CN114628888A - 无线模块 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种无线模块，具有天线区域的面积较小且辐射效率较高的天线。具有：层叠基板；元件搭载部，形成于层叠基板的基板面内的1个区域；以及天线，形成于层叠基板的基板面内的其他区域，所述天线包含导体部、供电部以及短路线，所述导体部沿着其他区域的外周延伸并且具有在该延伸方向上相互分离的一端和另一端且在从与层叠基板的基板面垂直的方向观察时形成为环状，所述供电部与导体部的一端连接且接受规定频率的交流信号的输入，所述短路线的一端与接地连接且另一端经由供电部而与导体部连接。

Description

无线模块

技术领域

本发明涉及内置天线的无线模块。

背景技术

现在，开发了很多利用IoT(Internet of Things：物联网)技术的无线通信装置。另外，在迄今为止没有涉及无线通信装置的行业中也开始使用无线通信装置。

在使用无线通信功能的情况下，需要取得符合各国规定的标准和规定的无线认证。为了取得该无线认证，需要精通无线通信技术，这成为市场扩大的妨碍。

作为解决该问题的手段，预先取得了无线认证的无线模块被灵活运用。这是因为在将取得了无线认证的无线模块搭载于装置的情况下，该装置不需要重新取得无线认证。

作为这样的无线模块，公知有天线内置型的无线模块。搭载于无线模块的天线多数情况下由芯片天线或者基板图案天线构成。另外，基板图案天线为了将单极天线配置于较小的天线区域，多数情况下，具有弯曲型的倒F天线类型的结构。

另外，作为通信机所具备的天线，提出具有如下的结构的天线，将环状的辐射电极的开放端部配置在接近设置于另一端侧的供电电极的位置而在开放端部与供电电极之间形成电容(例如，专利文献1)。

专利文献1：日本特开2002-158529号公报，

近年来，伴随着搭载无线模块的装置的小型化，小型化的无线模块的需求增加。然而，在缩小无线模块的天线区域的情况下，与之相伴，产生天线特性的增益的衰减、良好的阻抗的频带宽度变窄这样的问题。

例如，关于搭载于现有的无线模块的基板图案天线，天线区域越窄则越无法形成天线长度所需要的布线长度，天线特性的增益衰减量变大。另外，存在如下的问题：在理想的单极天线的辐射图案中也存在天线增益较低的方位，与该方位接近的方位的天线增益进一步衰减，通信连接变难。另外，搭载于无线模块的芯片天线具有某程度的部件的高度，因此存在无线模块本身的高度也增大这样的问题。

发明内容

本发明目的在于，提供一种无线模块，具有天线区域的面积较小且辐射效率较高的天线。

本发明的无线模块的特征在于，具有：层叠基板；元件搭载部，形成于上述层叠基板的基板面内的1个区域；以及天线，形成于上述层叠基板的基板面内的其他区域，包含导体部、供电部以及短路线，所述导体部沿着上述其他区域的外周延伸并且具有在该延伸方向上相互分离的一端和另一端且在从与上述层叠基板的基板面垂直的方向观察时形成为环状，所述供电部与上述导体部的一端连接并且接受规定频率的交流信号的输入，所述短路线的一端与接地连接并且另一端经由上述供电部与上述导体部连接。

另外，本发明的无线模块的特征在于，具有：层叠基板；通信电路，形成于上述层叠基板的基板面内的元件搭载区域；以及天线，形成于上述层叠基板的其他区域，包含导体部、供电部以及短路线，所述导体部沿着上述其他区域的外周延伸并且具有在该延伸方向上相互分离的一端和另一端且在从与上述层叠基板的基板面垂直的方向观察时形成为环状，所述供电部与上述导体部的一端连接并且从上述通信电路接受规定频率的交流信号的输入，该短路线的一端与接地连接并且另一端经由上述供电部与上述导体部连接。

