CN117203855A - 天线装置 - Google Patents

Abstract

天线装置(120)包括：主基板(10)，其形成有在Y轴方向上延伸的接地电极(GND)；以及副基板(23)，其安装于主基板(10)。副基板(23)具有：上表面(23a)，其在Y轴方向上排列地配置有第1天线元件(21)和第2天线元件(22)；以及下表面(23b)，其配置有安装端子部(24)。在副基板(23)的下表面(23b)的中央区域(第1天线元件(21)与第2天线元件(22)之间的区域)形成有朝向上表面(23a)凹陷的凹部(25)。

Description

天线装置

技术领域

本公开涉及一种在形成有接地件的第1基板安装配置有多个天线元件的第2基板而构成的天线装置。

背景技术

在日本特开2008-98919号公报(专利文献1)中记载了具有第1基板和安装于第1基板的第2基板的天线装置。第2基板具有：上表面，其相邻地排列有两个天线元件；以及下表面，其配置有接地件。而且，为了抑制在两个天线元件间传输的表面电流，在第2基板的天线元件间的区域设有狭缝。第2基板由该狭缝分割成供一个天线元件配置的基板和供另一个天线元件配置的基板。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2008-98919号公报

发明内容

发明要解决的问题

在上述的日本特开2008-98919号公报所记载的天线装置中，接地件和两个天线元件配置于第2基板。

然而，在天线装置中，存在如下天线装置：接地件配置于第1基板，在第2基板未配置接地件，而是仅配置有多个天线元件。在这样的结构中，在第2基板的天线元件与第1基板的接地件之间设有用于将第2基板安装于第1基板的安装端子。因此，有可能天线元件不是与接地件耦合，而是与安装端子耦合，天线的特性劣化。

另外，在两个天线元件排列地配置于第2基板上的情况下，在各天线元件的排列方向外侧的端部与接地件之间形成的电力线通过第2基板的外部(介电常数比第2基板的介电常数低的层，例如空气层)，另一方面，在各天线元件的排列方向内侧的端部与接地件之间形成的电力线通过第2基板的内部。因此，有可能各天线元件的排列方向上的介电常数的对称性(第2基板的外部的层所占据的比例的平衡)大幅破坏，天线的特性劣化。

本公开是为了解决这样的问题而完成的，其目的在于，提高在形成有接地件的第1基板安装配置有多个天线元件的第2基板而构成的天线装置的特性。

用于解决问题的方案

本公开的天线模块包括：第1基板，其形成有在第1方向上延伸的接地件；以及第2基板，其安装于第1基板。第2基板具有：第1天线元件；第2天线元件；第1面；以及第2面，其与所述第1面相对。第1天线元件和第2天线元件在第1方向上排列地配置于第1面或第1面与第2面之间的层。在第2基板的第2面的第1天线元件与第2天线元件之间的区域形成有朝向第1面凹陷的凹部。

发明的效果

根据本公开，在第2基板的第2面的第1天线元件与第2天线元件之间的区域形成有朝向第1面凹陷的凹部。因此，在各天线元件的排列方向内侧的端部与接地件之间形成的电力线通过凹部(介电常数比第2基板的介电常数低的层，例如空气层)。由此，与未设置凹部的情况相比，各天线元件的排列方向上的介电常数的对称性(第2基板的外部的层所占据的比例的平衡)变得良好。而且，也能够提高天线元件与配置于隔着凹部而与天线元件相对的位置的端子部之间的隔离度。其结果，能够提高在形成有接地件的第1基板安装配置有多个天线元件的第2基板而构成的天线装置的特性。

