CN113519088A - 天线装置以及通信装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及天线装置以及通信装置。天线装置具有：电介质基板、以及设置于该电介质基板的平板状的至少一个辐射元件。具备凸部的支承部件支承天线装置。在电介质基板设置有槽，以便在俯视时包围辐射元件，支承部件的凸部被插入槽中。

Description

天线装置以及通信装置
技术领域
本发明涉及天线装置以及通信装置。
背景技术
下述的专利文献1中公开了减少从天线一体型模块基板的基板端辐射的表面波并提高天线特性的天线模块。专利文献1所公开的天线模块具备：设置于模块基板的天线面的贴片天线、以及形成为包围贴片天线的环状接地面。利用焊料将天线模块的环状接地面与通信设备的壳体的接地面连接，从而将天线模块固定于通信设备的壳体。
专利文献1：日本特开2008-72659号公报
发明内容
在利用焊料将天线模块固定于壳体等支承部件的结构中，天线模块相对于壳体的对位变得不稳定，天线模块相对于支承部件的安装作业较困难。本发明的目的在于提供能够容易地安装于支承部件并且能够减少表面波的天线装置以及天线模块。本发明的另一目的在于提供搭载该天线模块的通信装置。
根据本发明的一个观点，提供一种通信装置，具有：
天线装置，具备电介质基板、和设置于上述电介质基板的平板状的至少一个辐射元件；以及
支承部件，具备凸部，并支承上述天线装置，
在上述电介质基板设置有槽，以便在俯视时包围上述辐射元件，上述凸部被插入上述槽中。
根据本发明的另一观点，提供一种天线装置，具有：
电介质基板；以及
设置于上述电介质基板的平板状的多个辐射元件，
在上述电介质基板设置有槽，以便在俯视时包围上述辐射元件，
按照每个上述辐射元件配置上述槽，上述槽包围对应的上述辐射元件。
根据本发明的又一观点，提供一种天线装置，具有：
电介质基板；以及
设置于上述电介质基板的平板状的多个辐射元件，
在上述电介质基板设置有槽，以便在俯视时包围上述辐射元件，
包围相互相邻的两个上述辐射元件中的一方的上述槽和包围另一方的上述槽在两个上述辐射元件之间相互共用。
根据本发明的又一观点，提供一种天线装置，具有：
电介质基板；以及
设置于上述电介质基板的平板状的多个辐射元件，
在俯视时，在上述电介质基板以格子状设置有槽，
上述多个辐射元件分别配置于被格子状的上述槽分隔的区域。
根据本发明的又一观点，提供一种通信装置，具有：
上述天线装置；以及
支承部件，具备凸部，并支承上述天线装置，
上述支承部件的上述凸部被插入上述槽中。
能够将设置于电介质基板的槽利用于天线装置的定位。例如，可以在安装天线装置的支承部件设置与槽对应的凸部。另外，若在槽内装填高的相对介电常数的部件，则能够通过高的相对介电常数的部件来抑制表面波。
附图说明
图1是表示根据第一实施例的天线装置的辐射元件与槽的平面位置关系的图。
图2是搭载根据第一实施例的天线装置的壳体等支承部件以及凸部的立体图。
图3A是未将天线装置安装于支承部件的状态下的根据第一实施例的通信装置的剖视图，图3B是将天线装置安装于支承部件的状态下的根据第一实施例的通信装置的剖视图。
图4是根据第一实施例的通信装置的框图。
图5是表示根据第二实施例的天线装置的辐射元件与槽的平面位置关系的图。
图6是根据第二实施例的通信装置的支承部件以及凸部的立体图。
图7A是未将天线装置安装于支承部件的状态下的根据第二实施例的通信装置的剖视图，图7B是将天线装置安装于支承部件的状态下的根据第二实施例的通信装置的剖视图。
图8A是未将天线装置安装于支承部件的状态下的根据第三实施例的通信装置的剖视图，图8B是将天线装置安装于支承部件的状态下的根据第三实施例的通信装置的剖视图。
图9A是未将天线装置安装于支承部件的状态下的根据第四实施例的通信装置的剖视图，图9B是将天线装置安装于支承部件的状态下的根据第四实施例的通信装置的剖视图。
