，也可以是，该天线装置还具有基板，该基板安装有进行经由所述第1天线元件收发的信号的处理的元件，所述基板被设置成位于所述第2天线元件的内侧且供所述元件安装的安装面的背面与所述底板的表面接触，所述第1天线元件与所述元件一体地形成。
根据该结构，基板、安装于基板的元件以及第1天线元件是收纳在第2天线元件中的结构。因此，实现了天线装置的薄型化。
并且，根据该结构，由于第1天线元件和规定的元件一体地形成，所以在基板上安装规定的元件和第1天线元件的工序可以一次完成。因此，该结构能够降低制造成本。
发明效果
根据本发明，能够提供抑制天线特性的劣化，并且实现天线的小型化的技术。
附图说明
图1示意性地例示天线装置的立体图的一例。
图2示意性地例示天线装置的剖视图的一例。
图3示出了从辐射板的板厚方向且短接壁位于上部的角度观察的情况下的辐射板的切口部分的概要的一例。
图4示意性地例示表示天线装置的动作的概要的流程图的一例。
图5示出了从现有的天线元件辐射的电波与从本实施方式的天线装置辐射的电波的强度的测量结果的比较的一例。
图6示意性地例示天线装置的剖面的一例。
图7示意性地例示天线装置的剖面的一例。
图8示意性地例示天线装置的剖面的一例。
具体实施方式
以下，基于附图对本发明的一个方面的实施方式(以下，也称为“本实施方式”)进行说明。但是，以下说明的本实施方式在所有方面都只不过是本发明的例示。当然可以在不脱离本发明的范围的情况下进行各种改良和变形。即，在实施本发明时，也可以适当采用与实施方式对应的具体的结构。
§1应用例
使用图1、图2对应用本发明的场面的一例进行说明。图1示意性地例示天线装置1的立体图的一例。并且，图2示意性地例示图1中的A-A箭头剖视图的一例。天线装置1具有天线元件10和升压天线(booster antenna)20。
升压天线20具有：辐射板21，其辐射电波；底板22；以及短接壁23，其使辐射板和底板22短接。并且，天线元件10设置于升压天线20的内部。并且，辐射板21具有规定的切口部分，并且被设置成位于天线元件10的上部。
即，根据上述那样的天线装置1，通过从天线元件10辐射的电波与从升压天线20的辐射板21辐射的电波的叠加来提高天线增益。并且，根据上述那样的天线装置1，天线元件10构成为收纳在升压天线20中。因此，可实现天线装置1的薄型化。即，上述那样的天线装置1能够抑制天线特性的劣化，并且能够实现天线的小型化。
§2结构例
接着，对本实施方式的天线装置的一例进行说明。本实施方式的天线装置例如是能够进行UHF(Ultra High Frequency)频带的频率的电波的收发的装置。但是，天线装置能够收发的电波的频带并不限于UHF频带。
如图1、图2所示，天线装置1具有天线元件10和升压天线20。这里，天线元件10是本发明的“第1天线元件”的一例。并且，升压天线20是本发明的“第2天线元件”的一例。
升压天线20具有：辐射板21，其辐射电波；底板22；以及短接壁23，其使辐射板21和底板22短接。辐射板21与底板22对置地设置。并且，短接壁23设置于辐射板21和底板22的侧方，使辐射板21和底板22短接。并且，虽然未图示，但从外部设备向升压天线20辐射供电和通信用的电波。并且，辐射板21、底板22以及短接壁23只要是板状的导体即可，例如由铜板形成。升压天线20是所谓的PIFA(Planar Inverted-F Antenna：平面倒F天线)。并且，由辐射板21、底板22以及短接壁23包围的区域27被空气填充。这里，辐射板21是本发明的“辐射板”的一例。并且，底板22是本发明的“底板”的一例。并且，短接壁23是本发明的“短接板”的一例。
