TW201405939A - 天線裝置及具備其之無線裝置 - Google Patents

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Abstract

本發明係一種天線裝置，其包括：供電元件，其連接於供電點；及放射元件，其遠離上述供電元件而配置；且上述供電元件藉由與上述放射元件進行電磁場耦合而對上述放射元件供電，從而上述放射元件作為放射導體而發揮功能。例如，將賦予上述供電元件之共振之基本模式之電長度設為Le21，將賦予上述放射元件之共振之基本模式之電長度設為Le22，將上述放射元件之基本模式之共振頻率下之上述供電元件或上述放射元件上之波長設為λ時，Le21為(3/8)．λ以下，且Le22於上述放射元件之共振之基本模式為偶極模式之情形時為(3/8)．λ以上且(5/8)．λ以下，於上述放射元件之共振之基本模式為迴路模式之情形時為(7/8)．λ以上且(9/8)．λ以下。

Description

天線裝置及具備其之無線裝置
本發明係關於一種天線裝置及具備其之無線裝置(例如，行動電話等可攜式無線機)。
近年來，搭載於可攜式無線機等之天線由於其個數增加，又，電路基板之積體密度提高，故而安裝於殼體表面或殼體內部等遠離電路基板之部位。
例如，專利文獻1中所揭示之天線導體(放射導體)係形成於殼體外裝面，且與設置於基板之供電接腳物理性地接觸(參照專利文獻1之圖2)。於使用此種供電接腳之情形時，為了提高施加有來自外部之衝擊時之可靠性，而利用具有彈簧接腳連接器(spring pin connector)等緩和衝擊之機構之特殊之連接端子。又，作為不使用此種特殊機構之例，有專利文獻2中所揭示之供電方式。
專利文獻2之天線裝置係於殼體形成有放射導體，又，於在電路基板上垂直地豎立之供電線之前端配置有電容板(參照專利文獻2之圖1)。藉由電容板與放射導體進行電容耦合，而以非接觸之方式對放射導體供電，因此非接觸供電方式可謂耐衝擊之構造。尤其，於對殼體利用玻璃或陶瓷等脆性材料，且於殼體形成天線之情形時，若以供電接腳等進行供電，則於自外部施加有較強之衝擊時應力會集中於殼體之1點，由此可能導致殼體破損，天線亦無法動作。作為避免此種問題之方法，非接觸供電可謂非常有效。
先前技術文獻 專利文獻
專利文獻1：日本專利特開2009-060268號公報
專利文獻2：日本專利特開2001-244715號公報
然而，於使放射導體與電容板電容耦合之供電方式中，因製造上之誤差等，而導致放射導體與電容板之相對位置關係、尤其是間隔偏離設計值，由此導致電容值產生較大變化。其結果，有無法取得阻抗匹配之虞。又，即便因使用引起之振動等而導致放射導體與電容板之相對位置關係產生變化，亦有產生相同情況之虞。
因此，本發明之目的在於提供一種可實現就與放射導體之位置關係而言具有較高之位置穩固性之非接觸供電的天線裝置及具備其之無線裝置。
為了達成上述目的，本發明提供一種天線裝置及具備其之無線裝置，該天線裝置包括：供電元件，其連接於供電點；及放射元件，其遠離上述供電元件而配置；且上述供電元件藉由與上述放射元件進行電磁場耦合而對上述放射元件供電，從而上述放射元件作為放射導體而發揮功能。
根據本發明，可實現就與放射導體之位置關係而言具有較高之位置穩固性之非接觸供電。
1、3、4、5、6、8‧‧‧天線裝置
2、7‧‧‧無線通訊裝置
12‧‧‧接地面
12a、12b‧‧‧緣部
14‧‧‧供電點
15‧‧‧匹配電路
21、21-1、21-2‧‧‧供電元件
21a、21b‧‧‧供電元件之端部
22、22-1、22-2、22-A1、22-A2、22-B1、22-B2、24‧‧‧放射元件
22a、22b‧‧‧放射元件之端部
23‧‧‧導體部分
30、330‧‧‧殼體
31、331‧‧‧覆蓋玻璃
32‧‧‧顯示器(圖像顯示部之一例)
33‧‧‧背蓋
34、35‧‧‧其他天線元件
36‧‧‧供電部
40、140‧‧‧微帶線
41、141、341‧‧‧帶狀導體
42、142、342‧‧‧接地面
42a、142a、342a‧‧‧緣部
43、343‧‧‧樹脂基板
44、144、344‧‧‧供電點
51、151、351‧‧‧供電元件
52、152、252、352‧‧‧放射元件
61、161‧‧‧覆蓋基板
71‧‧‧支柱
90‧‧‧中央部
143‧‧‧基板
151a、151b、152a、152b‧‧‧端部
151c‧‧‧彎曲部
L1‧‧‧橫向長度
L2‧‧‧縱向長度
L3、L4、L5、L11、L12、L21、L22、L51、L52、L53、L54、L61、L62、L63、L64、L65、L66、L67、L68、L69、L70、 L81、L82、L83、L84、L85、L86、L87、L88、L91、L92、L93、L94、L95‧‧‧長度
W1、W2、W3、W4、W5、W6‧‧‧寬度
X、Y、Z‧‧‧軸
圖1A係一實施形態之天線裝置之解析模型之立體圖。
圖1B係一實施形態之天線裝置之解析模型之立體圖。
圖2係一實施形態之供電元件之S11特性圖。
圖3係一實施形態之天線裝置之S11特性圖。
圖4係供電元件與放射元件之最短距離D1和放射元件之動作增益之關係圖。
圖5A係供電元件與放射元件之交叉角度為+90°時之天線裝置之實施形態。
圖5B係供電元件與放射元件之交叉角度為+45°時之天線裝置之實施形態。
圖5C係供電元件與放射元件之交叉角度為0°時之天線裝置之實施形態。
圖5D係供電元件與放射元件之交叉角度為-45°時之天線裝置之實施形態。
圖5E係供電元件與放射元件之交叉角度為-90°時之天線裝置之實施形態。
圖6係透視性地表示天線裝置對無線裝置之安裝例之前視圖。
圖7係模式性地表示天線裝置對無線裝置之安裝例之側視圖。
圖8A係模式性地表示天線裝置對無線裝置之安裝例之側視圖。
圖8B係模式性地表示天線裝置對無線裝置之安裝例之側視圖。
圖9A係透視性地表示以一個供電元件對複數個放射元件供電之情形時之安裝例的前視圖。
圖9B係透視性地表示以一個供電元件對複數個放射元件供電之情形時之安裝例的前視圖。
圖10A係透視性地表示將複數個天線裝置安裝於一個無線裝置之例之前視圖。
圖10B係透視性地表示將複數個天線裝置安裝於一個無線裝置之 例之前視圖。
圖10C係透視性地表示將複數個天線裝置安裝於一個無線裝置之例之前視圖。
圖11係透視性地表示以與天線裝置之放射元件正交之方式配置之其他天線元件之安裝例的前視圖。
圖12係模式性地表示放射元件與其他天線元件之高度方向上之位置關係之側視圖。
圖13係實際製作之天線裝置之立體圖。
圖14係透視性地表示圖13之天線裝置之構成之俯視圖。
圖15係第1製品之S11特性圖。
圖16係第2製品之S11特性圖。
圖17係第3製品之S11特性圖。
圖18係表示Y軸方向之位置穩固性之S11特性圖。