图10是表示根据第五实施例的天线装置的辐射元件与槽的平面位置关系的图。
图11是表示根据第六实施例的天线装置10的辐射元件15与槽18的平面位置关系的图。
图12是图11的点划线12－12处的剖视图。
具体实施方式
[第一实施例]
参照图1～图4的附图对根据第一实施例的天线装置、天线模块以及通信装置进行说明。
图1是表示根据第一实施例的天线装置10的辐射元件15与槽18的平面位置关系的图。在作为天线装置10的一个面的第一面13设置有四个平板状的辐射元件15。四个辐射元件15以2行2列的矩阵状配置。
辐射元件15各自的平面形状是在行方向及列方向具有平行的边的长方形或者正方形。此外，辐射元件15各自的平面形状不一定在几何学上严格地为长方形或者正方形。例如，每个辐射元件15也可以具有大致长方形的平面形状，该平面形状具有分别与长方形的四个边部分重叠的四个边。作为一个例子，可以设为用三角形切掉长方形的角而成的平面形状，也可以设为用正方形等切掉长方形的角而成的十字状的平面形状。
与每个辐射元件15对应地在第一面13设置有槽18。槽18被设置为在俯视时包围辐射元件15。例如，具有与辐射元件15的各边平行的边，并沿着比辐射元件15大的长方形或者正方形的外周配置有槽18。
图2是搭载根据第一实施例的天线装置10的支承部件35以及凸部36的立体图。支承部件35例如是搭载天线装置10的通信设备的壳体等，由绝缘性的树脂形成。图2示出与天线装置10对置的面。在支承部件35的与天线装置10对置的面设置有多个凸部36。在俯视时，凸部36具有与天线装置10的槽18几乎一致的平面形状，构成环行围墙。
图3A和图3B是图1的点划线3A－3A处的通信装置的剖视图。根据第一实施例的通信装置包括天线装置10和支承部件35，图3A示出未将天线装置10安装于支承部件35的状态，图3B示出将天线装置10安装于支承部件35的状态。
天线装置10包括电介质基板11，电介质基板11的一个表面相当于天线装置10的第一面13。在电介质基板11的内层配置有接地导体12，在第一面13配置有多个辐射元件15。由辐射元件15和接地导体12构成贴片天线。阻焊剂膜19覆盖辐射元件15及第一面13。
在电介质基板11的与配置有辐射元件15的面相反侧的面安装高频集成电路元件16。每个辐射元件15经由设置在电介质基板11内的由导体图案和通孔导体构成的供电线17与高频集成电路元件16连接。高频集成电路元件16被密封树脂层20密封。密封树脂层20的表面构成天线装置10的与第一面13相反侧的第二面14。
在电介质基板11的第一面13设置有多个槽18。在深度方向(厚度方向)上，槽18到达接地导体12。
支承部件35被配置为与天线装置10的第一面13对置。在支承部件35的与天线装置10对置的面设置有多个凸部36。凸部36的侧面与支承部件35的表面垂直或者几乎垂直。凸部36由具有比电介质基板11的相对介电常数高的相对介电常数的电介质形成。例如，电介质基板11的相对介电常数是3.5，凸部36的相对介电常数是5.0。此外，也可以由金属形成凸部36。凸部36的平截面的尺寸与槽18的平截面的尺寸几乎相等。此外，在图3B中示出为了区别凸部36和槽18而在两者的侧面之间确保空腔，但实际上，两者的侧面相互接触。
支承部件35的多个凸部36分别被插入天线装置10的多个槽18中，从而天线装置10相对于支承部件35被定位并支承。在凸部36被插入到槽18中的状态下，在与第一面13平行的方向上，天线装置10和支承部件35的相对位置被限制。
图4是根据第一实施例的通信装置的框图。根据第一实施例的通信装置例如搭载于手机、智能手机、平板终端等便携终端、具备通信功能的个人计算机、家电设备等。根据第一实施例的通信装置具备天线装置10和进行基带信号处理的基带集成电路元件(BBIC)40。
天线装置10具备由四个辐射元件15构成的天线阵列和高频集成电路元件16。包含应发送的信息的中频信号从基带集成电路元件40输入到高频集成电路元件16。高频集成电路元件16将从基带集成电路元件40输入的中频信号上变频为高频信号，并供给至多个辐射元件15。