图3示出了从辐射板21的板厚方向且短接壁23位于上部的方向观察的情况下的辐射板21的切口部分的概要的一例。如图3所示，在辐射板21设置有第1切口部分24和第2切口部分25。第1切口部分24是从辐射板21的左上部沿着短接壁23将辐射板21切去而得的。并且，第2切口部分25是从第1切口部分24的末端部分26沿与第1切口部分24的切口方向垂直且与朝向短接壁23的方向相反的方向将辐射板21切去而得的。即，通过在辐射板21设置第1切口部分24和第2切口部分25，升压天线20的电流路径长度形成得较长。
并且，天线装置1具有基板12。基板12位于升压天线20的内侧且以供部件安装的安装面的背面与底板22的表面接触的方式固定于底板22。但是，在基板的安装面的背面也可以被绝缘体涂覆。基板的材料例如也可以是玻璃环氧树脂。并且，在基板12设置有将安装在基板上的部件彼此电连接的布线图案。
并且，天线装置1具有RFIC 11，该RFIC 11进行经由天线元件10收发的RF(RadioFrequency)信号的处理。而且，天线元件10在RFIC 11的上表面一体地形成。而且，天线元件10和RFIC 11安装在基板12上。即，天线元件10设置在升压天线20的内部。并且，辐射板21位于天线元件10的上部。
并且，在从辐射板21的板厚方向且短接壁23位于上部的角度观察的情况下，天线元件10位于比第1切口部分24的末端部分26靠左侧的、第1切口部分24的里侧的位置。
并且，天线装置1具有传感器元件13。传感器元件13安装在基板12上。
并且，天线装置1具有收纳升压天线20的壳体2。形成壳体2的材料例如是作为绝缘体的合成塑料。而且，天线装置1的底板22例如通过粘接剂固定于壳体2的内壁。但是，向壳体2的固定单元并不限于粘接剂，也可以通过螺钉或螺母将底板22固定于壳体2。并且，也可以通过3D打印机在壳体2上形成天线装置1的至少一部分。并且，底板22只要与壳体2的至少一部分接触即可。
§3动作例
接着，对天线装置1的动作例进行说明。图4示意性地例示从传感器元件13输出的信号经由天线装置1向系统外发送的动作的概要的流程图的一例。
(步骤S101)
在步骤S101中，在传感器元件13中对检测对象的物理量进行检测。从传感器元件13输出与该物理量相关的信号并经由设置于基板12的布线图案向RFIC 11发送。
(步骤S102)
在步骤S102中，在RFIC 11中从传感器元件13接收的信号被调制为RF信号。然后，RF信号被发送到天线元件10。
(步骤S103)
在步骤S103中，在天线元件10中，根据从RFIC 11接收的RF信号来辐射电波。从天线元件10辐射的电波与从升压天线20的辐射板辐射的电波重叠，并进一步向系统外辐射。
在上述动作例中，将从传感器元件13输出的输出信号转换为电波并从天线元件10辐射，但作为从天线元件10辐射的电波的基础的信号当然不限于从传感器元件13输出的输出信号。
图5示出了从现有的天线元件辐射的电波与接收了从本实施方式的天线元件10发出的电波的升压天线20所辐射的电波的强度的测量结果的比较的一例。从图5可以确认，接收了从本实施方式的天线元件10发出的电波的升压天线20所辐射的电波与从现有的天线元件辐射的电波相比，天线增益提高。并且，在现有的天线元件中，所辐射的电波的谐振波峰为1个，与此相对，在本实施方式的天线装置1中，确认到多个谐振波峰。并且，这些多个谐振波峰之间大致相距30MHz。即，在本实施方式的天线装置1中，在宽频带的频率下，天线增益得到提高。
并且，如图5所示，也确认出，在本实施方式的天线装置1中，即使供天线元件10设置的部件的材料或尺寸不同，天线增益特性也更稳定。因此，无论设置天线元件10的部件的材料或尺寸等条件如何，都能够使用本实施方式的天线装置1。
[作用/效果]
根据上述那样的天线装置1，升压天线20的辐射板21位于从天线元件10辐射的电波的行进方向上。因此，通过从天线元件10辐射的电波与从升压天线20辐射的电波的叠加，天线增益得到提高。
