TW201328022A - 天線裝置 - Google Patents

Abstract

本發明之課題為，提供一種可兼顧高性能化與薄型化或低成本化之天線裝置。本發明之解決手段為，具有：絕緣性之基板本體(2)；及接地面(GND)，在基板本體的表面，以金屬箔形成圖樣；及天線圖樣(3)，在基板本體的表面以金屬箔形成圖樣，在接地面側的基端設置饋電點(FP)而延伸；及一方側天線元件(AT1)，設於基板本體的表背面之一方，且為直接或透過通孔而連接至天線圖樣的先端之介電體天線；及另一方側導體圖樣(5B)，設於基板本體的表背面之另一方側；一方側天線元件，係具有形成於介電體的表面之一方側導體圖樣(5A)，一方側導體圖樣與另一方側導體圖樣，係透過通孔(H)而連接，全體構成為螺旋狀之導體圖樣。

Description

天線裝置

本發明係有關適於無線通訊機器的薄型化或小型化之天線裝置。

在內含行動電話或無線通訊功能之筆記型個人電腦等無線通訊機器中，伴隨其小型化，零件組裝密度也隨之提高。為求應對，例如在專利文獻1中揭示一種技術，是在介電體或磁性體所構成之基體表面，將形成有螺旋導體層之所謂晶片天線設置於基板上，而在基板上形成之接地面使晶片天線接地。

[先前技術文獻] [專利文獻]

[專利文獻1]日本專利第3758495號公報

然而，上述習知技術中，還殘留有以下課題。

近年來，對於天線裝置的進一步高性能化有很大的需求，而如習知般將晶片天線設置於基板上的情形下，可藉由使用高介電率的介電體材料、或是增加晶片天線的厚度，來使其高性能化。然而，這些應對方式的問題在於會導致高成本，且難以謀求裝置全體的薄型化、小型化。

本發明係有鑑於前述課題而創作者，目的在於提供一種天線裝置，能夠兼顧高性能化與薄型化或低成本化。

本發明為解決前述課題，而採用以下構成。也就是說，第1發明之天線裝置，其特徵為，具備：絕緣性之基板本體；及接地面，在前述基板本體的表面，以金屬箔形成圖樣；及天線圖樣，在前述基板本體的表面以金屬箔形成圖樣，在前述接地面側的基端設置饋電點而延伸；及一方側天線元件，設於前述基板本體的表背面之一方，且為直接或透過通孔而連接至前述天線圖樣的先端之介電體天線；及另一方側導體圖樣，設於前述基板本體的表背面之另一方側；前述一方側天線元件，係具有形成於介電體的表面之一方側導體圖樣，前述一方側導體圖樣與前述另一方側導體圖樣，係透過形成於前述基板本體之通孔而連接，全體構成為螺旋狀之導體圖樣。

在該天線裝置中，一方側天線元件的一方側導體圖樣與另一方側導體圖樣，彼此透過形成於基板本體之通孔而連接，全體構成為螺旋狀之導體圖樣，故螺旋狀的導體圖樣不僅在一方側天線元件的介電體，還至少包含基板本體而配置成螺旋狀，藉此，即使不增加一方側天線元件的厚度，或不使用高介電率材料，也可達成高性能化(高增益化、廣頻寬化)。

此外，第2發明之天線裝置，係在第1發明中，具 備：另一方側天線元件，係為設於前述基板本體的表背面之另一方，亦即前述一方側天線元件的相反側之介電體天線；前述另一方側天線元件，具有形成於介電體的表面之前述另一方側導體圖樣。

也就是說，在該天線裝置中，另一方側天線元件具有在介電體表面形成之另一方側導體圖樣，故會成為以一方側天線元件與另一方側天線元件包夾基板本體之狀態，藉由介於螺旋狀的導體圖樣內側之2個天線元件的介電體以及基板本體合計之厚度，而可達成高性能化。此外，在表背面分別設置天線元件，故能將天線元件的厚度減薄。又，作為表背面的各天線元件之介電體材料，能夠選擇低介電率之材料，也能因應低成本化。

第3發明之天線裝置，係在第1發明中，前述另一方側導體圖樣，係在前述基板本體的表背面之另一方，以金屬箔直接形成圖樣。

也就是說，在該天線裝置中，另一方側導體圖樣是在基板本體的表背面之另一方以金屬箔直接形成圖樣，故即使天線元件只有1個，也能藉由介於螺旋狀的導體圖樣內側之一方側天線元件的介電體以及基板本體合計之厚度，來達成高性能化。