附图说明

图1是应用天线装置的通信装置的框图的一例。

图2是天线装置的立体图(其1)。

图3是天线装置的剖视图(其1)。

图4是从X轴正方向平面观察阵列天线而得到的图。

图5是天线装置的剖视图(其2)。

图6是天线装置的剖视图(其3)。

图7是天线装置的剖视图(其4)。

图8是天线装置的剖视图(其5)。

具体实施方式

以下，参照附图，详细地说明本公开的实施方式。此外，对图中相同或相当的部分标注相同的附图标记，不重复进行其说明。

(通信装置的基本结构)

图1是应用本实施方式的天线装置120的通信装置1的框图的一例。通信装置1例如是移动电话、智能手机或平板电脑等便携终端、具备通信功能的个人计算机等。

参照图1，通信装置1包括天线模块100和构成基带信号处理电路的BBIC 200。天线模块100包括作为供电电路的一例的RFIC 110和天线装置120。通信装置1将从BBIC 200传递到天线模块100的信号上变频为高频信号而从天线装置120辐射，并且将利用天线装置120接收的高频信号下变频而利用BBIC 200处理信号。

在图1中，为了容易说明，仅示出与构成天线装置120的多个天线元件121中的4个天线元件121对应的结构，省略与具有同样的结构的其他天线元件121对应的结构。此外，在图1中，示出天线装置120由配置成二维的阵列状的多个天线元件121形成的例子。在本实施方式中，天线元件121是具有大致正方形的平板形状的贴片天线。

RFIC 110包括开关111A～111D、113A～113D、117、功率放大器112AT～112DT、低噪声放大器112AR～112DR、衰减器114A～114D、移相器115A～115D、信号合成/分波器116、混频器118以及放大电路119。

在发送高频信号的情况下，开关111A～111D、113A～113D向功率放大器112AT～112DT侧切换，并且开关117与放大电路119的发送侧放大器连接。在接收高频信号的情况下，开关111A～111D、113A～113D向低噪声放大器112AR～112DR侧切换，并且开关117与放大电路119的接收侧放大器连接。

从BBIC 200传递来的信号由放大电路119放大，由混频器118上变频。作为上变频而得到的高频信号的发送信号由信号合成/分波器116分波成4个信号，通过4个信号路径而分别向不同的天线元件121供给。此时，通过分别地调整配置于各信号路径的移相器115A～115D的移相度，能够调整天线装置120的方向性。

作为由各天线元件121接收的高频信号的接收信号分别经由不同的4个信号路径，由信号合成/分波器116合波。合波而得到的接收信号由混频器118下变频，由放大电路119放大而向BBIC 200传递。

RFIC 110例如形成为包含上述电路结构的单芯片的集成电路部件。或者，对于RFIC 110的与各天线元件121对应的设备(开关、功率放大器、低噪声放大器、衰减器、移相器)，也可以针对每个对应的天线元件121形成为单芯片的集成电路部件。

(天线装置的结构)

图2是天线装置120的立体图。天线模块100包含主基板10和阵列天线20、30。此外，以下，将主基板10的主面的法线方向也称为“Z轴方向”，将与Z轴方向垂直且相互垂直的方向分别也称为“X轴方向”和“Y轴方向”。另外，以下，存在将各图中的Z轴的正方向作为上表面侧，将负方向作为下表面侧来说明的情况。

在图2所示的例子中，在主基板10的上表面以隔开预定间隔的方式在X轴方向上排列地配置有4个阵列天线20，以隔开预定间隔的方式在X轴方向上排列地配置有4个阵列天线30。4个阵列天线30以与4个阵列天线20分别隔开预定间隔且与4个阵列天线20在Y轴方向上相邻的方式配置。

各阵列天线20包含第1天线元件21、第2天线元件22以及副基板23。副基板23在从Z轴方向平面观察的情况下形成为以Y轴方向为长边的大致矩形状。第1天线元件21和第2天线元件22在从Z轴方向平面观察的情况下形成为大致正方形状。第1天线元件21和第2天线元件22以隔开预定间隔的方式在Y轴方向上排列地配置于副基板23的上表面。此外，第1天线元件21和第2天线元件22也可以以隔开预定间隔的方式在Y轴方向上排列地配置于副基板23的靠近上表面的层(副基板23的上表面与下表面之间的层)。

