CN1237658C - 在器件衬底的外表面上形成有导体的天线构件 - Google Patents

Abstract

一种介质天线构件，它包括由短路导体连接起来以形成负载电感的并行的第一导体和第二导体。接地导体形成于一器件衬底的外表面上，该器件衬底上形成有导电线，该导电线包括第一导体，第二导体和短路导体。该接地导体的端接头与导电线相连，并在其前端被提供地电位。由于接地导体以与常规的短引线相类似的方式起作用，因此该介质天线构件可以提供两倍数量的辐射电阻。

Description

在器件衬底的外表面上形成有导体的天线构件

技术领域

本发明涉及一种用于接收或发射无线电波的天线构件，更具体地涉及这样一种天线构件，它具有在器件衬底的外表面上形成的导体。

背景技术

现在，移动电话或类似的无线电通信设备在普通用户中已经很普遍，并且要求降低这种无线电通信设备的尺寸和重量。无线电通信设备通过天线构件接收和发射无线电波，天线构件中导电线的总长度与用之发射或接收的无线电波的波长密切相关。

由于这个原因，鉴于单纯地降低导电线的长度会使谐振频率上升，因此在以预定频率有效地进行无线电波通信的过程中就会遇到困难。为了解决这个问题，人们发明了多种技术以降低整个天线构件的外形尺寸同时保持所需要的谐振频率。

例如，被称为螺旋形天线的天线构件有一个螺旋形的导电线，而被称为曲折式天线的天线构件则有一个曲折形的导电线。尽管这些类型的天线并没有达到降低导电线的总长度的目的，但是却充分降低了天线构件的整体外形尺寸。

还有一种被称之为介质天线的天线构件，它的导电线形成于电介质材料的表面上从而降低了导电线的长度。由于无线电波的波长在具有高介电常数或磁导率的构件中可以得以降低，因此把导电线形成于介质材料或磁性材料上或形成于其中，可以降低导电线的长度。

此外，还有一种被称之为加载天线的天线构件，它把电抗元件、电感元件或电容元件加在导电线上以降低导电线的长度。应当理解，前面所述的多种技术还可以进行组合，例如可以把天线构件的螺旋形或曲折形导电线形成于介质材料的表面上。

在另一种技术中，接地电极通过短引线与天线构件的导电线相连接，从而产生通过短引线的电流，该电流与天线构件导电线中的反方向电流是反向的。由于以这种方式在相反方向产生的反相电流可以被认为是在相同方向上产生的同相电流，因此可以增加天线构件的辐射电阻。

上述的各种技术可以改善天线构件的性能而无须徒然增加其尺寸。但是，在螺旋形天线和曲折形天线中，长导电线是被弯曲以降低所占区域的，这样导电线的相邻部分就会发生电磁耦合从而导致表面电流的增加及高频损耗。

为了解决上述问题，本发明人发明了这样一种天线构件：天线构件的导电线以不同于螺旋形或曲折形的形状形成于介质材料的表面上，并且提出了日本专利申请号为2001-026002的发明申请。本申请披露了一种这样的天线构件：天线构件包括第一导体和第二导体，二者彼此平行，并且由短路导体连接而形成加载电感。

现在参照图1和图2，下面将简要描述上面所引用的申请中披露的天线构件并作为本发明之前的未知相关技术。下面所述的天线构件由本发明人于2001年2月1日在日本提出了申请号为2001-026002的发明专利申请，于2002年1月31日在美国提出了申请号为USSN10/059423的发明专利申请。但是，该申请在这两个国家都还没有公开，因此该申请不是现有技术而只是本发明的相关技术。

上述申请中的天线构件100包括由介质材料制成的器件衬底101和位于器件衬底101的前表面和底面上的印刷线路形成的导电线102。导电线102包括：供电导体103，第一导体104，短路导体105和第二导体106，每个都连续线性地形成。

更具体一些，导电线102的供电导体103包括从器件衬底101的底面到其前表面的直线形部分，而第一导体104包括从一上端形成的直线形部分，该上端为供电导体103的端接头并且在图中向右弯曲成直角。短路导体105包括从一右端形成的线性部分，该右端为第一导体104的端接头并且在图中向上弯曲成直角，也就是沿与供电导体103相反的方向弯曲成直角，而第二导体106包括从一上端形成的线性部分，该上端为短路导体105的端接头并且在图中向左弯曲成直角，从而与第一导体104平行。