圖19係表示X軸方向之位置穩固性之S11特性圖。
圖20係一實施形態之天線裝置之解析模型之立體圖。
圖21係圖20之天線裝置之S11特性圖。
圖22係供電元件之基本模式之共振頻率f21與放射元件之2次模式之共振頻率f12之頻率比p、和利用放射元件之共振頻率f11、f12分別計算所得之S11的關係圖。
圖23係頻率比p之上限值p2和使供電元件與放射元件之最短距離標準化所得之值x之關係圖。
圖24係一實施形態之天線裝置之立體圖。
圖25係圖24之天線裝置之S11特性圖。
圖26係一實施形態之天線裝置之解析模型之俯視圖。
圖27係圖26之天線裝置之S11特性圖。
圖28係一實施形態之無線裝置之立體圖。
圖29係構成圖28之無線裝置之天線裝置之S11特性圖。
以下，按照圖式說明本發明之實施形態。
圖1A係表示用以解析作為本發明之一實施形態之天線裝置1之動作的電腦上之模擬模型之立體圖。作為電磁場模擬器，使用Microwave Studio(註冊商標)(CST公司)。
天線裝置1包括：供電點14、接地面(ground plane)12、放射元件22、對放射元件22供電之供電部36、及自放射元件22於Z軸方向上隔開特定距離而配置之作為導體之供電元件21。供電部36係相對於放射元件22單獨體之供電部位，而非作為天線裝置1之供電部位。作為天線裝置1之供電部位為供電點14。
再者，於圖1A之情形時，放射元件22與供電元件21於Z軸方向上之俯視時重複，但供電元件21只要與放射元件22隔開可進行電磁場耦合之距離，則亦可不必於Z軸方向上之俯視時重複。例如，亦可於X軸或Y軸方向等任意方向上之俯視時重複。
放射元件22係以沿著接地面12之緣部12a之方式配置之線狀之天線導體部分，且係具有導體部分23之線條導體，該導體部分23於向例如Y軸方向側隔開特定之最短距離之狀態下與緣部12a平行地沿X軸方向延伸。藉由使放射元件22具有沿著外緣部12a之導體部分23，而可容易地控制例如天線裝置1之指向性。於圖1A中例示有直線狀之放射元件22，但放射元件22可為L字狀等其他形狀。
供電元件21係連接於以接地面12作為接地基準之供電點14之元件，且係可經由供電部36藉由電磁場耦合對放射元件22供電之線狀導體。於圖1A之情形時，供電元件21係以連接於供電點14之端部21a作為起點而沿Y軸方向直線地延伸至端部21b之線條導體。端部21b係未連接其他導體之開放端。
供電點14係連接於利用接地面12之特定之傳輸線路或供電線等之供電部位。作為特定之傳輸線路之具體例，可列舉微帶線(microstrip line)、帶狀線(strip line)、附有接地面之共平面形波導(coplanar waveguide)(於與導體面為相反側之表面配置有接地面之共平面形波導)等。作為供電線，可列舉饋線或同軸電纜。
供電元件21經由供電點14而連接於例如安裝於基板之供電電路(例如，IC(Integrated Circuit，積體電路)晶片等積體電路)。供電元件21與供電電路亦可經由上述不同之複數種傳輸線路或供電線而連接。又，供電元件21藉由電磁場耦合對放射元件22供電。
於圖1A中例示有在XY平面內延伸之方形之接地面12。又，於圖1A中例示有相對於接地面12之緣部12a呈直角且沿與Y軸平行之方向延伸之線狀導體即供電元件21、及相對於供電元件21之延伸方向呈直角且沿與X軸平行之方向延伸之線狀導體即放射元件22。
供電元件21與放射元件22係以可彼此電磁場耦合之距離隔開配置。放射元件22係由供電部36經由供電元件21並藉由電磁場耦合以非接觸之方式供電。藉由以此方式進行供電，從而放射元件22作為天線之放射導體而發揮功能。如圖1A所示，於放射元件22為連結2點間之線狀導體之情形時，與半波長偶極天線相同之共振電流(分佈)形成於放射元件22上。即，放射元件22作為以特定頻率之半波長共振之偶極天線而發揮功能(以下，稱為偶極模式)。又，如圖1B所示之天線裝置8般，放射元件亦可為環狀導體。於圖1B中例示有環狀之放射元件24。於放射元件為環狀導體之情形時，與環形天線(loop antenna)相同之共振電流(分佈)形成於放射元件上。即，放射元件24作為以特定頻率之1波長共振之環形天線而發揮功能(以下，稱為迴路模式(loop mode))。
所謂電磁場耦合係指利用電磁場之共鳴現象之耦合，例如於非 專利文獻(A.Kurs,et al, "Wireless Power Transfer via Strongly Coupled Magnetic Resonances," Science Express,Vol.317,No.5834,pp.83-86,Jul.2007)中有所揭示。電磁場耦合亦被稱為電磁場共振耦合或電磁場共鳴耦合，且係如下技術：若使以相同之頻率共振之共振器彼此接近，並使一共振器共振，則經由共振器間作出之近場(非放射場區域)中之耦合，而對另一共振器傳輸能量。又，所謂電磁場耦合，意指除靜電電容耦合或利用電磁感應之耦合以外之利用高頻下之電場及磁場之耦合。再者，此處之所謂「除靜電電容耦合或利用電磁感應之耦合以外」，並非意指完全排除該等耦合，而是指小至不會造成影響之程度。供電元件21與放射元件22之間之介質既可為空氣，亦可為玻璃或樹脂材料等介電體。再者，較佳為於供電元件21與放射元件22之間不配置接地面或顯示器等導電性材料。
藉由使供電元件21與放射元件22進行電磁場耦合，而可獲得相對於衝擊較強之構造。即，藉由利用電磁場耦合，不使供電元件21與放射元件22物理性地接觸即可使用供電元件21對放射元件22供電，因此與必需物理性接觸之接觸供電方式相比，可獲得相對於衝擊較強之構造。
又，以電磁場耦合供電之情形與以靜電電容耦合供電之情形相比，對於供電元件21與放射元件22之相隔距離(耦合距離)之變化，動作頻率下之放射元件22之動作增益(天線增益)不易降低。此處，所謂動作增益係藉由天線之放射效率×回程損耗(return loss)而算出之量，且係以天線相對於輸入電力之效率進行定義之量。因此，藉由使供電元件21與放射元件22進行電磁場耦合，可提高決定供電元件21與放射元件22之配置位置之自由度，亦可提高位置穩固性。再者，所謂位置穩固性較高，意指即便供電元件21及放射元件22之配置位置等產生偏移，對放射元件22之動作增益造成之影響亦較低。又，由於決定供電 元件21與放射元件22之配置位置之自由度較高，故而就可容易地縮小天線裝置1之設置所需之空間之方面而言較為有利。又，藉由利用電磁場耦合，即便不構成電容板等多餘之零件，亦可使用供電元件21對放射元件22供電，因此與以靜電電容耦合供電之情形相比，能夠以簡易之構成進行供電。