按照本發明，可發揮以下之效果。

按照本發明之天線裝置，一方側天線元件的一方側導 體圖樣與另一方側導體圖樣，彼此透過形成於基板本體之通孔而連接，全體構成為螺旋狀之導體圖樣，故即使不增加一方側天線元件的厚度，或不使用高介電率材料，也可達成高性能化(高增益化、廣頻寬化)。是故，即使是相同的天線占有區域，也能兼顧高性能化與薄型化或低成本化。

以下參照圖1至圖8，說明本發明之天線裝置的一實施形態。

本實施形態之天線裝置1，如圖1至圖3所示，具備：絕緣性之基板本體2；及接地面GND，在基板本體2表面及背面以金屬箔形成圖樣；及天線圖樣3，在基板本體2的表面以金屬箔形成圖樣，且在接地面GND側的基端設有饋電點FP並延伸；及一方側天線元件AT1，設於基板本體2表背面的一方(表面)，且為與天線圖樣3的先端直接連接之介電體天線；及另一方側導體圖樣5B，設於基板本體2表背面的另一方側(背面側)。

此外，該天線裝置1還具備：另一方側天線元件AT2，係為設於基板本體2表背面的另一方，亦即一方側天線元件AT1的相反側之介電體天線。

而上述一方側天線元件AT1係如圖4所示，做成為晶片狀，在介電體4表面形成有一方側導體圖樣5A；另一方側天線元件AT2係如圖5所示，做成為晶片狀，在 介電體4表面形成有上述另一方側導體圖樣5B。也就是說，該些一方側天線元件AT1及另一方側天線元件AT2，係為使用了介電體4之晶片天線。另，圖4及圖5中，係將導體圖樣的部分加上陰影線而圖示。

此外，在基板本體2的表面(一方側之面)，在用來設置一方側天線元件AT1的複數個一方側銲墊部6A之對應位置，係以銅箔等形成圖樣。一方側天線元件AT1，是從略長板形狀的介電體4的上面，經由兩側面跨越至下面的一部分而形成複數個一方側導體圖樣5A，但在下面除了介電體4對應於一方側銲墊部6A之部分以外，並未形成一方側導體圖樣5A。令該一方側天線元件AT1的下面面向基板本體2的表面，將形成於一方側天線元件AT1的下面之一方側導體圖樣5A，及與它們對應之一方側銲墊部6A以銲料等接合，藉此固定一方側天線元件AT1。

此外，在基板本體2的背面(另一方側之面)，在用來設置另一方側天線元件AT2的複數個另一方側銲墊部6B之對應位置，係以銅箔等形成圖樣。另一方側天線元件AT2，是從略長板形狀的介電體4的下面，經由兩側面跨越至上面的一部分而形成複數個另一方側導體圖樣5B，但在上面除了介電體4對應於另一方側銲墊部6B之部分以外，並未形成另一方側導體圖樣5B。令該另一方側天線元件AT2的上面面向基板本體2的背面，將形成於另一方側天線元件AT2的下面之一方側導體圖樣5B，及與它們對應之另一方側銲墊部6B以銲料等接合，藉此 固定另一方側天線元件AT2。

此外，從一方側銲墊部6A連接至另一方側銲墊部6B之複數個通孔H，係形成於基板本體2，上下的一方側銲墊部6A與另一方側銲墊部6B電性導通。

一方側導體圖樣5A與另一方側導體圖樣5B，係如圖6及圖7所示，彼此透過形成於基板本體2之通孔H而連接，全體構成螺旋狀之導體圖樣。也就是說，藉由一方側導體圖樣5A、一方側銲墊部6A、通孔H、另一方側銲墊部6B及另一方側導體圖樣5B，將連接成螺旋狀之導體圖樣構成為全體。

是故，藉由包夾基板本體2之一方側天線元件AT1與另一方側天線元件AT2，全體構成一個假想的天線元件。該假想的天線元件，全體是在一方側天線元件AT1的介電體4、基板本體2、及另一方側天線元件AT2的介電體4所組合而成之介電體材料的周圍，纏繞螺旋狀之導體圖樣。該假想的天線元件中，全體厚度係為一方側天線元件AT1、基板本體2、及另一方側天線元件AT2的各厚度之合計，全體寬度係由一方側天線元件AT1的寬度、一方側銲墊部6A及另一方側銲墊部6B的寬度、及另一方側天線元件AT2的寬度所構成。