为了将如第一实施例那样安装有高频集成电路元件16的天线装置10与未安装高频集成电路元件的天线装置进行区别，而有时称为天线模块。例如，电介质基板11、以及设置于电介质基板11的辐射元件15、供电线17、接地导体12相当于不包含高频集成电路元件16的狭义的天线装置。天线模块(广义的天线装置)包含狭义的天线装置和高频集成电路元件16。
并且，高频集成电路元件16对由四个辐射元件15接收到的高频信号进行下变频。被下变频的中频信号从高频集成电路元件16输入到基带集成电路元件40。基带集成电路元件40对下变频的中频信号进行处理。
接下来，对高频集成电路元件16的发送动作进行说明。从基带集成电路元件40经由中频放大器60向上/下变频用混频器59输入中频信号。由上/下变频用混频器59上变频的高频信号经由收发切换开关58输入到功率分配器57。由功率分配器57分割的每个高频信号经由移相器56、衰减器55、收发切换开关54、功率放大器52、收发切换开关51以及供电线17被供给至辐射元件15。按照每个辐射元件15设置进行由功率分配器57分割后的高频信号的处理的移相器56、衰减器55、收发切换开关54、功率放大器52、收发切换开关51以及供电线17。
接下来，对高频集成电路元件16的接收动作进行说明。被多个辐射元件15的每个辐射元件15接收到的高频信号经由供电线17、收发切换开关51、低噪声放大器53、收发切换开关54、衰减器55、移相器56输入到功率分配器57。由功率分配器57合成的高频信号经由收发切换开关58输入到上/下变频用混频器59。由上/下变频用混频器59下变频的中频信号经由中频放大器60输入到基带集成电路元件40。
此外，也可以设为在高频集成电路元件16与基带集成电路元件40之间进行基带信号的收发来代替中频信号的结构。该情况下，高频集成电路元件16进行直接上/下变频。
高频集成电路元件16例如作为包含上述功能的一个芯片的集成电路部件被提供。或者，对于与辐射元件15对应的移相器56、衰减器55、收发切换开关54、功率放大器52、低噪声放大器53、收发切换开关51，也可以按照每个辐射元件15作为一个芯片的集成电路部件提供。
接下来，对第一实施例的优异的效果进行说明。
在第一实施例中，在将天线装置10安装于支承部件35时，将凸部36插入天线装置10的槽18中。由此，在与天线装置10的第一面13的法线方向正交的方向上，能够容易地将天线装置10相对于支承部件35定位。
由于凸部36的平截面的尺寸与槽18的平截面的尺寸几乎相等，因此凸部36的侧面和槽18的侧面接触，摩擦力作用在两者之间。通过该摩擦力，能够将天线装置10相对于支承部件35支承为不容易脱落。
并且，由于在俯视时由具有比电介质基板11的相对介电常数高的相对介电常数的电介质或者金属构成的凸部36包围辐射元件15，因此能够抑制从辐射元件15辐射的表面波。并且，能够提高辐射元件15之间的绝缘性。其结果能够抑制来自二次波源的电波的辐射。
为了获得抑制表面波的充分的效果、以及提高绝缘性的充分的效果，优选使凸部36的相对介电常数尽可能地高于电介质基板11的相对介电常数。例如，优选凸部36与电介质基板11的相对介电常数之差为5以上。此处，相对介电常数意味着辐射元件15的谐振频带中的值。能够认为金属的介电常数实质上是无限大，因此在由金属形成凸部36的情况下，也可以说凸部36与电介质基板11的相对介电常数之差为5以上。
在支承部件35由相对介电常数足够高的电介质形成的情况下，可以将支承部件35和凸部36一体成形。在支承部件35的相对介电常数不足够高的情况下，支承部件35和凸部36可以使用不同的材料。在这种情况下，可以利用粘合剂等将凸部36固定于支承部件35。例如，支承部件35可以使用ABS树脂、聚碳酸酯等，凸部36可以使用高介电常数聚合物、金属等。