又，於圖1A之情形時，供電元件21對放射元件22供電之部位即供電部36位於放射元件22之一端部22a與另一端部22b之間之中央部90以外之部位(中央部90與端部22a或端部22b之間之部位)。如此，藉由使供電部36位於放射元件22之基本模式之共振頻率下之成為阻抗最低之部分(於此情形時，為中央部90)以外的放射元件22之部位，而可容易地取得天線裝置1之阻抗匹配。供電部36係以放射元件22與供電元件21最接近之放射元件22之導體部分中最靠近供電點14之部分進行定義之部位。
於偶極模式之情形時，放射元件22之阻抗隨著自放射元件22之中央部90向端部22a或端部22b之方向離開而變高。於電磁場耦合中之高阻抗下之耦合之情形時，即便供電元件21與放射元件22間之阻抗略微變化，只要以一定程度以上之高阻抗進行耦合，則對阻抗匹配之影響亦較小。由此，為了容易地取得匹配，放射元件22之供電部36較佳為位於放射元件22之高阻抗之部分。
例如，為了容易地取得天線裝置1之阻抗匹配，供電部36位於自放射元件22之基本模式之共振頻率下之成為阻抗最低之部分(於此情形時為中央部90)隔開放射元件22之全長之1/8以上(較佳為1/6以上，進而較佳為1/4以上)之距離的部位即可。於圖1A之情形時，放射素元件22之全長相當於L22，供電部36相對於中央部90位於端部22a側。
另一方面，如專利文獻2般，若以如靜電電容耦合之低阻抗下之耦合取得阻抗匹配，則例如於電容板與放射導體之距離即便略微地變 遠之情形時，電容亦會變小，電容板與放射導體間之阻抗變高而無法取得阻抗匹配。
較佳為，將賦予供電元件21之共振之基本模式之電長度設為Le21，將賦予放射元件22之共振之基本模式之電長度設為Le22，將放射元件22之基本模式之共振頻率f11下之供電元件21或放射元件22上之波長設為λ時，則Le21為(3/8)．λ以下，且Le22於放射元件22之共振之基本模式為偶極模式之情形時，為(3/8)．λ以上且(5/8)．λ以下，於放射元件22之共振之基本模式為迴路模式之情形時，為(7/8)．λ以上且(9/8)．λ以下。
上述Le21較佳為(3/8)．λ以下。又，於欲包含接地面12之有無對供電元件21之形狀賦予自由度之情形時，更佳為(1/8)．λ以上且(3/8)．λ以下，特佳為(3/16)．λ以上且(5/16)．λ以下。若Le21為該範圍內，則供電元件21於放射元件22之設計頻率(共振頻率f11)下良好地共振，因此供電元件21與放射元件22不依存於天線裝置1之接地面12而產生共鳴，從而獲得良好之電磁場耦合，故而較佳。
又，於以緣部12a沿著放射元件22之方式形成接地面12之情形時，供電元件21藉由與緣部12a之相互作用，而可於供電元件21與接地面上形成共振電流(分佈)，且與放射元件22產生共鳴而進行電磁場耦合。因此，供電元件21之電長度Le21之下限值並無特別，只要為供電元件21可與放射導體22物理性地進行電磁場耦合之程度之長度即可。又，所謂實現電磁場耦合，意指取得匹配。又，於此情形時，無需與放射元件22之共振頻率相配合地設計供電元件21之電長度，而可將供電元件21作為放射導體自由地設計，因此可容易地實現天線裝置1之多頻化。再者，較佳為沿著放射元件22之接地面12之緣部12a與供電元件21之電長度合計為設計頻率(共振頻率f11)之(1/4)．λ以上之長度。
再者，於不包含匹配電路等之情形時，供電元件21之物理長度L21係於將放射元件之基本模式之共振頻率下之真空中之電波之波長設為λ0，將由安裝之環境所引起之波長縮短效果之縮短率設為k1時，由λg1=λ0．k1決定。此處，k1係根據供電元件21之環境之有效相對介電常數(εr1)及有效相對磁導率(μr1)等設置有供電元件之介電體基材等介質(環境)之相對介電常數、相對磁導率、及厚度、共振頻率等而算出之值。即，L21為(3/8)．λg1以下。再者，縮短率既可根據上述物性算出，亦可藉由實測而求出。例如，亦可測定成為設置於欲測定縮短率之環境之對象之元件的共振頻率，且於每個任意頻率之縮短率既知之環境中測定相同元件之共振頻率，根據該等共振頻率之差算出縮短率。
供電元件21之物理長度L21係賦予Le21之物理性長度，於不包含其他要素之理想之情形時與Le21相等。於供電元件21包含匹配電路等之情形時，L21較佳為超過零且為Le21以下。L21可藉由利用電感器等匹配電路而縮短(縮小尺寸)。
又，上述Le22於放射元件之共振之基本模式為偶極模式(如放射元件之兩端為開放端之線狀導體)之情形時，較佳為(3/8)．λ以上且(5/8)．λ以下，更佳為(7/16)．λ以上且(9/16)．λ以下，特佳為(15/32)．λ以上且(17/32)．λ以下。又，若考慮高次模式，則上述Le22較佳為(3/8)．λ．m以上且(5/8)．λ．m以下，更佳為(7/16)．λ．m以上且(9/16)．λ．m以下，特佳為(15/32)．λ．m以上且(17/32)．λ．m以下。其中，m為高次模式之模態數，且為自然數。m較佳為1~5之整數，特佳為1~3之整數。於m=1之情形時為基本模式。只要Le22為該範圍內，則放射元件22充分地發揮作為放射導體之功能，且天線裝置1之效率良好，故而較佳。
又，同樣地，於放射元件之共振之基本模式為迴路模式(放射元 件為環狀導體)之情形時，上述Le22較佳為(7/8)．λ以上且(9/8)．λ以下，更佳為(15/16)．λ以上且(17/16)．λ以下，特佳為(31/32)．λ以上且(33/32)．λ以下。又，關於高次模式，上述Le22較佳為(7/8)．λ．m以上且(9/8)．λ．m以下，更佳為(15/16)．λ．m以上且(17/16)．λ．m以下，特佳為(31/32)．λ．m以上且(33/32)．λ．m以下。
再者，放射元件22之物理長度L22係於將放射元件之基本模式之共振頻率下之真空中之電波之波長設為λ0，將由安裝之環境引起之縮短效果之縮短率設為k2時，由λg2=λ0．k2決定。此處，k2係根據放射元件22之環境之有效相對介電常數(εr2)及有效相對磁導率(μr2)等設置有放射元件之介電體基材等介質(環境)之相對介電常數、相對磁導率、及厚度、共振頻率等而算出之值。即，L22於放射元件之共振之基本模式為偶極模式之情形時，為(3/8)．λg2以上且(5/8)．λg2以下，於放射元件之共振之基本模式為迴路模式之情形時，為(7/8)．λg2以上且(9/8)．λg2以下。放射元件22之物理長度L22係賦予Le22之物理性長度，於不包含其他要素之理想之情形時與Le22相等。L22即便藉由利用電感器等匹配電路而縮短，亦較佳為超過零且為Le22以下，特佳為Le22之0.4倍以上且1倍以下。於圖1B所示之環狀放射元件24之情形時，L22相當於放射元件24之內周側之周長。
例如，關於使用相對介電常數=3.4、tanδ=0.003、基板厚0.8mm之BT resin(註冊商標)CCL-HL870(M)(三菱氣體化學製造)作為介電體基材之情形時的L21之長度，於將供電元件21用作放射導體之情形時之供電元件之設計頻率設為3.5GHz時為20mm，關於L22之長度，於將放射元件22之設計頻率設為2.2GHz時為34mm。