藉由全體構成為1個假想的天線元件，作為天線單元之有效長度會增長，能夠有效地抑制流至接地面GND之高頻電流的流動。因此，在接地面GND面積變小時特別有效。

上述天線圖樣3具有：第1延伸部3a，從接地面GND側的基端朝向遠離該接地面GND之方向延伸的途中，連接有第1被動元件P1及第2被動元件P2；及第2延伸部3b，先端連接至該第1延伸部3a的途中亦即比第2被動元件P2還基端側，且途中連接有第3被動元件P3，而基端在遠離饋電點FP的位置連接至接地面GND。

上述第1被動元件P1~第3被動元件P3，例如係採用電感器、電容器、電阻器或跳線等。另，本實施形態中係使用了3個上述被動元件，但使用1個或3個以上的被動元件也無妨。

此外，在天線圖樣3的先端部，也就是第1延伸部3a的先端部，設有上述之一方側天線元件AT1。此外，在該一方側天線元件AT1的相反側，設有另一方側天線元件AT2。該些一方側天線元件AT1與另一方側天線元件AT2，於它們所對應之基板本體2的表面(一方側之面)及背面(另一方側之面)，在以銅箔等形成圖樣之複數個一方側銲墊部6A與另一方側銲墊部6B上，以銲料等而接著固定。

該些一方側天線元件AT1及另一方側天線元件AT2，係為不會以所需之共振頻率自共振(self-resonance)之負載元件，例如如圖4及圖5所示般，係為在陶瓷等介電體4的表面形成有Ag等一方側導體圖樣5A及另一方側導體圖樣5B之晶片天線。該些一方側天線元件AT1及另一方側天線元件AT2，係配合共振頻率等 的設定，來選擇其長度、寬度、導體圖樣之形狀等。另，本實施形態之一方側天線元件AT1及另一方側天線元件AT2的尺寸為，橫寬：10.5mm、深度：3.0mm、高度：0.8mm。

一方側天線元件AT1及另一方側天線元件AT2，係設置成與第1延伸部3a的延伸方向正交而延伸。也就是說，一方側天線元件AT1及另一方側天線元件AT2，係沿著相向之接地面GND的端邊而平行配置。

上述基板本體2為一般之印刷基板，在本實施形態中，係採用由長方形狀之玻璃環氧樹脂等所構成之印刷基板本體。

在上述饋電點FP，例如連接有與高頻電路連接之同軸纜線的芯線，該同軸纜線的接地線連接至接地面GND。

另，本實施形態之接地面GND的尺寸為，長邊方向：71.0mm、短邊方向：54.0mm，基板本體2的厚度為0.8mm。

接下來參照圖8，說明該天線裝置1與將其內藏之框體10之間的關係。

舉例來說，如圖8(a)所示，比較例1是將在單面設置1個天線元件AT3之習知天線裝置設置於薄型的框體10內，相較於此，為了以1個天線元件來達成廣頻寬化，係如圖8(b)所示採用比較例2，將天線元件AT3變更為2倍厚度之天線元件AT4；在此情形下，框體10 內的基板本體2表面側空間不足，較厚的天線元件AT4可能會抵接框體10，而難以收納進框體10內。相較於此，如圖8(c)所示，本實施形態之天線裝置1中，是分別在基板本體2的表背面設置與天線元件AT3相同厚度之一方側天線元件AT1及另一方側天線元件AT2，故電路本體2的表面側最大厚度不變，且能利用背面側的空間，而可收納進薄型的框體10內，可兼顧廣頻寬化與小型化、薄型化。

像這樣，本實施形態之天線裝置1中，一方側天線元件AT1的一方側導體圖樣5A與另一方側導體圖樣5B，彼此透過形成於基板本體2之通孔H而連接，全體構成為螺旋狀之導體圖樣，故螺旋狀的導體圖樣不僅在一方側天線元件AT1的介電體，還至少包含基板本體2而配置成螺旋狀，藉此，即使不增加一方側天線元件AT1的厚度，或不使用高介電率材料，也可達成高性能化(高增益化、廣頻寬化)。