接下来，对第一实施例的变形例进行说明。在第一实施例中，在电介质基板11安装有高频集成电路元件16(图3A、图3B)，但也可以设为不在电介质基板11安装高频集成电路元件16而从外部输入高频信号的结构。根据该变形例的天线装置相当于不包含高频集成电路元件的狭义的天线装置。
在第一实施例中，槽18到达接地导体12，但也可以设为槽18不到达接地导体12的结构。也可以设为槽18贯通接地导体12的结构。另外，也可以将高的相对介电常数的凸部36的一部分埋入相对介电常数比其低的支承部件35中。
在第一实施例中，设置四个辐射元件15，但辐射元件15只要至少设置一个即可。在第一实施例中，由单体的导体图案形成辐射元件15，但也可以层叠多个导体图案来构成堆叠型贴片天线。并且，也可以设为在同一平面内配置供电元件和无供电元件的结构。
在第一实施例中，将向辐射元件15的供电点设为一个，但也可以将供电点设为两个来构成双偏振天线。高频集成电路元件16也可以安装在电介质基板11的与设置有辐射元件15的面相同的面。另外，也可以不在电介质基板11安装高频集成电路元件16，而构成狭义的天线装置。
也可以用屏蔽罩等屏蔽部件覆盖密封树脂层20的表面。另外，高频集成电路元件16也可以不一定由密封树脂层20密封。也可以用屏蔽罩等屏蔽部件覆盖未被密封树脂层20密封的高频集成电路元件16。
辐射元件15可以在亚毫米波段、毫米波段中谐振，根据第一实施例的通信装置可以进行亚毫米波段、毫米波段的高频信号的收发。此处，亚毫米波段以及毫米波段意味着频率为20GHz以上且300GHz以下的频带。
[第二实施例]
接下来，参照图5～图7B的附图，对根据第二实施例的天线装置、天线模块以及通信装置进行说明。以下，对于与根据第一实施例的天线装置、天线模块以及通信装置(图1、图2、图3A、图3B、图4)相同的结构，省略说明。
图5是表示根据第二实施例的天线装置10的辐射元件15与槽18的平面位置关系的图。在第一实施例中，按照每个辐射元件15设置环状的槽18。与此相对，在第二实施例中，槽18被配置成正方格子状。辐射元件15分别配置于被正方格子状的槽18分隔的多个区域中。该情况下，包围相互相邻的两个辐射元件15中的一方的槽18和包围另一方的槽18在两个辐射元件15之间相互共用。
图6是支承部件35以及凸部36的立体图。凸部36与槽18(图5)的平面形状相配合地具有正方格子状的平面形状。
图7A和图7B是图5的点划线7A－7A处的通信装置的剖视图。图7A示出未将天线装置10安装于支承部件35的状态，图7B表示将天线装置10安装于支承部件35的状态。
在第一实施例中，在相互相邻的两个辐射元件15(图3A、图3B)之间设置有两个槽18以及两个凸部36。与此相对，在第二实施例中，在相互相邻的两个辐射元件15之间设置有一个槽18以及一个凸部36。
接下来，对第二实施例的优异的效果进行说明。
在第二实施例中也与第一实施例同样地获得容易进行天线装置10相对于支承部件35的定位的效果、抑制表面波的效果以及提高辐射元件15之间的绝缘性的效果。并且，在第二实施例中，通过在天线装置10形成多个相互交叉的直线状的槽，从而能够形成正方格子状的槽18。因此，与第一实施例相比，容易形成槽18。
并且，在由不同的材料形成支承部件35和凸部36的情况下，凸部36作为一个部件被提供。在第一实施例中，必须将多个凸部36(图2)相对高精度地定位并固定于支承部件35。在第二实施例中，由于凸部36作为一个部件被提供，因此在支承部件35固定凸部36的作业是容易的。
[第三实施例]
接下来，参照图8A和图8B对根据第三实施例的天线装置、天线模块以及通信装置进行说明。以下，对于与根据第二实施例的天线装置、天线模块以及通信装置(图5、图6、图7A、图7B)相同的结构，省略说明。