并且，根据上述那样的天线装置1，在辐射板21设置有第1切口部分24和第2切口部分25。因此，辐射板21的电流路径长度形成得较长。因此，从天线装置1辐射的电波如图5所示那样在规定的频率下谐振，并且在与谐振频率不同的频率下副谐振。即，在宽频带的频率下，天线增益得到提高。
并且，根据上述那样的天线装置1，天线元件10构成为收纳在升压天线20中。因此，实现了天线装置1的薄型化。即，根据上述那样的天线装置1，能够抑制天线特性的劣化，并且能够实现天线的小型化。
并且，上述那样的天线装置1具有进行经由天线元件10收发的RF信号的处理的RFIC 11、传感器元件13、以及供RFIC 11和传感器元件13安装的基板12。因此，在上述那样的天线装置10中，由于RFIC 11、传感器元件13或者基板12，有可能产生天线增益的降低或阻抗失配等使天线特性劣化的影响。但是，上述那样的天线装置1在宽频带的频率下可提高天线增益，因此，即使在由于RFIC 11、传感器元件13或基板12而产生了天线增益的降低或阻抗失配等使天线特性劣化的影响的情况下，也能够相对地降低这些影响。并且，虽然RFIC11、传感器元件13、基板12发出电磁波或热，但由这些电磁波或热产生的噪声对天线特性造成的影响也相对地降低。即，在天线元件10的周围设置有RFIC 11、传感器元件13、基板12的情况下，也能够抑制天线特性的劣化，并且能够实现天线的小型化。
并且，根据上述那样的天线装置1，能够将经由天线元件10或升压天线20接收的电波转换为直流电力，向安装于基板12的RFIC 11、传感器元件13进行供电。换言之，上述那样的天线装置1也可以不具有用于使RFIC 11、传感器元件13动作的电池。因此，可实现天线装置1的小型化。
并且，上述那样的天线装置1使天线元件10在RFIC 11的上表面一体地形成。因此，在基板12上安装RFIC 11和天线元件10的工序可以一次完成。因此，上述那样的天线装置1能够降低制造成本。
§4变形例
以上，对本发明的实施方式进行了详细说明，但目前为止的说明在所有方面只不过是本发明的例示。当然能够在不脱离本发明的范围的情况下进行各种改良或变形。例如，能够进行以下那样的变更。另外，以下，对与上述实施方式同样的结构要素使用同样的标号，对与上述实施方式同样的方面适当省略说明。以下的变形例能够适当组合。
＜4.1＞
图6示意性地例示天线装置1A的剖面的一例。天线装置1A具有与天线装置1同样的结构要件，并且进行同样的动作。天线装置1A与天线装置1的不同之处在于，在天线装置1A的情况下，基板12设置在升压天线20的外侧。基板12以供传感器元件13安装的安装面的背面与底板22的表面接触的方式固定于底板22。
并且，天线元件10和RFIC 11固定在升压天线20的内侧、即底板22的表面上。而且，RFIC 11与设置于基板12的布线图案电连接。
[作用/效果]
根据上述那样的天线装置1A，天线元件10与基板12的距离增大。因此，天线装置1A能够减少由于基板12或安装于基板12的传感器13而天线增益降低或阻抗失配等使天线特性劣化的影响。并且，由从基板12或安装于基板12的传感器元件13发出的热或电磁波产生的噪声对从天线元件10辐射的电波造成的影响也降低。即，抑制了天线装置1的天线特性的劣化。
＜4.2＞
图7示意性地例示天线装置1B的剖面的一例。天线装置1B除了具有天线装置1之外，还具有铜板3。这里，铜板3是本发明的“导体”的一例。铜板3设置在底板22与壳体2之间。并且，辐射板21的大小比底板22小，从而使天线装置1B小型化。
[作用/效果]
根据上述那样的天线装置1B，从天线元件10辐射的电波向升压天线20的辐射板方向集中地辐射。因此，通过从天线元件10辐射的电波与从升压天线20辐射的电波的叠加来提高天线增益。并且，如图5所示，可得出在天线装置1与厚度200mm的铜板接触设置的情况下存在如下的趋势：从天线元件辐射的电波在规定的频率下谐振，并且在与谐振频率不同的频率下副谐振，此外在更宽频带的频率下，天线增益得到提高。因此，在上述那样的天线装置1B中，虽然使辐射板21比底板22小，但抑制了天线的特性的劣化。即，上述那样的天线装置1B在减小升压天线20的辐射板21的面积的同时实现了天线特性的劣化的抑制。