尤其是，在基板本體2的背面側設置另一方側天線元件AT2，而該另一方側天線元件AT2具有在介電體4表面形成之另一方側導體圖樣5B，故會成為以一方側天線元件AT1與另一方側天線元件AT2包夾基板本體2之狀態，藉由介於螺旋狀的導體圖樣內側之2個天線元件AT1、AT2的介電體4以及基板本體2合計之厚度，而可達成高性能化。此外，在表背面分別設置天線元件AT1、AT2，故能將各天線元件的厚度減薄。又，作為表背面的 各天線元件AT1、AT2之介電體材料，能夠選擇低介電率之材料，也能因應低成本化。

接下來，參照圖9，以下說明本發明之天線裝置的第2實施形態。另，以下實施形態之說明中，遇有與上述實施形態所說明之同一構成要素，則標記同一符號，並省略其說明。

第2實施形態與第1實施形態之相異點在於，第1實施形態中，是在基板本體2的表背面設置一方側天線元件AT1與另一方側天線元件AT2，使用2個天線元件，且在另一方側天線元件AT2的介電體4上形成另一方側導體圖樣5B；而在第2實施形態之天線裝置11中，如圖9所示，在基板本體2的背面(表背面的另一方之面)並未組裝另一方側天線元件AT2，另一方側導體圖樣25B是在基板本體2的背面以金屬箔直接形成圖樣。

也就是說，僅在基板本體2的表面設置一方側天線元件AT1，在背面將另一方側導體圖樣25B以銅箔等直接形成圖樣，來取代另一方側銲墊部6B。該些另一方側導體圖樣25B，分別連接至相對應之通孔H，透過通孔H與基板本體2表面所設置之一方側天線元件AT1的一方側導體圖樣5A連接，全體構成為螺旋狀之導體圖樣。

像這樣，第2實施形態的天線裝置11中，另一方側導體圖樣25B是在基板本體2的表背面之另一方以金屬箔直接形成圖樣，故即使天線元件只有1個，也能藉由介於螺旋狀的導體圖樣內側之一方側天線元件AT1的介電體4 以及基板本體2合計之厚度，來達成高性能化。是故，第2實施形態中，因為天線元件只有一個，故相較於第1實施形態能減低成本，且相較於使用相同厚度之天線元件的習知天線裝置，能夠謀求高性能化。

[實施例]

接下來，參照圖10及圖11，說明上述第1實施形態之天線裝置中，藉由模擬來解析VSWR特性(電壓駐波比)與放射圖樣之結果。

另，將第1延伸部3a的延伸方向定為Y方向、一方側天線元件AT1的延伸方向定為X方向、相對於接地面GND之垂直方向(面向表面之垂直方向)定為Z方向。解析此時相對於YZ面之垂直偏振波。

此外，各被動元件使用第1被動元件P1：8.2nH、第2被動元件P2：39nH、第3被動元件P3：3.9nH者，均為電感器。另，解析頻率為915MHz頻帶。

從它們的結果可知，可得到55MHz如此寬的頻寬，且能得到無指向性之放射圖樣。

接下來，針對圖8(a)(b)(c)所示之第1實施形態及比較例之各天線裝置，以及第2實施形態之天線裝置，將頻寬比較圖表揭示於圖12。另，圖8(a)(b)中所使用之比較例1、2的天線元件AT3、AT4，係使用在一個介電體4表面形成一方側導體圖樣5A，在背面則形成另一方側導體圖樣5B，而透過兩側面做成螺旋狀之導 體圖樣者，各被動元件均分別為相同。另，圖12中，將比較例1表記為「使用1個」、比較例2為「使用1個/厚度2倍」、第2實施形態之實施例為「使用1個+背面圖樣」、第1實施形態之實施例為「使用表背2個」。

從它們的結果可知，相較於1個較薄天線元件AT3之比較例1，使用2倍厚度的天線元件AT4之比較例2中，頻寬擴大了；又，在表背面使用一方側天線元件AT1與另一方側天線元件AT2之本發明實施例中，頻寬更加擴大，相較於比較例1改善了20%以上。

另，本發明並非由上述各實施形態及上述實施例所限定，在不脫離本發明要旨之範圍內，可施加各種變更。

舉例來說，另一方側天線元件AT2，亦可配合基板本體2的天線占有區域，而彈性地變更成其他形狀、或變更成導電體材料或他端側導體圖樣。

另，針對搭載之每部機器來變更一方側天線元件AT1與另一方側天線元件AT2，藉此，雖能改善天線性能，但會需要模具費用、設計時間等，而產生大幅成本。然而本發明中，無需變更一方側天線元件AT1與另一方側天線元件AT2，只要變更基板設計，便能容易地謀求每部機器之天線性能的高性能化，可兼顧小型化、薄型化。