根据本发明的无线模块，能够抑制天线区域的面积并且得到较高的辐射效率。

附图说明

图1是表示本发明的实施例1的无线模块的构成的俯视图。

图2是示意性地表示本实施例的层叠基板的层结构的例子的图。

图3A是示意性地表示一般的倒F天线的结构的图。

图3B是示意性地表示开口谐振环的构成的电路图。

图3C是表示电场和磁场的偏振波的方向的图。

图4是表示比较例的无线模块构成的俯视图。

图5A是表示比较例的无线模块中的天线的辐射图案的图。

图5B是表示本实施例的无线模块中的天线的辐射图案的图。

图6是表示本发明的实施例2的无线模块的构成的俯视图。

附图标记的说明

100…无线模块；11…层叠基板；12…天线；13…电路部；21…导体部；22…供电端口；23…短路线；33…短路线。

具体实施方式

以下详细地说明本发明的优选的实施例。此外，在以下的各实施例的说明和附图中，对实质上相同或者等价的部分标注相同的参照附图标记。

[实施例1]

图1是从搭载无线模块100的基板的1个表面(以下，简称为表面)的上方观察本实施例的无线模块100的俯视图。无线模块100包含层叠基板11、形成于层叠基板11的天线12以及电路部13。

层叠基板11是夹着电介质层层叠了多个导体层而得的多层基板。层叠基板11在俯视时具有矩形的形状，设置在母基板МB上。

图2是示意性地表示层叠基板11的层结构的剖视图。本实施例的层叠基板11例如为4层结构的刚性基板，包含L1层、L2层、L3层、L4层以及芯层(CORE)。在L1层与L2层之间、以及L3层与L4层之间形成有PP层。

L1层为构成4层结构的第一层的导体层(第一导体层)。L2层为构成4层结构的第二层的导体层(第二导体层)。L3层为构成4层结构的第三层的导体层(第三导体层)。L4层为构成4层结构的第四层的导体层(第四导体层)。L1层～L4层分别构成为例如由铜箔(Cu)构成的信号层(布线层)。

PP层为设置在布线层之间的电介质层，具有由环氧树脂等构成的预成型料。芯层为位于多层基板的中心的内层，在本实施例中，设置在L2层与L3层之间。芯层由使环氧树脂等固化的基材构成。

再次参照图1，层叠基板11在基板面内(即，与层叠方向正交的方向的面内)，具有用于配置天线的天线配置区域PA以及用于搭载构成电路部的元件的元件搭载区域PB。天线配置区域PA配置于母基板MB的第一区域A1，元件搭载区域PB配置于母基板MB的第二区域A2。

无线模块100的天线12由导体部21、供电端口22和短路线23构成。天线12设置在层叠基板11的天线配置区域PA。电路部13包含发送接收无线信号的无线通信电路，且电路部13由搭载于元件搭载区域PB的多个元件构成。

天线12的导体部21由带状导体构成，在俯视时(即，在从与层叠基板11的基板面垂直的方向观察的情况下)，具有沿着天线配置区域PA的外周延伸的环形状。在该环形成有由沿着延伸方向分离的一端和另一端构成的开放端部。

在本实施例中，导体部21具有矩形的环形状，开放端部设置在面向元件搭载区域PB的一边。构成开放端部的导体部21的一端E2与供电端口22连接。导体部21的另一端E1位于环的中央部附近，具有比包含一端E2的其他的导体部分的布线宽度W2宽的布线宽度W1。

供电端口22为接受规定的频率带的信号的输入的供电点。供电端口22设置在接近由导体部21形成的环的开放端部的位置(例如，与具有导体部21所形成的矩形形状的开放端部的边邻接的边)，与导体部21的一端E2连接。

短路线23为将导体部21和母基板MB的接地图案(未图示)连接的布线部。短路线23的一端与接地图案连接。另外，短路线23的另一端经由供电端口22而与导体部21的一端E2连接。

此外，在本实施例中，导体部21和短路线23分别形成于第二导体层即L2层。

天线12构成为由导体部21、供电端口22和短路线23构成的倒F天线。另外，导体部21构成为具有开放端部的开口环。即，本实施例的天线12具有将倒F天线与由开口谐振环构成环天线组合而成的天线结构。

图3A是示意性地表示一般的倒F天线的结构的图。本实施例的天线12的导体部21与倒F天线的主体部BD对应。另外，天线21的供电端口22和短路线23与倒F天线的供电线PS和短路线SC分别对应。