又，於如圖1A、圖1B所示般可利用供電元件21與接地面12之緣部12a之相互作用之情形時，亦可如上述般使供電元件21作為放射元件發揮功能。放射元件22係藉由供電元件21以供電部36藉由非接觸之 電磁場耦合進行供電，藉此於例如圖1A之情形時作為λ/2偶極天線而發揮功能之放射導體。另一方面，供電元件21係可對放射元件22供電之線狀之供電導體，且係藉由以供電點14對其供電而亦可作為單極天線(例如，λ/4單極天線)發揮功能之放射導體。關於該方面，使用圖2、圖3進行說明。
圖2係於模擬上獲得之供電元件21之S11特性。再者，所謂S11特性係高頻電子零件等之特性之一種，於本說明書中以對於頻率之反射損耗(回程損耗)表示。圖2係於自圖1A之天線裝置1之構成中去除放射元件22後之構成中，關於以供電元件21之端部21a與接地面12之緣部12a間之供電點14進行間隙供電時之S11特性的計算結果。藉由將設計頻率設為3.75GHz，將供電元件21之L21設定為20mm(=λ0/4)，如圖2所示，可使供電元件21作為利用接地面12之λ/4單極天線(放射元件)進行動作。
圖3係於如圖2般在作為λ/4單極天線發揮功能之供電元件21上追加有與接地面12之緣部12a平行之放射元件22之構成中，關於以供電點14進行間隙供電時之S11特性之計算結果。此時，以自Z軸方向觀察時，放射元件22之一端部22a重疊於供電元件21之端部21a與21b之間之方式，將放射元件22相對於供電元件21於Z軸方向上隔開可進行電磁場耦合之距離而配置。藉由將設計頻率設為3GHz，將放射元件22之L22設定為50mm(=λ0/2)，如圖3所示，可使放射元件22於2~2.5GHz之頻帶中共振。即，即便使供電元件21作為放射元件發揮功能，亦可使放射元件22作為天線發揮功能。又，於將放射元件22之共振頻率設定為f1、將供電元件21之共振頻率設定為f2之情形時，可於頻率f2下利用供電元件之放射功能。
於不包含匹配電路等之情形時，利用供電元件21之放射功能時之物理長度L21係於將供電元件21之共振頻率f2下之真空中之電波之 波長設為λ1，將由安裝之環境所引起之縮短效果之縮短率設為k1時，由λg3=λ1．k1決定。此處，k1係根據供電元件21之環境之有效相對介電常數(εr1)及有效相對磁導率(μr1)等設置有供電元件之介電體基材等介質(環境)之相對介電常數、相對磁導率、及厚度、共振頻率等而算出之值。即，L21為(1/8)．λg3以上且(3/8)．λg3以下，較佳為(3/16)．λg3以上且(5/16)．λg3以下。供電元件21之物理長度L21係賦予Le21之物理性長度，於不包含其他要素之理想之情形時與Le21相等。於供電元件21包含匹配電路等之情形時，L21較佳為超過零且為Le21以下。L21可藉由利用電感器等匹配電路而縮短(縮小尺寸)。
再者，於解析圖2、圖3時之模擬條件下，圖1A之接地面12係設為橫向長度L1為100mm、縱向長度L2為150mm之無厚度之假想導體。又，將接地面12之緣部12a與供電元件21之端部21a之間隔設為1mm。又，設為亦無介電體基材者。
又，於將放射元件22之基本模式之共振頻率下之真空中之電波波長設為λ0之情形時，供電元件21與放射元件22之最短距離x(>0)較佳為0.2×λ0以下(更佳為0.1×λ0以下，進而較佳為0.05×λ0以下)。藉由將供電元件21與放射元件22隔開此種最短距離x進行配置，就使放射元件22之動作增益提高之方面而言較為有利。
再者，所謂最短距離x係於供電元件21與放射元件22中最接近之部位間之直線距離。
圖4係表示最短距離x與放射元件22之動作增益之關係之圖表。 此處之動作增益係考慮天線之反射損耗之放射效率，於將放射效率設為η、將反射係數設為「時係利用η×(1-|「|2)而算出之數值。於解析圖4時之模擬條件下，圖1A之接地面12係設為橫向長度L1為100mm、縱向長度L2為150mm之無厚度之假想導體。又，將接地面12之緣部12a與供電元件21之端部21a之間隔設為1mm。又，以供電點14 進行間隙供電，且於供電點14與供電元件21之端部21a之間串聯地插入連接有用以匹配之具有20nH之電感之匹配電路15。又，將供電元件21之L21設為5mm，將放射元件22之L22設為50mm。如此，藉由適當地調整連接於供電元件21之匹配電路，即便縮短供電元件21之L21亦可進行電磁場耦合，因此可減小供電元件21之安裝面積，從而減少基板之專有面積。
此處，表示了電感之例，但元件並不限定於電感器，亦可利用電容器。又，此處係串聯地插入電感器，但電路方式並不限定於此，當然可利用迄今為止已知之匹配技術。進而，藉由電子性地變更該匹配電路之常數，即便供電元件之長度相同，亦可相應地變更動作頻率或頻帶。藉此，可實現可調頻天線。
又，以自Z軸方向觀察時，放射元件22之一端部22a重疊於供電元件21之端部21a與21b之間之方式，放射元件22相對於供電元件21於Z軸方向上隔開配置。因此，於此情形時，最短距離x相當於放射元件22之供電元件21側之端部22a與供電元件21之放射元件22側之端部21b之直線距離。
圖4之資料係藉由在固定供電元件21之位置之狀態下使放射元件22自供電元件21沿Z軸方向平行移動，而使最短距離x變化，從而計算放射元件22之動作增益所得之結果。圖4之縱軸係將電波頻率設定為2.6GHz時之放射元件22之動作增益。圖4之橫軸之最短距離x係以1波長進行標準化所得之值(換算成平均1波長之距離所得之值)。
如圖4所示，可知隨著放射元件22自供電元件21離開，兩元件間之電磁場耦合之耦合強度變弱，因此放射元件22之動作增益降低。如此，若最短距離x為0.2×λ0以下(更佳為0.1×λ0以下，進而較佳為0.05×λ0以下)，則就使放射元件22之動作增益提高之方面而言較為有利。
又，供電元件21與放射元件22以最短距離x並行之距離較佳為放射元件22之物理長度之1/4以下。更佳為1/8以下，進而較佳為1/16以下。成為最短距離x之位置係供電元件21與放射元件22之耦合較強之部位，若以最短距離x並行之距離較長，則會與放射元件22之阻抗較高之部分及較低之部分之兩者較強地耦合，因此存在無法取得阻抗匹配之情形。由此，為了僅與放射元件22之阻抗之變化較少之部位較強地耦合，就阻抗匹配之方面而言以最短距離x並行之距離較短更為有利。
圖5A至圖5E係表示5種供電元件21與放射元件22之交叉角度不同之天線裝置之實施形態變化者。於圖5A至圖5E之情形時，使距離放射元件22之端部22a 10mm之前端部以供電元件21之前端部21b為中心進行旋轉。供電元件21與放射元件22不管以何種角度相交，只要兩元件進行電磁場耦合，則放射元件22之動作增益亦可確保所期望之值。又，即便使交叉角度變化，亦幾乎不會對放射元件22之動作增益之特性造成影響。