各阵列天线30包含第1天线元件31、第2天线元件32以及副基板33。副基板33在从Z轴方向平面观察的情况下形成为以Y轴方向为长边的大致矩形状。第1天线元件31和第2天线元件32在从Z轴方向平面观察的情况下形成为大致正方形状。第1天线元件31和第2天线元件32以隔开预定间隔的方式在Y轴方向上排列地配置于副基板33的上表面。此外，第1天线元件31和第2天线元件32也可以以隔开预定间隔的方式在Y轴方向上排列地配置于副基板33的靠近上表面的层(副基板33的上表面与下表面之间的层)。

第1天线元件21、31和第2天线元件22、32均以辐射以Y轴方向为极化方向的电波的方式构成。此外，第1天线元件21、31和第2天线元件22、32是图1所示的天线元件121中的任一者。

这样，通过将4个阵列天线20和4个阵列天线30安装于主基板10上而形成合计16个天线元件排列成4×4的二维状的天线装置120。

此外，天线元件的面中心(对角线的交点)彼此的距离(以下也称为“天线元件间距离”)均设定成自由空间中的电波的波长λ的一半(＝λ/2)以上的值。

图3是图2中的天线装置120的III-III剖视图。在图3中，省略阵列天线30的截面形状。此外，阵列天线30的截面形状与阵列天线20的截面形状大致相同。

主基板10包含介电体11和配置于介电体11的内部的层的接地电极GND。接地电极GND具有在Y轴方向和X轴方向上延伸的平板形状。

阵列天线20的副基板23具有上表面23a和与上表面23a相对的下表面23b。在副基板23的上表面23a以隔开预定间隔的方式在Y轴方向上排列地配置有第1天线元件21和第2天线元件22。此外，如上述那样，第1天线元件21和第2天线元件22也可以以隔开预定间隔的方式在Y轴方向上排列地配置于副基板23的靠近上表面23a的层(副基板23的上表面23a与下表面23b之间的层)。

在副基板23的下表面23b配置有用于将副基板23安装于主基板10的上表面10a的安装端子部24。安装端子部24由多个钎焊凸块等导电体形成。

在副基板23的下表面23b的第1天线元件21与第2天线元件22之间的区域(平面的区域)形成有朝向上表面23a凹陷的凹部25。

安装端子部24包含：第1端子部24a，其设于下表面23b的比凹部25靠近第1天线元件21的那一侧(Y轴负方向侧)的第1区域；以及第2端子部24b，其设于下表面23b的比凹部25靠近第2天线元件22的那一侧(Y轴正方向侧)的第2区域。

凹部25形成于副基板23的第1天线元件21与第2端子部24b之间且是第2天线元件22与第1端子部24a之间的区域(立体的区域)。

另外，凹部25以在X轴方向(即与各天线元件所辐射的电波的极化方向正交的方向)上延伸的方式形成。此外，在阵列天线30中也形成有与凹部25同样的凹部35(参照图2)。

在图3中示出安装端子部24包含设于第1区域的第1端子部24a和设于第2区域的第2端子部24b的例子，但安装端子部24的配置不限定于这样的配置。例如，安装端子部24也可以包含第1端子部24a和第2端子部24b中的仅任一者。

另外，在图3所示的例子中示出第1端子部24a配置于第1区域的大致整面且第2端子部24b配置于第2区域的大致整面的例子，但第1端子部24a和第2端子部24b的配置不限定于这样的配置。例如，第1端子部24a也可以配置于第1区域的一部分，第2端子部24b也可以配置于第2区域的一部分。在任一情况下，凹部25至少形成于副基板23的第1天线元件21与第2端子部24b之间的区域和第2天线元件22与第1端子部24a之间的区域中的至少一者即可。