＜4.3＞
图8示意性地例示天线装置1C的剖面的一例。天线装置1C具有与天线装置1同样的结构要件，并且进行同样的动作。天线装置1C与天线装置1的不同之处在于，在天线装置1C的情况下，天线元件10没有在RFIC 11的上表面与RFIC 11一体地形成。在天线装置1C的情况下，天线元件10通过与RFIC 11分开地直接印刷在基板12上而形成。
[作用/效果]
如果是上述那样，则能够降低天线元件10的制造成本。并且，由于抑制了从基板12的安装面到天线元件10的上表面的高度，所以能够使收纳天线元件10的升压天线20薄型化。即，实现了天线装置1C的小型化。
＜其他变形例＞
并且，上述的实施方式的天线装置1也可以不具有壳体2，而是具有相对于电子设备的壳体可装卸的单元。可装卸的单元例如可以是与电子设备的壳体嵌合而卡定的结构或粘接剂等。并且，天线装置1也可以通过调整构成天线装置1的部件的尺寸来调整使天线增益得到提高的频带。根据这样的天线装置1，例如在使用电子设备的用户前往多个外国的情况下，在每个国家使用的频率不同的情况下，用户能够选择尺寸被调整为在自己去的国家使用的频带下的天线特性变高的天线装置1，安装在电子设备的壳体上。因此，这样的天线装置1是便利性高的装置。
并且，在安装天线装置1的电子设备包含铜板等导体的情况下，天线装置1也可以在底板22与电子设备的铜板电连接的状态下固定于电子设备。这里，电子设备所包含的铜板是本发明的“第2导体”的一例。在这种情况下，从天线元件10辐射的电波向升压天线20的辐射板21方向集中地辐射。因此，通过从天线元件10辐射的电波与从升压天线20辐射的电波的叠加来提高天线增益。并且，根据该结构，从天线元件10辐射的电波在规定的频率下谐振，并且在与谐振频率不同的频率下副谐振。即，在宽频带的频率下，天线增益得到提高。
并且，天线装置1的底板22也可以由铜箔形成。而且，天线装置1也可以使底板22通过卷绕在电子设备的壳体上而被固定。这样的天线装置1能够容易地相对于电子设备装卸。即，该结构是便利性高的结构。并且，在底板22通过卷绕在电子设备的壳体上而被固定且底板22的表面露出部件的情况下，电子设备的壳体的表面也可以形成为与该部件的外形对应地凹陷。
并且，在上述天线装置中，辐射板21的大小也可以比底板22的大小大。根据这样的天线装置，通过从天线元件10辐射的电波与从升压天线20辐射的电波的叠加来提高天线增益。
并且，天线装置1的底板22所固定的壳体2的周围也可以隆起。在这样的天线装置1中，也提高了天线特性。
并且，由辐射板21、底板22及短接壁23包围的区域27也可以由空气以外的固体电介质填充。根据这样的天线装置，即使在从装置的外部向装置的内部施加了压力的情况下，也能够容易地进行天线装置的形状的保持，能够抑制由形状的变化引起的天线特性的劣化。
并且，设置于辐射板21的切口部分的形状并不限于上述形状。切口部分的形状例如也可以是T字型、I字型或“コ”字型。即使是这样的切口部分的形状，升压天线20的电流路径长度也形成得较长。因此，从上述那样的天线装置辐射的电波在规定的频率下谐振，并且在与谐振频率不同的频率下副谐振。即，在宽频带的频率下，天线增益得到提高。
并且，在上述的实施方式中，示出了天线元件10在RFIC 11的上表面一体地形成的一例，但天线元件10例如也可以在安装于基板12的其他元件的内部一体地形成。
并且，天线元件10可以是激励元件，也可以是非激励元件。
以上公开的实施方式或变形例能够分别进行组合。
另外，以下，为了能够对本发明的结构要件和实施例的结构进行对比，对于本发明的结构要件附上附图的标号来记载。
＜附记1＞