圖6係無線通訊裝置2之前視圖，且係表示天線裝置1向無線通訊裝置2之安裝例者。圖6係為了易於觀察供電元件21及放射元件22、以及接地面12等天線裝置1之構成要素之配置位置而透視性地表示之圖。再者，此處圖示之接地面係表示未圖示之電路基板之接地面，該接地面與未圖示之系統之接地面電性連接，天線裝置之接地面意指系統之接地面。
無線通訊裝置2係人可攜帶之無線裝置。作為無線通訊裝置2之具體例，可列舉資訊終端機、行動電話、智慧型手機、電腦、遊戲機、電視、音樂或影像之播放器等電子機器。
無線通訊裝置2包括殼體30、內置於殼體30之顯示器32及覆蓋顯示器32之圖像顯示面之整個面之覆蓋玻璃31。此處，所謂殼體30係形 成無線通訊裝置2之外形之一部分或全部之構件，且係收納並保護具有接地面12之電路基板等之容器。但是，殼體30亦可包含複數個零件，作為該零件，亦可包含背蓋33。
顯示器32亦可為具有觸控感測器功能者。覆蓋玻璃31係以使用者可視認顯示於顯示器32中之圖像之程度透明或半透明之介電體基板，且係積層配置於顯示器32上之平板狀構件。又，覆蓋玻璃31係以與殼體30之外形相同或小一圈之尺寸形成。
再者，關於覆蓋玻璃31之面之定義，將覆蓋玻璃31之外側、即與搭載有顯示器32之側之面為相反側之面設為第1面，將搭載有顯示器32之側之面設為第2面。
於將放射元件22形成於覆蓋玻璃31之第2面之情形時，圖6中所例示之供電元件21係包含與接地面12之緣部12a平行之導電部位而構成，於自Z軸方向對向地觀察顯示器32時，相對於顯示器32之外緣而配置於內側。然而，供電元件21於自Z軸方向對向地觀察顯示器32時，亦可相對於顯示器32之外緣而配置於外側，或亦可自內側朝向外側跨過顯示器32之外緣而配置。
另一方面，於圖6之情形時，放射元件22係包含與接地面12之緣部12b平行之導電部位而構成，於自Z軸方向對向地觀察顯示器32時，相對於顯示器32之外緣而配置於外側。藉此，可使放射元件22遠離形成有接地面12之未圖示之電路基板或顯示器32，因此就雜訊干擾之方面而言較為有利。然而，放射元件22於自Z軸方向對向地觀察顯示器32時，亦可相對於顯示器32之外緣而配置於內側，或亦可為具有自內側朝向外側跨過顯示器32之外緣之導體部位者。
又，於在形成無線通訊裝置2之外形之一部分或全部之殼體之一部分使用金屬之情形時，放射元件亦可為該殼體之一部分金屬。近年來，於智慧型手機等中安裝天線之區域受限，因此藉由將使用於殼體 之金屬用作放射元件，而可有效地利用空間。
作為本發明之無線裝置之較佳之一態樣，可列舉如下無線裝置，如圖6所示，該無線裝置包括殼體30、內置於殼體30之顯示器32及覆蓋顯示器32之圖像顯示面之覆蓋玻璃31，且作為本發明之一態樣之天線裝置1之供電元件21配置於殼體30之內部，且天線裝置1之放射元件22安裝於無線裝置之覆蓋玻璃31之表面(surface)(特佳為覆蓋玻璃31之第2面)。
圖7、圖8A、圖8B係關於天線裝置1及無線通訊裝置2之各構成要素，例示與Z軸平行之高度方向上之位置關係之圖。
圖7係模式性地表示將天線裝置1之放射元件22安裝於無線通訊裝置2之覆蓋玻璃31側之例的側視圖。於圖7之情形時，配置於覆蓋玻璃31之周緣部之放射元件22係平面性地設置於覆蓋玻璃31之顯示器32側之第2面。然而，放射元件22亦可設置於覆蓋玻璃31之與顯示器32為相反側之第1面，或亦可設置於覆蓋玻璃31之邊緣側面。此處，放射元件22較佳為如圖6及圖7所示般如具有沿著接地面12之緣部之部位之配置。藉由設為此種配置，例如可控制天線之指向性。
於將放射元件22設置於覆蓋玻璃31之表面(surface)之情形時，放射元件22可將銅或銀等導電膏塗佈於覆蓋玻璃31之表面(surface)並進行煅燒而形成。作為此時之導電膏，利用能以覆蓋玻璃中所利用之化學強化玻璃之強化不變弱之程度之溫度進行煅燒之可低溫煅燒的導電膏即可。又，為了防止因氧化所致之導體之劣化，亦可實施鍍敷等。或者，亦可經由接著層等使銅或銀等箔狀者形成於覆蓋玻璃31之表面(surface)。又，亦可對覆蓋玻璃31實施加飾印刷，且亦可於經加飾印刷之部分形成導體。又，於在覆蓋玻璃31之周緣形成有黑色遮蔽膜以隱藏配線等之情形時，放射元件22亦可形成於黑色遮蔽膜上。
圖8A、圖8B係模式性地表示將天線裝置1之放射元件22安裝於無 線通訊裝置2之背蓋33側之例的側視圖。再者，關於背蓋33之面之定義，將背蓋33之內側、即顯示器32側之面設為第1面，將與其相反之面設為第2面。於圖8A、圖8B之情形時，配置於無線通訊裝置2之背蓋33之周緣部之放射元件22係平面性地設置於背蓋33之顯示器32側之第1面。然而，放射元件22亦可設置於背蓋33之與顯示器32為相反側之第2面，亦可設置於背蓋33之邊緣側面，還可內置於背蓋33。又，背蓋33既可為圖6中所例示之殼體30之一部分，亦可為不同之零件。進而，背蓋33既可為樹脂材料等介電體，亦可為金屬體，於具有導電性之構件之情形時，放射元件22以與背蓋33絕緣之狀態安裝即可。再者，放射元件22之配置位置並不限定於背蓋33之周緣部，可配置於任意之適當位置。
作為殼體30及背蓋33之材料，一般使用ABS(acrylonitrile-butadiene-styrene，丙烯腈-丁二烯-苯乙烯)樹脂等樹脂，但亦可利用透明玻璃、著色玻璃或乳白色玻璃等。
著色玻璃係藉由將作為著色成分之Co、Mn、Fe、Ni、Cu、Cr、V、Zn、Bi、Er、Tm、Nd、Sm、Sn、Ce、Pr、Eu、Ag或Au等添加至玻璃之構成成分中而獲得。又，對於乳白色玻璃，可例示結晶化玻璃及分相玻璃等利用光之散射者。該等中，尤其是結晶化玻璃中，較佳為二矽酸鋰(Li2Si2O5)結晶、霞石((NaK)AlSiO4)結晶、氟化鈉(NaF)。
進而，作為殼體30及背蓋33之材料，可利用燒結玻璃粉末與陶瓷粉末、顏料粉末而成之玻璃陶瓷基板等。
作為玻璃粉末之組成，只要可與陶瓷粉末於適當之溫度下燒結，則可為任意者，於藉由800~900℃之煅燒形成銀配線之情形時，較理想為軟化點為700~900℃之玻璃組成，進而為了提高作為殼體之強度，較理想為含有SiO2作為玻璃組成之SiO2-B2O3-Al2O3-RO-R2O系。再者，RO表示鹼土類金屬氧化物，R2O表示鹼金屬氧化物。又， Al2O3未必為必需者。
玻璃陶瓷係藉由玻璃粉末、陶瓷粉未等之組合，而可調整色調、強度等特性之自由度較高。