图3B是示意性地表示开口谐振环的结构的电路图。本实施例的天线12的导体部21具有开口谐振环中的电感器L的作用。通过调整图1所示的导体部21的另一端侧的布线宽度W1，从而电容C变化。即，在本实施例的天线12中，通过环形状的导体部21形成开口环，在开放端部形成电容C，由此构成LC串联谐振电路。此外，使用L和C而像下面的数学式(数学式1)那样表示谐振频率f。

[数学式1]

倒F天线为通过电场的变化而产生电流的电场型天线。与此相对，环天线(开口谐振环)为通过磁场的变化而产生电流的磁场型天线。

由于倒F天线为电场型天线，因此天线的轴向(即，导体部的延伸方向)的灵敏度较高。另一方面，由于环天线为磁场型天线，因此与环面正交的方向的灵敏度较高。

图3C是表示电场和磁场的偏振波的方向的图。电场和磁场在彼此相差90度的方向上偏振波。例如，若将电场的偏振波的方向设为垂直方向，则磁场的偏振波的方向为水平方向。

像上述那样，本实施例的天线12具有作为电场型天线的倒F天线和作为磁场型天线的环天线这双方的性质。因此，通过构成为使倒F天线的谐振频率与开口谐振环的谐振频率为相同的频率(例如，2.4GHz)，能够得到在全方位接近球面的辐射图案。

此外，在本实施例中，通过向供电端口22的端部输入规定的频率带(例如，在本实施例中为2.4GHz)的交流信号，从而从电流变换为电场和磁场，成为辐射信号的动作。

图4是表示与本实施例不同，天线部分由曲折形状的倒F天线构成的比较例的无线模块的构成的图。

在比较例的无线模块200中，天线12构成为倒F天线，不具有本实施例的无线模块100的天线12那样的作为环天线的性质。

图5A是表示将比较例的无线模块200中的天线的垂直偏振波和水平偏振波合成而得的辐射图案的图。在比较例的无线模块200中，由于天线12构成为作为电场型天线的倒F天线，因此在一个方向(例如，图3C的垂直方向)上具有较强的灵敏度。而且，天线的灵敏度在与具有较强的灵敏度的方向正交的方向(例如，图3C的水平方向)上变弱。

图5B是表示本实施例的无线模块100中的天线的辐射图案的图。在本实施例的无线模块100中，天线12构成为作为电解型天线的倒F天线，并且构成为作为磁场型天线的环天线。因此，天线12在垂直方向和水平方向上都具有比较均匀的辐射特性。因此，如图5B所示，天线的辐射图案成为接近各向同性的指向特性。

如以上那样，本实施例的无线模块100具有作为电解型天线的倒F天线和作为磁场型天线的环天线这双方的特征，因此天线的辐射方向较宽。因此，根据本实施例的无线模块100，能够在不扩大天线区域(天线配置区域PA)的情况下改善辐射效率和指向特性。

[实施例2]

接下来，对本发明的实施例2进行说明。

图6是表示实施例2的无线模块300的俯视图。本实施例的无线模块300在导体部21和短路线33形成于相互不同的导体层的方面与实施例1的无线模块100不同。

导体部21形成于图2所示的层叠基板11的多个导体层中的、作为第二导体层的L2层。另一方面，短路线33形成于作为第三导体层的L3层。导体部21和短路线33由配置于供电端口22的将L2层和L3层连接的导通孔(未图示)连接。

另外，在俯视天线12的情况下，即在从与导体部21的环所形成的平面(以下，称为环面)垂直的方向观察的情况下，导体部21和短路线33形成于不重叠的位置(不交叉的位置)。

在导体部21和短路线33中，电流向相互相反的方向流动。然而，在本实施例的无线模块300中，如上述那样，导体部21和短路线33形成为处于相互不同的导体层且在俯视时相互不重叠的位置。因此，由流过导体部21的电流与流过短路线33的电流产生的电流彼此的抵消进一步降低。