图4是从Z轴正方向平面观察阵列天线20而得到的图。此外，从Z轴正方向平面观察阵列天线30而得到的形状与从Z轴正方向平面观察阵列天线20而得到的形状大致相同。

副基板23具有Y轴方向上的靠近第1天线元件21的第1端面23c和靠近第2天线元件22的那一侧的第2端面23d。凹部25具有Y轴方向上的靠近第1天线元件21的第1侧面25c和靠近第2天线元件22的第2侧面25d。

第1天线元件21与第1端面23c之间的Y轴方向的距离、第1天线元件21与第1侧面25c之间的Y轴方向的距离、第2天线元件22与第2端面23d之间的Y轴方向的距离以及第2天线元件22与第2侧面25d之间的Y轴方向的距离均是预定值d。

如以上那样，本实施方式的天线装置120是在形成有接地电极GND的主基板10安装副基板23而构成的。在副基板23的下表面23b的中央区域(第1天线元件21与第2天线元件22之间的区域)形成有朝向上表面23a凹陷的凹部25。因此，在各天线元件21、22(第1天线元件21和第2天线元件22各自)的排列方向外侧的端部与接地电极GND之间形成的电力线通过副基板23的外部(空气层)，另一方面，在各天线元件21、22的排列方向内侧的端部与接地电极GND之间形成的电力线也通过凹部25(空气层)。因此，与未设置凹部25的情况相比，各天线元件21、22的排列方向上的介电常数的对称性(空气层所占据的比例的平衡)变得良好。

而且，凹部25形成于副基板23的第1天线元件21与第2端子部24b之间且是第2天线元件22与第1端子部24a之间的区域。由此，能够降低第1天线元件21与第2端子部24b(配置于隔着凹部25而与第1天线元件21相对的位置的端子部)之间的耦合强度而提高第1天线元件21与第2端子部24b之间的隔离度。另外，也能够降低第2天线元件22与第1端子部24a(配置于隔着凹部25而与第2天线元件22相对的位置的端子部)之间的耦合强度而提高第2天线元件22与第1端子部24a之间的隔离度。

其结果，能够提高在形成有接地电极GND的主基板10安装配置有多个天线元件21、22的副基板23而构成的天线装置120的特性。

特别是，凹部25以在X轴方向(即与各天线元件21、22所辐射的电波的极化方向正交的方向)上延伸的方式形成。由此，也能够提高第1天线元件21与第2天线元件22之间的隔离度。

另外，通过在副基板23的下表面23b形成凹部25，能够增大主基板10的上表面10a与空气接触的表面积，因此能够提高主基板10的散热性。

另外，通过在副基板23形成凹部25，形成有凹部25的部分的强度降低，因此能够向形成有凹部25的部分集中而吸收在副基板23内产生的应力。其结果，能够降低作用于安装端子部24周边的应力而确保安装强度。

此外，本实施方式的“主基板10”、“接地电极GND”、“第1天线元件21”、“第2天线元件22”以及“副基板23”可以与本公开的“第1基板”、“接地件”、“第1天线元件”、“第2天线元件”以及“第2基板”分别对应。

另外，本实施方式的“上表面23a”、“下表面23b”、“安装端子部24”、以及“凹部25”可以与本公开的“第1面”、“第2面”、“端子部”以及“凹部”分别对应。

另外，本实施方式的“第1端子部24a”和“第2端子部24b”可以与本公开的“第1端子部”和“第2端子部”分别对应。

另外，本实施方式的“第1端面23c”、“第2端面23d”、“第1侧面25c”以及“第2侧面25d”可以与本公开的“第1端面”、“第2端面”、“第1侧面”以及“第2侧面”分别对应。

[变形例1]

也可以将由上述的凹部25和主基板10形成的空间活用为配置安装于主基板10的部件的空间。

图5是本变形例1的天线装置120A的剖视图。天线装置120A是相对于上述的实施方式的天线装置120向由凹部25和主基板10形成的空间添加经由导体51而与接地电极GND连接金属壁50而成的结构。