图8A是未将天线装置10安装于支承部件35的状态下的根据第三实施例的通信装置的剖视图，图8B是将天线装置10安装于支承部件35的状态下的根据第三实施例的通信装置的剖视图。在第二实施例中，支承部件35(图7A、图7B)的与天线装置10对置的面是平坦的，在将天线装置10安装于支承部件35的状态下，支承部件35与辐射元件15上的阻焊剂膜19接触。与此相对，在第三实施例中，在支承部件35的与天线装置10对置的面设置有多个凹陷38。在俯视时，多个辐射元件15分别配置在凹陷38的内部。
在将天线装置10安装于支承部件35的状态下，辐射元件15上的阻焊剂膜19不与凹陷38的底面接触，在辐射元件15上的阻焊剂膜19与支承部件35之间形成空腔。
接下来，对第三实施例的优异的效果进行说明。
在第三实施例中也与第二实施例的情况同样地获得容易进行天线装置10相对于支承部件35的定位的效果、抑制表面波的效果以及提高辐射元件15之间的绝缘性的效果。
并且，在第三实施例中，由于在辐射元件15上的阻焊剂膜19与支承部件35之间确保空腔，因此减轻支承部件35对辐射元件15的谐振波长的影响。为了获得这种充分的效果，优选将从辐射元件15到凹陷38的底面的间隔设为辐射元件15的谐振波长的1/10以上。例如，在辐射元件15的谐振频率为60GHz的情况下，优选将从辐射元件15到凹陷38的底面的间隔设为5mm以上。
[第四实施例]
接下来，参照图9A和图9B对根据第四实施例的天线装置、天线模块以及通信装置进行说明。以下，对于与根据第三实施例的天线装置、天线模块以及通信装置(图8A、图8B)相同的结构，省略说明。
图9A是未将天线装置10安装于支承部件35的状态下的根据第四实施例的通信装置的剖视图，图9B是将天线装置10安装于支承部件35的状态下的根据第四实施例的通信装置的剖视图。在第三实施例中，辐射元件15上的阻焊剂膜19与凹陷38(图8A、图8B)的底面之间成为空腔。与此相对，在第四实施例中，在辐射元件15上的阻焊剂膜19与凹陷38的底面之间的空间配置具有比支承部件35的相对介电常数低的相对介电常数的低介电常数部件39。在将天线装置10安装于支承部件35的状态下，低介电常数部件39与辐射元件15对置。
接下来，对第四实施例的优异的效果进行说明。在第四实施例中，由于在辐射元件15上的阻焊剂膜19与支承部件35之间配置具有比支承部件35的相对介电常数低的相对介电常数的低介电常数部件39，因此减轻支承部件35对辐射元件15的谐振波长的影响。为了获得这种充分的效果，优选将低介电常数部件39的厚度设为辐射元件15的谐振波长(低介电常数部件39内的波长)的1/10以上。
[第五实施例]
接下来，参照图10对根据第五实施例的天线装置、天线模块以及通信装置进行说明。以下，对于与根据第一实施例的天线装置、天线模块以及通信装置(图1、图2、图3A、图3B、图4)相同的结构，省略说明。
图10是表示根据第五实施例的天线装置10的辐射元件15与槽18的平面位置关系的图。在第一实施例中，按照每个辐射元件15配置的槽18连续地包围辐射元件15。与此相对，在第五实施例中，在槽18设置有裂缝18A。
接下来，对第五实施例的优异的效果进行说明。
即使如第五实施例那样在槽18设置有裂缝18A，也能获得将天线装置10相对于支承部件35定位的充分的效果。另外，能够获得抑制表面波的效果以及提高辐射元件15之间的绝缘性的效果。为了使抑制表面波的效果以及提高辐射元件15之间的绝缘性的效果与第一实施例的效果为相同程度，优选将裂缝18A的宽度设为辐射元件15的谐振波长的1/10以下。
[第六实施例]
接下来，参照图11和图12，对根据第六实施例的天线装置、天线模块以及通信装置进行说明。以下，对于与根据第一实施例的天线装置、天线模块以及通信装置(图1、图2、图3A、图3B、图4)相同的结构，省略说明。
图11是表示根据第六实施例的天线装置10的辐射元件15与槽18的平面位置关系的图。图12是图11的点划线12－12处的剖视图。在第一实施例中，辐射元件15和接地导体12(图1、图3B)构成贴片天线。与此相对，在第六实施例中，辐射元件15构成偶极天线。