接下去，上述使用天线构件100的天线设备200包括由玻璃环氧树脂、四氟乙烯或类似化合物制成的电路板201，如图2所示。在电路板201的前表面的下半部及类似部位粘附一层铜箔以形成接地电极202。

接地电极202局部形成凹槽，在凹槽中形成用于电源电路203(例如同轴电缆)的电源电极204，电源电路203起到电源装置的作用。接下去，把天线构件100安装在电路板201的前表面上未形成接地电极202的上半部。然后，把供电导体103与电源电极204相连。

在如上所述结构的天线构件100中，由于第一导体104和第二导体106平行放置起到负载电感的作用，所以可以降低导电线102的长度。另外，由于导电线102通常被弯曲成反向的C字形，因此可以缩减整体的形状尺寸。

与曲折形天线、螺旋形天线或类似形状天线不同，尽管由于其第一导体104和第二导体106彼此平行放置而降低了尺寸，但是由于第一导体104和第二导体106彼此间隔的足够远，因此就降低了它们之间的电磁耦合，使得这种天线构件有可能实现具有高增益、高效率和宽带的无线电通信。

在天线构件100中，由于短路导体105主要用于发射和接收无线电波，发射/接收具有与图中短路导体105的纵向相垂直的水平方向上的方向性，因此，如果把象接地电极202这样的电极与短路电极105垂直放置，该导体会阻尼短路导体105发射/接收电磁波。

为了解决上述问题，应考虑到要避免在与短路导体105垂直的方向形成接地电极202和类似电极。但是，这种解决方法会导致接地电极202上可用于安装线路部件(未显示)的区域的减少。换句话讲，有必要减小天线上未形成接地电极202的安装区域以增大可用于安装线路部件的区域。

发明内容

本发明的目的是提供一种高效的介质天线构件，该构件能够在第一导体和第二导体彼此平行放置并通过短路导体相连的结构中减少天线的安装区域。

与上述的相关技术相类似，本发明的介质天线构件包括器件衬底和导电线，而导电线则至少由供电导体、第一导体、短路导体和第二导体组成。器件衬底由介质材料和磁性材料中的至少一种材料制成，上面形成有供电导体、第一导体、短路导体和第二导体。供电导体由线性导体制成，并通过其前端为其供电。第一导体与供电导体成直角连接于供电导体的端接头处，而短路导体则与第一导体成直角连接于第一导体的端接头处。第二导体与短路导体成直角连接于短路导体的端接头处，并且与第一导体平行放置，由此使第一导体、短路导体和第二导体形成为“”形结构。

在如上所述的本发明的介质天线构件中，器件衬底上还形成有接地导体，该接地导体的端接头与导电线相连，其前端施以地电位。

由于这种结构使得接地导体以与常规的短引线相类似的方式起作用，因此介质天线构件的辐射电阻得以增加。同样，还可以通过改变导电线的输入阻抗的电抗或电阻来调整阻抗匹配。同样，还可以通过改变接地导体与导电线相连的位置来调整谐振频率。另外，对于包括了由平行的第一和第二导体形成的加载电感的天线构件而言，其性能也可以得到改善。

在如上所述的介质天线构件的另一种实施方式中，把具有特定电容量的电容性导体形成在与上面形成了导电线的侧面相邻的侧面上并且形成为导电线的一部分并与第二导体的端接头相连。由此，就可以通过电容性导体的加载电容来降低导电线的长度，从而也降低了介质天线构件的尺寸。

接地导体的端接头与导电线以非接触方式电磁耦合。由于这种电磁耦合排除了把接地导体与导电线的直接相连的要求，因此就能很容易地形成接地导体。

根据本发明的第一种介质天线装置包括：介质天线构件，电路板，接地电极和地线。介质天线构件包括根据本发明的介质天线构件，和具有安装在其前表面上的介质天线构件电路板。接地电极在与介质天线构件间隔开的位置上形成于电路板的前表面上，以产生地电位。地线形成于电路板的前表面上，其前端与接地电极相连，其端接头与接地导体的前端相连。