通过这样变形，能够将由凹部25和主基板10形成的空间活用为配置安装于主基板10的金属壁50的空间。而且，能够进一步提高第1天线元件21与第2端子部24b之间的隔离度和第2天线元件22与第1端子部24a之间的隔离度。

本变形例1的“金属壁50”可以与本公开的“部件”对应。

[变形例2]

也可以将上述的凹部25的表面设为凹凸形状而增加凹部25的表面积。

图6是本变形例2的天线装置120B的剖视图。天线装置120B是将上述的实施方式的天线装置120的凹部25变更成凹部25B而成的结构。凹部25B是将凹部25的表面变更为凹凸形状而成的结构。

通过这样变形，能够增加凹部25的表面积，因此能够进一步提高主基板10的散热性。

[变形例3]

也可以将上述的实施方式的天线装置120变更为堆叠贴片天线。

图7是本变形例3的天线装置120C的剖视图。天线装置120C是相对于上述的实施方式的天线装置120添加第3天线元件21C和第4天线元件22C而成的结构。

第3天线元件21C形成于第1天线元件21与下表面23b之间的层。第3天线元件21C与第1天线元件21一起形成单频段型或双频段型的堆叠天线。此外，单频段型是指第1天线元件21和第3天线元件21C辐射相同的频段或相同的频带的电波。双频段型是指第1天线元件21和第3天线元件21C辐射不同的频段或不同的频带的电波。

第4天线元件22C形成于第2天线元件22与下表面23b之间的层。第4天线元件22C与第2天线元件22一起形成单频段型或双频段型的堆叠天线。此外，单频段型是指第2天线元件22和第4天线元件22C辐射相同的频段或相同的频带的电波。双频段型是指第2天线元件22和第4天线元件22C辐射不同的频段或不同的频带的电波。

在这样的天线装置120C中，凹部25配置于第3天线元件21C与第4天线元件22C之间的区域。更具体而言，凹部25的深度H以比下表面23b与第3天线元件21C之间的距离h1和下表面23b与第4天线元件22C之间的距离h2大的方式形成。由此，也能够提高第3天线元件21C与第4天线元件22C之间的隔离度。

本变形例3的“第3天线元件21C”和“第4天线元件22C”可以与本公开的“第3天线元件”和“第4天线元件”分别对应。

[变形例4]

在上述的实施方式的天线装置120中，也可以使凹部25和凹部35的Y轴方向的宽度比副基板23与副基板33之间的Y轴方向的距离大。

图8是本变形例4的天线装置120D的剖视图。天线装置120D是在上述的实施方式的天线装置120中使凹部25和凹部35的Y轴方向的宽度W比副基板23与副基板33之间的Y轴方向的距离D大而成的结构。

通过这样设置，能够使由凹部25形成的空气层的体积接近在相邻的副基板23与副基板33之间形成的空气层的体积。因此，能够提高第2天线元件22的Y轴方向上的介电常数的对称性。同样，能够提高第1天线元件31的Y轴方向上的介电常数的对称性。

本变形例4的“副基板33”可以与本公开的“第3基板”对应。

[变形例5]

在上述的实施方式中说明了在凹部25与主基板10之间的区域形成有空气层的例子，但也可以向凹部25与主基板10之间的区域的至少局部填充介电常数比副基板23的介电常数小的树脂。

应该认为本次公开的实施方式在所有的方面为例示而并非限制。本发明的范围由权利要求书表示而不由上述的实施方式的说明表示，意图包含在与权利要求书同等的含义和范围内的所有的变更。