為了使玻璃粉末著色，只要添加作為著色成分之Co、Mn、Fe、Ni、Cu、Cr、V、Zn、Bi、Er、Tm、Nd、Sm、Sn、Ce、Pr、Eu、Ag或Au等若添加至玻璃組成中則產生吸收之元素即可。進而，作為玻璃陶瓷，添加混合顏料粉末並進行燒結者之色調調整之自由度更高。作為典型之無機顏料，可例示包含選自Fe、Cr、Co、Cu、Mn、Ni、Ti、Sb、Zr、Al、Si、P等中之元素之複合氧化物系顏料。為了提高強度，選擇容易與調配之陶瓷粉末一併燒結之玻璃組成及粒度之玻璃粉末，並且陶瓷粉末係只要選擇以Al2O3、ZrO2等例示之單體強度較高之陶瓷粉末即可。又，陶瓷粉末之形狀亦對強度造成較大之影響。於欲調整介電常數時，只要適當使用各種具有介電常數之陶瓷粉末即可。為了調整熱膨脹係數，只要選擇具有適當之熱膨脹係數之玻璃組成之玻璃粉末與陶瓷粉末之組合即可。選擇陶瓷粉末之形狀亦對調整作為玻璃陶瓷進行煅燒時之收縮較為有效。於形成導體圖案時，只要使用800~900℃煅燒用之市售之銀膏，藉由絲網印刷、乾燥而形成即可。或者，亦可貼附銅或銀等箔狀者。
於將上述玻璃陶瓷基板利用於背蓋33時，亦可設為多層構造，亦可於其內層形成導體圖案，使該導體圖案之一部分作為放射元件發揮功能。如圖8B所示，亦可於雙層構造之利用玻璃陶瓷之背蓋33之內層形成放射元件22。於此情形時，無需使放射元件22露出至外部即可形成，因此可防止因氧化所致之導體電阻之劣化或剝離，從而可提高可靠性。背蓋33並不限定於雙層，亦可為多層構造，亦可於多層構造之最外面及形成多層構造之層間構造之任一面形成放射元件22。
再者，關於放射元件22之形狀，於在覆蓋玻璃31上形成放射元 件22之情形時，其形狀較佳為線狀導體。另一方面，於將放射元件22形成於殼體30或背蓋33之情形時，配置放射元件22之位置並無特別限定，又，關於形狀，既可為線狀導體，亦可為環狀導體，還可為片狀導體。片狀導體之形狀並無特別限定，可使用大致正方形、大致長方形、大致圓形、大致橢圓形等所有形狀之平面構造。
又，如圖7、圖8A、圖8B中所例示般，供電元件21及放射元件22以及接地面12之與Z軸平行之高度方向上之各位置亦可相互不同。又，供電元件21及放射元件22以及接地面12之高度方向上之各位置亦可全部或僅一部分相同。
作為本發明之無線裝置之較佳之一態樣，可列舉如下無線裝置，如圖8A、圖8B所示，該無線裝置包括殼體30(具有背蓋33)及內置於殼體30之顯示器32，且作為本發明之一態樣之天線裝置1之供電元件21配置於殼體30之內部，且天線裝置1之放射元件22安裝於背蓋33之表面或背蓋33之內部。
圖9A、圖9B係透視性地表示將以一個供電元件21對複數個放射元件供電之情形時之天線裝置1安裝於無線通訊裝置2之例之前視圖。於此情形時，表示對2個放射元件供電之情形，但亦可對3個以上之放射元件供電。藉由利用複數個放射元件，可實現多頻帶化、寬頻帶化或進行指向性控制等。
於圖9A之情形時，表示以一個供電元件21對沿著顯示器32之正交之2個鄰接之緣部而配置之2個放射元件22-1、22-2供電之情形。放射元件22-1具有沿著顯示器32之左緣之部位，放射元件22-2具有沿著顯示器32之上緣之部位。
於圖9B之情形時，表示以一個供電元件21對均沿著顯示器32之一個緣部配置之2個放射元件22-1、22-2供電之情形。放射元件22-1、22-2均具有沿著顯示器32之右緣之部位。
圖10A、圖10B、圖10C係透視性地表示將複數個天線裝置1安裝於一個無線通訊裝置2之例之前視圖。表示以供電元件21-1對2個放射元件22-A1、22-A2供電，以供電元件21-2對2個放射元件22-B1、22-B2供電之例。
又，圖10A、圖10B、圖10C表示將複數個天線裝置各自之放射元件22中之任意一放射元件以與除該一放射元件以外之任意之其他放射元件正交之方式配置之例。此處，所謂「其他放射元件」係包含「所有其他放射元件」、「一個其他放射元件」、「複數個其他放射元件」之含義。如此，藉由以放射元件22彼此正交之方式進行配置，而可抑制該等放射元件22間之干擾。
於圖10A之情形時，放射元件22-A1與放射元件22-B1具有相互正交之導體部位，放射元件22-A2與放射元件22-B2具有相互正交之導體部位。於圖10B之情形時，放射元件22-A1具有與放射元件22-B2、22-B1正交之導體部位。於圖10C之情形時，放射元件22-A1與放射元件22-B1具有相互正交之導體部位，放射元件22-A2與放射元件22-B2具有相互正交之導體部位。
於本發明之無線裝置包含複數根天線之情形時，亦可併用本發明中之利用電磁場耦合之非接觸供電方式之天線與利用其他供電方式之天線。作為其他供電方式，可列舉電纜、可撓性基板、使用彈簧之接腳、利用具有少許彈性之機構之接觸。
圖11係透視性地表示安裝有以與經由供電元件21被供電之放射元件22正交之方式配置之其他天線元件34、35之例之前視圖。放射元件22具有與以與放射元件22不同之供電方法被供電之其他天線元件34、35正交之導體部位。如此，藉由以放射元件22與其他天線元件34、35正交之方式進行配置，而可抑制放射元件22與天線元件34或天線元件35之干擾。
圖12係模式性地表示放射元件22與其他天線元件34、35之高度方向上之位置關係之側視圖。於圖12之情形時，放射元件22係設置於覆蓋玻璃31之顯示器32側之表面，其他天線元件34、35及供電元件21係設置於背蓋33之顯示器32側之表面。藉此，可使能夠安裝天線之面積飛躍性地增加，從而可提高天線之配置自由度。其結果，可抑制天線彼此之干擾，因此亦適合於MIMO(Multi Input Multi Output，多輸入多輸出)天線之構成。
圖13係實際製作之天線裝置3之立體圖。圖14係透視性且模式性地表示天線裝置3之構成之俯視圖。
天線裝置3包括：供電元件51，其連接於供電點44；放射元件52，其與供電元件51分離並進行電磁場耦合；及微帶線40，其連接於供電點44。於供電點44中，供電元件51連接於微帶線40之帶狀導體41，藉此微帶線40實質上作為供電線而發揮功能。放射元件52係形成於覆蓋基板61之表面中靠近形成有供電元件51之樹脂基板43之側之面。
微帶線40包含樹脂基板43，於樹脂基板43之一表面配置有接地面42，於樹脂基板43之另一相反側之表面配置有線狀之帶狀導體41。將帶狀導體41與供電元件51之連接點設為供電點44，樹脂基板43係假定安裝有經由微帶線40而連接於供電點44之IC晶片等積體電路的基板。
供電元件51係設置於樹脂基板43，且配置於與帶狀導體41相同之表面。如圖14所示，供電元件51與帶狀導體41之邊界係於Z軸方向上之俯視時看上去與接地面42之緣部42a一致之部位，且為供電點44。
又，如圖13所示，天線裝置3於樹脂基板43之上方設置有利用支柱71而固定於樹脂基板43上之覆蓋基板61。放射元件52係形成於覆蓋 基板61之表面中靠近形成有供電元件51之樹脂基板43之側之面。供電元件51與放射元件52係利用由支柱71形成之空間而分開設置。再者，於圖14中，為了防止不易觀察到放射元件52等，而以實線表示放射元件52。