根据本发明的第二种介质天线装置包括：器件衬底，导电线，电路板，接地电极和地线。导电线由供电导体、第一导体、短路导体和第二导体组成。器件衬底由介质材料和磁性材料中的至少一种材料制成，上面形成有供电导体、第一导体、短路导体和第二导体。供电导体由线性导体制成，并通过其前端为其供电。第一导体成直角与供电导体的端接头相连，而短路导体则成直角与第一导体的端接头相连。第二导体成直角与短路导体的端接头相连，并且与第一导体平行放置，由此使第一导体、短路导体和第二导体形成为“”形结构。电路板的前表面上安装有器件衬底。接地电极在与介质天线构件间隔开的位置上形成于电路板的前表面上以产生地电位。地线形成于电路板的前表面上，其前端与接地电极相连，其端接头与接地导体的前端相连。

在如上所述构形的本发明的介质天线装置中，由于接地电极的地电位通过地线被加在介质天线构件的接地导体上，所以介质天线构件的接地导体能够以与常规的短引线相类似的方式起作用。

在如上所述的介质天线构件的另一种实施方式中，把具有特定电容量的电容性导体形成在与上面形成了导电线的侧面相邻的侧面上并且与第二导体的端接头相连而附加地形成为导电线的一部分。由此，就可以通过电容性导体的加载电容来降低导电线的长度，从而有可能降低介质天线装置以及介质天线构件的尺寸。

同样，由于接地导体的端接头与导电线以非接触方式电磁耦合，因此接地导体不需要与导电线直接相连。因此，接地导体，例如，就可以仅形成于电路板的前表面上而不延伸至介质天线构件，由此就便于形成接地导体。

根据本发明的第三种介质天线装置包括：导电线、器件衬底、电路板、接地电极、电源电极和地线。器件衬底由介质材料和磁性材料中的至少一种材料制成，上面形成导电线。电路板的前表面上安装有器件衬底。接地电极在与器件衬底间隔开的位置上形成于电路板的前表面上以产生地电位。在电路板的前表面上，电源电极的端接头与器件衬底上的导电线相连，电源电极通过其前端被供电。地线形成于电路板的前表面上，其前端与接地电极相连，其端接头与电源电极相连。

从上述内容应当理解到，由于接地电极的地电位通过根据本发明的介质天线装置的地线被加在的电源电极上，所以地线以与常规的短引线相类似的方式起作用。另外，本发明还可以降低介质天线装置的整体尺寸，并且还可以提供更宽的带宽和更高的效率。

本发明的上述以及其他目的、特征和优点在参照下面描述本发明实施例的附图所进行的说明中将会变得更加明白。

附图说明

图1为一透视图，描述了本发明人所发明的根据未知相关技术的天线构件；

图2为一透视图，描述了本发明人所发明的根据未知相关技术的天线装置；

图3为一透视图，描述了根据本发明的一个实施例的天线装置；

图4a至图4c为描述对天线构件所作出的几处示例性修改的透视图；

图5为一透视图，描述了对天线装置的第一处示例性修改；

图6为一透视图，描述了第二处示例性修改；

图7为一透视图，描述了第三处示例性修改；

图8为一部件分解透视图，描述了第四处示例性修改；

图9为一部件分解透视图，描述了第五处示例性修改；和

图10为一部件分解透视图，描述了第六处示例性修改。

具体实施方式

下面，将参照图3和图4详细描述本发明的第一个实施例。但是首先应当说明的是，对于下面的实施例而言，其中与上述的天线构件100和天线装置200相同的部件用相同的名称表示，并省略对该部件的详细说明。

同样，在下面的实施例中，诸如前、后、右、左、上和下这样的方向都与附图相对应来参照，但是这些方向只是用于方便简化说明，根本不限制相关产品的实际生产或使用中的方向。

参照图3，与上述的天线构件100相类似，该实施例中的天线构件300包括由介质材料制成的器件衬底101和器件衬底101的前表面和底面上的导电线102。导电线102由供电导体103、第一导体104、短路导体105和第二导体106组成。