附图标记说明

1、通信装置；10、主基板；10a、23a、上表面；11、介电体；20、30、阵列天线；21、第1天线元件；21C、第3天线元件；22、第2天线元件；22C、第4天线元件；23、33、副基板；23b、下表面；23c、第1端面；23d、第2端面；24、安装端子部；24a、第1端子部；24b、第2端子部；25、25B、35、凹部；25c、第1侧面；25d、第2侧面；50、金属壁；51、导体；100、天线模块；111A、111D、113A、113D、117、开关；112AR、112DR、低噪声放大器；112AT、112DT、功率放大器；114A、114D、衰减器；115A、115D、移相器；116、分波器；118、混频器；119、放大电路；120、120A～120D、天线装置；121、天线元件。

Claims (10)

1.一种天线装置，其中，

该天线装置包括：

第1基板，其形成有在第1方向上延伸的接地件；以及

第2基板，其安装于所述第1基板，

所述第2基板具有：

第1天线元件；

第2天线元件；

第1面；以及

第2面，其与所述第1面相对，

所述第1天线元件和所述第2天线元件在所述第1方向上排列地配置于所述第1面或所述第1面与所述第2面之间的层，

在所述第2基板的所述第2面的所述第1天线元件与所述第2天线元件之间的区域形成有朝向所述第1面凹陷的凹部。

2.根据权利要求1所述的天线装置，其中，

在所述第2面配置有用于将所述第2基板安装于所述第1基板的端子部，

所述凹部形成于所述第2基板的所述第1天线元件和所述第2天线元件中的至少一者与所述端子部之间的区域。

3.根据权利要求2所述的天线装置，其中，

所述端子部包含：

第1端子部，其设于所述第2面的比所述凹部靠近所述第1天线元件的那一侧的区域；以及

第2端子部，其设于所述第2面的比所述凹部靠近所述第2天线元件的那一侧的区域，

所述凹部形成于所述第2基板的所述第1天线元件与所述第2端子部之间且是所述第2天线元件与所述第1端子部之间的区域。

4.根据权利要求1～3中任一项所述的天线装置，其中，

所述第2基板具有所述第1方向上的靠近所述第1天线元件的第1端面和靠近所述第2天线元件的第2端面，

所述凹部具有所述第1方向上的靠近所述第1天线元件的第1侧面和靠近所述第2天线元件的第2侧面，

所述第1天线元件与所述第2基板的所述第1端面之间的所述第1方向的距离和所述第1天线元件与所述凹部的所述第1侧面之间的所述第1方向的距离大致相等，

所述第2天线元件与所述第2基板的所述第2端面之间的所述第1方向的距离和所述第2天线元件与所述凹部的所述第2侧面之间的所述第1方向的距离大致相等。

5.根据权利要求1～4中任一项所述的天线装置，其中，

该天线装置还包括配置于由所述第2基板的所述凹部和所述第1基板形成的空间的部件。

6.根据权利要求1～5中任一项所述的天线装置，其中，

所述凹部的表面具有凹凸形状。

7.根据权利要求1～6中任一项所述的天线装置，其中，

所述第2基板还具有：

第3天线元件，其形成于所述第1天线元件与所述第2面之间的区域；以及

第4天线元件，其形成于所述第2天线元件与所述第2面之间的区域，

所述凹部配置于所述第3天线元件与所述第4天线元件之间的区域。

8.根据权利要求7所述的天线装置，其中，

所述凹部的深度比所述第2面与所述第3天线元件之间的距离和所述第2面与所述第4天线元件之间的距离大。

9.根据权利要求1～8中任一项所述的天线装置，其中，

该天线装置还包括在所述第1基板上与所述第2基板在所述第1方向上排列地配置的第3基板，

所述凹部的所述第1方向的宽度比所述第2基板与所述第3基板之间的所述第1方向的距离大。

10.根据权利要求1～9中任一项所述的天线装置，其中，

所述第1天线元件和所述第2天线元件辐射具有极化方向的电波，

所述凹部在与所述极化方向交叉的方向上延伸。