此外，第2實施形態中，是僅在基板本體2表面設置一方側天線元件AT1，而在背面形成另一方側導體圖樣25B；但反過來僅在基板本體2背面設置一方側天線元件AT1，而在表面形成另一方側導體圖樣25B也無妨。在此 情形下，表面側的天線圖樣3與背面側的一方側天線元件AT1，彼此可透過通孔H進行連接而導通。

1，11‧‧‧天線裝置

2‧‧‧基板本體

3‧‧‧天線圖樣

4‧‧‧介電體

5A‧‧‧一方側導體圖樣

5B，25B‧‧‧另一方側導體圖樣

6A‧‧‧一方側銲墊部

6B‧‧‧另一方側銲墊部

AT1‧‧‧一方側天線元件

AT2‧‧‧另一方側天線元件

FP‧‧‧饋電點

GND‧‧‧接地面

H‧‧‧通孔

[圖1]本發明之天線裝置的第1實施形態中，示意天線裝置之重要部位俯視圖及底面圖。

[圖2]第1實施形態中，示意天線裝置之俯視圖及底面圖。

[圖3]第1實施形態中，示意基板本體之重要部位俯視圖及底面圖。

[圖4]第1實施形態中，示意一方側天線元件之上方觀察立體圖(a)與下方觀察立體圖(b)。

[圖5]第1實施形態中，示意另一方側天線元件之下方觀察立體圖(a)與上方觀察立體圖(b)。

[圖6]第1實施形態中，示意一方側導體圖樣、銲墊部、通孔及另一方側導體圖樣的連接之概念立體圖。

[圖7]第1實施形態中，用以說明螺旋狀導體圖樣之概念圖。

[圖8]使用1個天線元件之比較例1情形(a)、及使用2倍厚度的天線元件之比較例2情形(b)、及使用2個天線元件的第1實施形態情形(c)中，框體與厚度之間的關係示意說明圖。

[圖9]本發明之天線裝置的第2實施形態中，示意天線裝置之重要部位底面圖。

[圖10]本發明之天線裝置的實施例中，示意天線裝置的VSWR特性(電壓駐波比)之圖表。

[圖11]本發明實施例中，天線裝置的放射圖樣示意圖表。

[圖12]本發明實施例及比較例中，比較各天線裝置的頻寬之示意圖表。

1‧‧‧天線裝置

2‧‧‧基板本體

3‧‧‧天線圖樣

3a‧‧‧第1延伸部

3b‧‧‧第2延伸部

5A‧‧‧一方側導體圖樣

5B‧‧‧另一方側導體圖樣

6A‧‧‧一方側銲墊部

6B‧‧‧另一方側銲墊部

AT1‧‧‧一方側天線元件

AT2‧‧‧另一方側天線元件

FP‧‧‧饋電點

GND‧‧‧接地面

H‧‧‧通孔

Claims (3)

1. 一種天線裝置，其特徵為，具備：絕緣性之基板本體；接地面，在前述基板本體的表面，以金屬箔形成圖樣；天線圖樣，在前述基板本體的表面以金屬箔形成圖樣，在前述接地面側的基端設置饋電點而延伸；一方側天線元件，設於前述基板本體的表背面之一方，且為直接或透過通孔而連接至前述天線圖樣的先端之介電體天線；及另一方側導體圖樣，設於前述基板本體的表背面之另一方側；前述一方側天線元件，係具有形成於介電體的表面之一方側導體圖樣，前述一方側導體圖樣與前述另一方側導體圖樣，係透過形成於前述基板本體之通孔而連接，全體構成為螺旋狀之導體圖樣。
2. 如申請專利範圍第1項之天線裝置，其中，具備：另一方側天線元件，係為設於前述基板本體的表背面之另一方，亦即前述一方側天線元件的相反側之介電體天線，前述另一方側天線元件，具有形成於介電體的表面之前述另一方側導體圖樣。
3. 如申請專利範圍第1項之天線裝置，其中， 前述另一方側導體圖樣，係在前述基板本體的表背面之另一方，以金屬箔直接形成圖樣。