类似地，与上述天线装置200相同，该实施例中的天线装置400包括：位于电路板201的前表面的下半部和类似部位中的接地电极202，和在接地电极202的凹槽中形成的，起电源设备作用的电源电路203的电源电极204。

天线构件300安装在电路板201的前表面上未形成接地电极202的上半部。天线构件300的供电导体103与电源电极204相连。

但是，与上述的天线构件100不同，本实施例的天线构件300另外还包括形成于器件衬底101的侧面之上的接地导体301。接地导体301与导电线102相连。

更具体一些，接地导体301的端接头靠近短路导体105的前端连接，其前端位于器件衬底101的侧面和后面的边界处。

接下去，与上述的天线装置200不同，本实施例的天线装置400的地线401位于电路板201的前表面上。地线401的前端与接地电极202相连。

由于地线401的端接头与天线构件300的接地导体301的前端相连，接地电极202处的地电位便通过地线401加在天线构件300的接地导体301上。

在上述结构中，本实施例中的天线构件300与上述天线构件100相类似，因为第一导体104和第二导体106彼此平行放置，起到加载电感的作用，这样就降低了导电线102的长度，使得总体的形状尺寸更小，同时确保了所期望的谐振频率。

与曲折形天线、螺旋形天线或类似形状天线不同，尽管其形状尺寸降低了，但是由于第一导体104和第二导体106彼此平行放置且间隔的足够远，因此就降低了它们之间的电磁耦合，使得这种天线构件有可能实现具有高增益、高效率和宽带的无线电通信。

但是在本实施例的天线装置400中，接地导体301与天线构件300的导电线102的预定位置相连接，这样就通过地线401为接地导体301提供了接地电极202处的地电位。

因此，接地导体301可以起到常规的短引线的作用而增加天线构件300的辐射电阻，这样就可以通过改变导电线102的输入阻抗的电抗或电阻来调整阻抗匹配。

换句话说，由于天线构件300使用平行的第一导体104和第二导体106作为加载电感可以达到改善其性能的目的，因此即使象接地电极202这样的导体位于与短路导体105相垂直的方向上，天线构件300也可以令人相当满意地发射和接收无线电波。

因此，由于即使接地电极202位于与短路电极105相垂直的方向上，接地电极202也可以放置得离天线构件300较近，所以可以降低天线装置400的尺寸，而无须在图中向下或向横向减少接地电极202的尺寸。

本发明并不局限于上述的实施例，只要不脱离本发明的精神和范围，可以进行各种各样的变更。例如，在上述实施例中所描述的天线构件300中，导电线102由供电导体103、第一导体104、短路导体105和第二导体106组成。作为选择，如图4a-4c中所示的天线构件501-503，可以添加具有给定电容量的电容性导体507-509作为导电线504-506的部件。

在这种情况下，如图4a所示天线构件501，形成于器件衬底101顶面上的连接导体510其前端与形成于前表面上的第二导体106的端接头相连，相类似形成于器件衬底101的顶面上的电容性导体507可以与连接导体510的端接头相连。

同样，如图4b所示的天线构件502，形成于器件衬底101的整个顶面之上的电容性导体508可以直接与第二导体106相连。进一步，如图4c所示的天线构件503，形成于器件衬底101的整个顶面之上的电容性导体509还可以用作第二导体106。

注意到，上述的电容性导体507-509的电容量是在电容性导体507-509与接地电极202之间产生的，这样电容性导体507-509的电容量的变化取决于它们的尺寸和形状、与接地电极202在距离和形状方面的关系以及类似因素。

为了实际形成电容性导体507-509，电容量要通过计算机模拟或类似方法对应导电线504-506的谐振频率进行调整。

由于上述的天线构件501-503通过电容性导体507-509的加载电容降低了谐振频率，因此可以降低天线构件501-503的整体形状尺寸，同时导电线504-506的尺寸也可得以降低，但是并不会相对增加谐振频率。

同样，由于上述实施例中的示例性天线装置400是通过改变导电线102的输入阻抗的电抗和电阻值来调整阻抗匹配的，因此与地线401相连的天线构件300的接地导体301可以靠近短路导体105的前端连接。