圖15、圖16、圖17係改變圖13、圖14之覆蓋基板61之材質而測定放射元件52之S11特性所得之結果。樹脂基板43係使用相對介電常數=3.4、tanδ=0.003、基板厚0.8mm之BT resin(註冊商標)CCL-HL870(M)(三菱氣體化學製造)。
圖15係對覆蓋基板61使用相對介電常數=10.2、tanδ=0.0023、基板厚0.635mm之RT/duroid6010(註冊商標)(ROGERS製造)，對放射元件52使用18μm厚之銅箔之情形時的測定結果。圖14所示之構造之尺寸如下。L11=120mm、L12=49.15mm、L3=60mm、L4=10.95mm、L5=1.9mm、W1=86mm、W2=74.15mm、W3=28mm、W4=10.95mm、W5=1.9mm、W6=29mm。
圖16係對覆蓋基板61使用相對介電常數=3.4、tanδ=0.003、基板厚0.8mm之BT resin(註冊商標)CCL-HL870(M)(三菱氣體化學製造)，對放射元件52使用18μm厚之銅箔之情形時的測定結果。圖14所示之構造之尺寸如下。L11=120mm、L12=49.15mm、L3=60mm、L4=10.95mm、L5=1.9mm、W1=86mm、W2=74.15mm、W3=34mm、W4=10.95mm、W5=1.9mm、W6=26mm。
圖17係對覆蓋基板61使用鋁矽酸玻璃(旭硝子製造之Dragontrail(商品名))，對放射元件52使用電阻率18μΩ．cm之銅膏之情形時的測定結果。膏狀之導電體形成用組合物(銅膏)包含銅粒子之粉末及樹脂黏合劑。
作為銅粒子，可使用市售之銅粒子。若使用表面經改質之銅粒子(日本專利特開2011-017067號公報)，則可形成體積電阻率較低之導 電體膜，故而較佳。作為樹脂黏合劑，可列舉金屬膏中所使用之公知之熱固性樹脂黏合劑等，較佳為選擇並使用於硬化時之溫度下進行充分硬化之樹脂成分。作為熱固性樹脂，可列舉酚系樹脂、鄰苯二甲酸二烯丙酯樹脂、不飽和醇酸樹脂、環氧樹脂、胺基甲酸酯樹脂、雙馬來醯亞胺三樹脂、聚矽氧樹脂、熱固性丙烯酸系樹脂等，特佳為酚系樹脂。
銅膏中之熱固性樹脂之量必需使其硬化物之量不妨礙銅粒子之導電性，若硬化物之量過多，則會妨礙銅粒子間之接觸，而使導電體之體積電阻率上升。熱固性樹脂之量只要根據銅粒子之體積與存在於該銅粒子間之空隙之比率適當選擇即可，通常，相對於銅粒子粉末100質量份，較佳為5~50質量份，更佳為5~20質量份。若熱固性樹脂之量為5質量份以上，則膏之流動特性良好。若熱固性樹脂之量為50質量份以下，則導電體膜之體積電阻率被抑製得較低。
於圖17之測定時，圖14所示之構造之尺寸如下。L11=120mm、L12=49.15mm、L3=60mm、L4=10.95mm、L5=1.9mm、W1=86mm、W2=74.15mm、W3=28mm、W4=10.95mm、W5=1.9mm、W6=29mm。
根據圖15、圖16、圖17，即便改變覆蓋基板61之材質，放射元件52之S11特性亦成為作為天線而充分發揮功能之值。
圖18、圖19係表示天線裝置3之位置穩固性之評價結果之圖。圖18係表示於固定圖13所示之樹脂基板43之狀態下，使覆蓋基板61沿著Y軸方向朝圖14之上(TOP)方向及下(BOTTOM)方向之2個方向相對於設計值(center)以2mm之間距移動之情形(共5次)。T2表示相對於center向上(TOP)方向移動2mm之情形，T4表示相對於center向上(TOP)方向移動4mm之情形。B2表示相對於center向下(BOTTOM)方向移動2mm之情形，T4表示相對於center向下(BOTTOM)方向移動4 mm之情形。圖19係表示於固定圖13所示之樹脂基板43之狀態下，使覆蓋基板61沿著X軸方向朝圖14之左(LEFT)方向及右(RIGHT)方向之2個方向相對於設計值(center)以2mm之間距移動之情形(共5次)。L2表示相對於center向左(LEFT)方向移動2mm之情形，L4表示相對於center向左(LEFT)方向移動4mm之情形。R2表示相對於center向右(RIGHT)方向移動2mm之情形，R4表示相對於center向右(RIGHT)方向移動4mm之情形。
藉由以此方式進行移動，使供電元件51與放射元件52之位置關係產生偏移，因此可對由該偏移導致放射元件52之S11特性產生何種變化進行評價。根據圖18、圖19，即便供電元件51與放射元件52之位置關係產生偏移，放射元件52之S11特性亦幾乎不產生變化，因此可知天線裝置3具有較高之位置穩固性。
且說，本發明之實施形態之天線裝置可作為利用放射元件於基本模式(1次模式)之共振頻率之約2倍之共振頻率下共振之2次模式的多頻帶天線而發揮功能。其次，於本發明之實施形態之天線裝置之放射元件以偶極模式進行動作時，關於以放射元件之基本模式與2次模式獲得良好之匹配之條件，列舉圖20之解析模型為例進行說明。
圖20係表示用以解析作為本發明之一實施形態之天線裝置4之動作的電腦上之模擬模型之立體圖。關於與上述實施形態相同之構成之說明有時省略或簡化。天線裝置4包括：供電元件151，其連接於供電點144；放射元件152，其與供電元件151電磁場耦合；及微帶線140，其連接於供電點144。於供電點144中，供電元件151連接於微帶線140之帶狀導體141，藉此微帶線140實質上作為供電線而發揮功能。
微帶線140包含基板143，於基板143之一表面配置有接地面142，於基板143之另一相反側之表面配置有線狀之帶狀導體141。將帶狀導體141與供電元件151之連接點設為供電點144，基板143係假定 安裝有經由微帶線140而連接於供電點144之IC晶片等積體電路的基板。
供電元件151係設置於基板143，且配置於與帶狀導體141相同之表面。供電元件151與帶狀導體141之邊界係於Z軸方向上之俯視時，看上去與接地面142之緣部142a一致之部位，且為供電點144。供電元件151係以連接於供電點144之端部151a為起點而沿Y軸方向直線地延伸至端部151b之線條導體。
又，天線裝置4包括覆蓋基板161，該覆蓋基板161係於基板143之平行於Z軸之法線方向上自基板143隔開間隔而配置。放射元件152係形成於覆蓋基板161之表面中靠近形成有供電元件151之基板143之側之面。放射元件152係直線地連結一端部152a與另一端部152b之線條導體。
以於自Z軸方向觀察時，放射元件152之端部152a重疊於供電元件151之端部151a與端部151b之間之方式，放射元件152相對於供電元件151於Z軸方向上隔開配置。進行電磁場耦合之供電元件151與放射元件152之最短距離和基板143與基板161之間之間隙L68一致。