因此，根据本实施例的无线模块300，能够进一步提高天线的辐射效率。

此外，本发明不限于上述实施例所示的内容。例如，在上述实施例中，以谐振频率为2.4GHz的情况为例进行了说明。然而，谐振频率的频率带不限于此，只要构成为倒F天线的谐振频率与开口谐振环的谐振频率处于相同的频带即可。

另外，在上述实施例中，以层叠基板11为4层结构的刚性基板的情况为例进行了说明，但层叠基板11的结构不限于此。例如，层叠基板11也可以由陶瓷基板或柔性基板构成。另外，也可以不是4层结构，而是2层结构或6层结构。即，层叠基板11只要构成为至少包含2个以上的导体层的层叠基板即可。

另外，导体部21的形状不限于上述实施例所示的形状。例如，在上述实施例1中，以导体部21的另一端具有宽度W1的矩形的形状的情况为例进行了说明，但不限于此，也可以构成为宽度W1逐渐增大的形状。此外，在本实施例的天线12的形状中，导体部21的另一端的宽度W1越大，则能够越增大开口谐振环的电容(图3B所示的“C”)。另外，构成导体部21的开放端部的一端E2与另一端E1的距离越近，则能够越增大开口谐振环的电容。

另外，在上述实施例2中，说明了天线12的导体部21整体形成在与短路线33不同的导体层的情况。然而，只要不是导体部21整体，而是至少包含另一端E1的一部分的区域形成在与短路线33不同的导体层即可。例如，也可以是，仅导体部21的另一端E1附近的区域形成于L2层，由导通孔连接的其他区域形成于L3层。

另外，导体部21也可以遍及夹着电介质层PP的多个导体层(例如，L1层与L2层、L3层与L4层)而形成。根据该结构，能够增大开口谐振环的电容C。因此，除了导体部21的另一端E1的宽度、一端E2与另一端E1的距离之外，还通过使用导通孔来选择是否经由电介质层PP，能够调整开口谐振环的电容C。

Claims (7)

1.一种无线模块，其特征在于，具有：

层叠基板；

元件搭载部，形成于所述层叠基板的基板面内的1个区域；以及

天线，形成于所述层叠基板的基板面内的其他区域，所述天线包含导体部、供电部以及短路线，所述导体部沿着所述其他区域的外周延伸并且具有在该延伸方向上相互分离的一端和另一端且在从与所述层叠基板的基板面垂直的方向观察时形成为环状，所述供电部与所述导体部的一端连接并且接受规定频率的交流信号的输入，所述短路线的一端与接地连接且另一端经由所述供电部与所述导体部连接。

2.根据权利要求1所述的无线模块，其特征在于，

所述天线形成所述规定频率的倒F天线且形成开口谐振环，所述倒F天线将所述导体部作为主体部，所述环谐振器由所述一端和所述另一端形成电容且将所述规定频率作为谐振频率。

3.根据权利要求1或2所述的无线模块，其特征在于，

所述层叠基板包含至少2个以上的导体层，

包含所述导体部的所述另一端的至少一部分的区域形成于所述层叠基板的1个导体层，

所述短路线形成于所述层叠基板的其他的导体层。

4.根据权利要求3所述的无线模块，其特征在于，

所述导体部和所述短路线夹着所述层叠基板的芯而形成于相互不同的导体层。

5.根据权利要求3或4所述的无线模块，其特征在于，

包含所述导体部的所述另一端的至少一部分的区域在从与所述层叠基板的基板面垂直的方向观察时形成于与所述短路线不重叠的位置。

6.根据权利要求1至4中任一项所述的无线模块，其特征在于，

包含所述导体部的所述另一端的至少一部分的区域具有比所述一端大的导体宽度。

7.一种无线模块，其特征在于，具有：

层叠基板；

通信电路，形成于所述层叠基板的基板面内的元件搭载区域；以及

天线，形成于所述层叠基板的其他区域，所述天线包含导体部、供电部以及短路线，所述导体部沿着所述其他区域的外周延伸并且具有在该延伸方向上相互分离的一端和另一端且在从与所述层叠基板的基板面垂直的方向观察时形成为环状，所述供电部与所述导体部的一端连接并且从所述通信电路接受规定频率的交流信号的输入，所述短路线的一端与接地连接且另一端经由所述供电部与所述导体部连接。

Images