但是，如图5中的天线装置600所示，与接地导体601相连的天线构件602的接地导体603可以与第一导体104相连。另外，作为选择，如图6所示的天线装置700，天线构件701的接地导体702可以靠近短路导体105的端接头连接。

因为，如上所述的天线装置600和700具有由从电源电极204的前端延伸至导电线102的端接头，然后返回到地线601和401的前端的路径所确定的电流通路，因此可以通过改变接地导体603和702与导电线102相连的位置，以及地线/接地导体601、603、401和702的长度来调整谐振频率。

尽管上述实施例中的天线装置400描述天线构件300的接地导体301与导电线102直接相连，但是如图7所示的天线装置800，天线构件801的接地导体802还可以与导电线102以非接触方式进行电磁耦合。

另外，尽管上述实施例中的天线装置400描述了与导电线102相连的接地导体301也可以形成于天线构件300之中，但是如图8中的天线装置900所示，仅形成于电路板201的前表面之上的地线901还可以与天线构件902的导电线504相连。

特别地，由于这种天线装置900的电容性导体507形成于天线构件902的顶面上，因此地线901很容易与电容性导体507相连。另外，当地线901以此方式与导电线504的端接头相连时，导电线504和地线901可以起到折叠式天线的作用。

连接件903与电源电极204的端接头和地线901的端接头整体形成在一起，同样形状的连接904也与天线构件902的背面上的供电导体103和电容性导体507整体形成在一起。

这些连接件903和904通过焊接把供电导体103与电源电极204进行电连接，把电容性导体507与地线901进行电连接，并确保天线构件902与电路板201整体结合在一起。

如图9中的天线装置1000所示，仅形成于电路板201的前表面上的地线1001可以以非接触方式与天线构件902的导电线504进行电磁耦合。

以这种结构，天线装置1000很容易进行生产，因为形成于电路板201上的地线1001不需直接与形成于器件衬底101上的导电线504相连。

尽管供电导体103并没有在图8和图9中示出，但是它实际上形成于器件衬底101的底面上并与电源电极204相连，如同图3和其他的一些图中所示的情况一样。

另外，由于与天线构件100的导电线102相连的电源电极204还起到天线线路的作用，因此如图10中的天线装置1100所示，形成于电路板201上的地线1101还可以与形成于电路板201的表面上的电源电极204相连。

以这种结构，通过形成更长的地线1101并限定地线1101与电源电极204的前端靠近连接的位置，所述天线装置1100很容易就能降低谐振频率，增加带宽和辐射效率以及类似特性。

另外，如上所述，由于形成比电源电极204更长的地线1101会造成天线长度的增加和谐振频率的降低，因此整个装置的尺寸都可以相对降低。假定天线装置1100以这种方式具有更低的谐振频率，那么导电线102就可以做得更宽以增加带宽。

此外，因为不需要在天线构件1100中形成接地导体并且电源电极204可以与地线1101整体形成在一起，因此可以简化天线装置1100的结构。

上述把地线1101与电路板201表面上的电源电极204相连接的结构还可以应用于不包括平行的第一导体104和第二导体106的常规介质天线。

尽管在上述的示例性实施例中，只在天线构件300和类似构件中各提供了一个接地导体301和地线401，但是可以提供多个这样的部件。由于通过接地导体301和地线401的操作，天线构件300起到与折叠式天线相类似的作用，因此增加接地导体301和地线401的数量可以增加辐射电阻改善辐射效率。作为选择，可以通过增加接地导体301和地线401的线宽来增加辐射电阻以改善辐射效率。

尽管利用专门术语对本发明的实施例进行了描述，但是这种描述只是示例性的，应当理解可以进行更改和变更而不脱离下面权利要求书的精神和范围。

Claims (15)

1.一种介质天线构件，包括：

供电导体，由线性导体制成，并通过其前端被供电；

第一导体，与所述供电导体成直角连接于所述供电导体的端接头处；

短路导体，与所述第一导体成直角连接于所述第一导体的端接头处；

第二导体，与所述短路导体成直角连接于所述短路导体的端接头处，并且与所述第一导体平行放置，由此使所述第一导体、所述短路导体和所述第二导体形成为“”形结构；

器件衬底，由介质材料和磁性材料中的至少一种材料制成，上面形成有由至少所述供电导体、所述第一导体、所述短路导体和所述第二导体组成的导电线；以及

接地导体，形成于所述器件衬底上，其端接头与所述导电线相连，其前端被提供地电位。

2.根据权利要求1的介质天线构件，进一步包括具有给定电容量的电容性导体，所述电容性导体形成在与上面形成了所述导电线的侧面相邻的侧面上并且与所述第二导体的端接头相连并形成为所述导电线的一部分。