一种天线装置(1、1A、1B、1C)，其具有：
第1天线元件(10)；以及
第2天线元件(20)，其具有底板(22)、与所述底板(22)对置地设置并辐射电波的辐射板(21)、以及设置在所述底板(22)和所述辐射板(21)的侧方并使所述辐射板(21)和所述底板(22)短接的短接板(23)，
所述第1天线元件(10)设置在所述底板(22)与所述辐射板(21)之间，
所述辐射板(21)接收从所述第1天线元件(10)发出的电波并辐射所述电波。
＜附记2＞
根据附记1记载的天线装置(1、1A、1B、1C)，其中，
所述辐射板(21)具有切口部分(24、25、26)，
在从设置有所述辐射板(21)的位置观察所述第1天线元件的情况下，所述第1天线元件(10)设置在所述切口部分(24、25、26)的里侧。
＜附记3＞
根据附记1或2记载的天线装置(1B)，其中，
该天线装置(1B)还具有与所述底板(22)接触的导体(3)。
＜附记4＞
根据附记3记载的天线装置(1B)，其中，
所述辐射板(21)的大小比所述底板(22)的大小小。
＜附记5＞
根据附记1至4中的任意一项记载的天线装置(1、1A、1B、1C)，其中，
所述底板(22)固定于系统外的电子设备的壳体，
所述底板(22)能够相对于所述电子设备装卸。
＜附记6＞
根据附记5记载的天线装置(1、1A、1B、1C)，其中，
所述电子设备包含第2导体，
所述底板(22)与所述第2导体电连接。
＜附记7＞
根据附记5或6记载的天线装置(1、1A、1B、1C)，其中，
所述底板(22)通过卷绕于所述电子设备的壳体而被固定。
＜附记8＞
根据附记1至7中的任意一项记载的天线装置(1、1B)，其中，
该天线装置(1、1B)还具有基板(12)，该基板(12)安装有进行经由所述第1天线元件(10)收发的信号的处理的元件，
所述基板(12)被设置成位于所述第2天线元件(20)的内侧且供所述元件安装的安装面的背面与所述底板(22)的表面接触，
所述第1天线元件(10)与所述元件一体地形成。
标号说明
1、1A、1B、1C：天线装置；2：壳体；3：铜板；10：天线元件；11：RFIC；12：基板；13：传感器元件；20：升压天线；21：辐射板；22：底板；23：短接壁；24：第1切口部分；25：第2切口部分；26：末端部分；27：区域。
Claims (7)
1.一种天线装置，其具有：
第1天线元件；
第2天线元件，其具有底板、与所述底板对置地设置并辐射电波的辐射板、以及设置于所述底板和所述辐射板的侧方并使所述辐射板与所述底板短接的短接板；以及
基板，其安装有进行经由所述第1天线元件收发的信号的处理的元件，
所述第1天线元件设置在所述底板与所述辐射板之间，
所述辐射板接收从所述第1天线元件发出的电波并辐射所述电波，
所述基板被设置成位于所述第2天线元件的内侧且供进行所述信号的处理的元件安装的安装面的背面与所述底板的表面接触，
所述第1天线元件与进行所述信号的处理的元件一体地形成。
2.根据权利要求1所述的天线装置，其中，
所述辐射板具有切口部分，
在从设置有所述辐射板的位置观察所述第1天线元件的情况下，所述第1天线元件设置在所述切口部分的里侧。
3.根据权利要求1所述的天线装置，其中，
该天线装置还具有与所述底板接触的导体。
4.根据权利要求3所述的天线装置，其中，
所述辐射板的大小比所述底板的大小小。
5.根据权利要求1所述的天线装置，其中，
所述底板固定于系统外的电子设备的壳体，
所述底板能够相对于所述电子设备装卸。
6.根据权利要求5所述的天线装置，其中，
所述电子设备包含第2导体，
所述底板与所述第2导体电连接。
7.根据权利要求5所述的天线装置，其中，
所述底板通过卷绕于所述电子设备的壳体而被固定。
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