一个偶极天线包括配置于电介质基板11的第一面13的两个直线状的导体图案。这两个导体图案沿着一个虚拟的直线配置。与第一实施例的情况同样地，在俯视时，构成每个偶极天线的辐射元件15被槽18包围。从高频集成电路元件16经由供电线17向偶极天线的辐射元件15供给高频信号。
接下来，对第六实施例的优异的效果进行说明
在第六实施例中也与第一实施例同样地能够获得容易进行天线装置10相对于支承部件35的定位的效果、抑制表面波的效果以及提高辐射元件15之间的绝缘性的效果。
上述的各实施例是例示的，当然能够进行不同的实施例所示的结构的部分置换或者组合。对于基于多个实施例的同样的结构的同样的作用效果，没有在每个实施例中依次提及。并且，本发明并不限于上述的实施例。例如，能够进行各种变更、改进、组合等，这对于本领域技术人员来说是显而易见的。
附图标记说明
10…天线装置；11…电介质基板；12…接地导体；13…第一面；14…第二面；15…辐射元件；16…高频集成电路元件；17…供电线；18…槽；18A…裂缝；19…阻焊剂膜；20…密封树脂层；35…支承部件；36…凸部；38…凹陷；39…低介电常数部件；40…基带集成电路元件；51…收发切换开关；52…功率放大器；53…低噪声放大器；54…收发切换开关；55…衰减器；56…移相器；57…功率分配器；58…收发切换开关；59…上/下变频用混频器；60…中频放大器。

Claims (12)

1.一种通信装置，具有：
天线装置，具备电介质基板、和设置于上述电介质基板的平板状的至少一个辐射元件；以及
支承部件，具备凸部，并支承上述天线装置，
在上述电介质基板设置有槽，以便在俯视时包围上述辐射元件，上述凸部被插入上述槽中。
2.根据权利要求1所述的通信装置，其中，
还具有高频集成电路元件，上述高频集成电路元件安装于上述电介质基板，并向上述辐射元件供给高频信号。
3.一种天线装置，具有：
电介质基板；以及
设置于上述电介质基板的平板状的多个辐射元件，
在上述电介质基板设置有槽，以便在俯视时包围上述辐射元件，
按照每个上述辐射元件配置上述槽，上述槽包围对应的上述辐射元件。
4.一种天线装置，具有：
电介质基板；以及
设置于上述电介质基板的平板状的多个辐射元件，
在上述电介质基板设置有槽，以便在俯视时包围上述辐射元件，
包围相互相邻的两个上述辐射元件中的一方的上述槽和包围另一方的上述槽在两个上述辐射元件之间相互共用。
5.一种天线装置，具有：
电介质基板；以及
设置于上述电介质基板的平板状的多个辐射元件，
在俯视时，在上述电介质基板以格子状设置有槽，
上述多个辐射元件分别配置于被格子状的上述槽分隔的区域。
6.根据权利要求3～5中任意一项所述的天线装置，其中，
还具有高频集成电路元件，上述高频集成电路元件安装于上述电介质基板，并向上述多个辐射元件供给高频信号。
7.一种通信装置，具有：
权利要求3～6中任意一项所述的天线装置；以及
支承部件，具备凸部，并支承上述天线装置，
上述支承部件的上述凸部被插入上述槽中。
8.根据权利要求1、2以及7中任意一项所述的通信装置，其中，
在上述辐射元件与上述支承部件之间确保空腔。
9.根据权利要求8所述的通信装置，其中，
还具有低介电常数部件，上述低介电常数部件具有比上述支承部件的相对介电常数低的相对介电常数，并被配置为与上述辐射元件对置。
10.根据权利要求1、2、7、8以及9中任意一项所述的通信装置，其中，
还具有基带集成电路元件，上述基带集成电路元件进行中频信号或者基带信号的处理。
11.根据权利要求1、2、7、8、9以及10中任意一项所述的通信装置，其中，
上述凸部由具有比上述电介质基板的相对介电常数高的相对介电常数的电介质或者金属形成。
12.根据权利要求1、2、7、8、9、10以及11中任意一项所述的通信装置，其中，
上述辐射元件在20GHz以上且300GHz以下的频带中谐振。
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