3.根据权利要求1的介质天线构件，其特征在于，所述接地导体的端接头以非接触方式与所述导电线电磁耦合。

4.根据权利要求1的介质天线构件，其特征在于，所述接地导体由多个分别与所述导电线的多个位置相连的导体组成。

5.一种介质天线装置，包括：

根据权利要求1的介质天线构件；

电路板，所述介质天线构件安装在所述电路板的前表面上；

接地电极，形成于所述电路板的前表面上的一个与所述介质天线构件间隔开的位置上，用于产生地电位；以及

地线，形成于所述电路板的前表面上，其前端与所述接地电极相连，其端接头与所述接地导体的前端相连。

6.一种介质天线装置，包括：

供电导体，由线性导体制成，并通过其前端被供电；

第一导体，与所述供电导体成直角连接于所述供电导体的端接头处；

短路导体，与所述第一导体成直角连接于所述第一导体的端接头处；

第二导体，与所述短路导体成直角连接于所述短路导体的端接头处，并且与所述第一导体平行放置，由此使所述第一导体、所述短路导体和所述第二导体形成为“”形结构；

器件衬底，由介质材料和磁性材料中的至少一种材料制成，上面形成有由至少所述供电导体、所述第一导体、所述短路导体和所述第二导体组成的导电线；

电路板，所述器件衬底安装在所述电路板的前表面上；

接地电极，形成于所述电路板的前表面上的一个与所述介质天线构件间隔开的位置上，用于产生地电位；以及

地线，形成于所述电路板的前表面上，其前端与所述接地电极相连，其端接头与所述导电线相连。

7.根据权利要求6的介质天线装置，进一步包括具有给定电容量的电容性导体，所述电容性导体形成在与上面形成了所述导电线的侧面相邻的侧面上并且与所述第二导体的端接头相连并形成为所述导电线的一部分。

8.根据权利要求6的介质天线装置，其特征在于，所述地线的端接头以非接触方式与所述导电线电磁耦合。

9.根据权利要求6的介质天线装置，其特征在于，所述地线由多个分别与所述导电线的多个位置相连的导线组成。

10.一种介质天线装置，包括：

导电线，由线性导体制成，并通过其前端被供电；

器件衬底，由介质材料和磁性材料中的至少一种材料制成，上面形成有所述导电线；

电路板，所述器件衬底被安装在所述电路板的前表面上；

接地电极，形成于所述电路板的前表面上的一个与所述器件衬底间隔开的位置上，用于产生地电位；

电源电极，形成于所述电路板的前表面上，所述电源电极的端接头与所述器件衬底上的导电线相连，所述电源电极的前端被供电；以及

地线，形成于所述电路板的前表面上，其前端与所述接地电极相连，其端接头与所述电源电极相连。

11.根据权利要求10的介质天线装置，其特征在于，所述地线含有多个分别连接在所述电源电极的多个位置上的导线。

12.根据权利要求10的介质天线装置，其特征在于，所述地线中至少有两条分别与所述导电线和所述电源电极相连。

13.一种无线电通信设备，包括：

根据权利要求5的介质天线装置；

电源装置，用于向所述介质天线装置的供电导体供电；和

信号发射装置，用于把发射信号馈送到所述介质天线装置的导电线处。

14.一种无线电通信设备，包括：

根据权利要求5的介质天线装置；

电源装置，用于向所述介质天线装置的供电导体供电；和

信号接收装置，用于从所述介质天线装置的导电线处获取接收信号。

15.一种无线电通信设备，包括：

根据权利要求5的介质天线装置；

电源装置，用于向所述介质天线装置的供电导体供电；

信号发射装置，用于把发射信号馈送到所述介质天线装置的导电线处，以及

信号接收装置，用于从所述介质天线装置的导电线处获取接收信号。

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