圖21係圖20之天線裝置4之S11特性圖。圖21之計算結果之模擬條件如下。
L61=130mm、L62=110mm、L63=10mm、L64=200mm、L65=180mm、L66=10mm、L67=30mm、L68=2mm、L69=67.5mm、L70=4.05mm。又，供電元件151之線寬為固定之1.9mm，放射元件152之線寬亦為固定之1.9mm。對於基板143，假定具有相對介電常數=3.4、tanδ=0.003、基板厚0.8mm之介電體基板(BT resin(註冊商標)CCL-HL870(M)(三菱氣體化學製造))。又，對於覆蓋基板161，假定具有相對介電常數=9.0、tanδ=0.004、基板厚1.0mm之介電體基板(LTCC，Low Temperature Co-Fired Ceramics，低溫共燒陶 瓷)。
於圖21中，f11表示放射元件152之基本模式之共振頻率，f12表示放射元件152之2次模式之共振頻率，f21表示供電元件151之基本模式之共振頻率。於圖21之計算結果之模擬條件下，將供電元件151之長度L51調整為50mm，將放射元件152之長度L52調整為95mm，藉此可將放射元件之基本模式之共振頻率f11設定為0.97GHz，進而可將共振頻率f12設定為1.97GHz作為2次模式。
於本發明之實施形態之天線裝置中，若於固定放射元件之長度之狀態下改變供電元件之長度，則可於固定放射元件之共振頻率f11、f12之狀態下使供電元件之共振頻率f21偏移。例如，供電元件之長度越短，則可使供電元件之共振頻率f21於放射元件之共振頻率f11與f12之間越向高頻側偏移，進而亦可使其偏移至較放射元件之共振頻率f12更高之頻率。反之，供電元件之長度越長，則可使供電元件之共振頻率f21越向低頻側偏移，亦可使其偏移至較放射元件之共振頻率f11更低之頻率。
圖22表示於圖21之計算結果之模擬條件下，在將放射元件152之長度L52固定為95mm之狀態下使供電元件151之長度L51以5mm為單位自45mm縮短至15mm時的共振頻率f11與f12下之S11。圖22之橫軸表示供電元件151之基本模式之共振頻率f21與放射元件152之2次模式之共振頻率f12之頻率比p，由p=f21/f12
之式進行定義。亦即，於頻率比p等於1時，表示f12與f21為相同頻率，於頻率比p小於1時，表示f21低於f12，於頻率比p大於1時，表示f21高於f12。供電元件151之長度L51變得越短，則供電元件151之共振頻率f21越向高頻側偏移，故而頻率比p增加。
於圖22中，頻率比p小於1之情形(即f21低於f12之情形)係供電元件 151之長度L51為45mm、40mm、35mm，30mm時。於圖22中，頻率比p大於1之情形(即f21高於f12之情形)係供電元件151之長度L51為25mm、20mm、15mm時。
於放射元件之共振頻率下之S11滿足「S11<-4[dB]」之情形時，易於獲得放射元件之良好之匹配。因此，根據圖22，只要頻率比p為0.7以上且1.65以下之範圍內，則可於放射元件151之基本模式與2次模式之兩者之模式中獲得良好之匹配。於圖22之情形時，頻率比p之下限值p1為0.7，頻率比p之上限值p2為1.65。
圖22表示調整供電元件151之長度L51及放射元件152之長度L52，將共振頻率f11設定為0.97GHz，將共振頻率f12設定為1.97GHz之情形。然而，雖省略了詳情，但即便調整長度L51、L52而將共振頻率f11、f12設定為其他頻率(f11：1.79GHz與f12：3.65GHz及f11：2.51GHz與f12：5.20GHz)，頻率比p與共振頻率f11、f12下之S11之關係亦可獲得與圖22相同之結果。即，即便於將共振頻率f11、f12設定為其他頻率時，放射元件之基本模式與2次模式之共振頻率下之S11滿足「S11<-4[dB]」之情形亦與頻率比p為0.7以上且1.65以下時大致一致。
進而，由於電磁場耦合之耦合強度根據間隙L68(參照圖20)之大小而變化，故而共振頻率f11下之S11滿足「S11<-4[dB]」時之頻率比p之上限值p2亦根據間隙L68之大小而變化。
圖23表示使間隙L68以0.5mm為單位自1.0mm增長至5.0mm時的共振頻率f11下之S11滿足「S11<-4[dB]」時之頻率比p之上限值p2之變化。圖23係於圖21之計算結果之上述相同之模擬條件下進行計算。圖23之橫軸係以共振頻率f11下之真空中之波長λ0使間隙L68標準化時之值x(=L68/(c/f11))(c為光速度常數)。
根據圖23，關於頻率比p之上限值p2與以波長λ0換算間隙L68所得 之值x之關係，若藉由最小平方法求出近似式，則可獲得p2=0.1801．x-0.468
之關係式。
因此，將供電元件之基本模式之共振頻率設為f21，將放射元件之2次模式之共振頻率設為f12，將放射元件之基本模式之共振頻率下之真空中之波長設為λ0，將以λ0使供電元件與放射元件之最短距離標準化所得之值設為x。此時，只要頻率比p(=f21/f12)為0.7以上且(0.1801．x-0.468)以下，則可於放射元件之基本模式之共振頻率與2次模式之共振頻率下獲得良好之匹配。
例如，如圖24之供電元件151般，即便將供電元件之形狀變形為L字等，只要頻率比p滿足0.7以上且(0.1801．x-0.468)以下，則亦可於放射元件之基本模式之共振頻率與2次模式之共振頻率下獲得良好之匹配。藉由使供電元件之形狀為L字狀，能夠使天線裝置小型化。
圖24係表示於電腦上作成模擬模型而計算S11，進而實際作成相同之裝置而進行S11之測定的作為本發明之一實施形態之天線裝置5之立體圖。關於與上述實施形態相同之構成之說明有時省略或簡化。天線裝置5包括：L字狀之供電元件151，其連接於供電點144；放射元件152，其與供電元件151電磁場耦合；及微帶線140，其連接於供電點144。
天線裝置5之供電元件151係於端部151a與端部151b之間之彎曲部151c處呈直角彎曲之線狀導體。該供電元件151包括於端部151a與彎曲部151c之間沿Y軸方向延伸之線狀導體部分、及於彎曲部151c與端部151b之間沿X軸方向延伸之線狀導體部分。放射元件152具有於Z軸方向上之俯視時與彎曲部151c和端部151b之間之線狀導體部分重複之線狀導體部分，且彎曲部151c於Z軸方向上之俯視時位於端部152a與端部152b之間。
圖25係圖24之天線裝置5之S11特性圖。「Sim.」表示於電腦上解析所得之S11，「Exp.」表示使用實際製作之天線裝置而測定之S11。圖25之解析時及測定時之條件如下。
L52=95mm、L53=10.95mm、L54=12mm、L61=60mm、L62=40mm、L63=10mm、L64=140mm、L65=120mm、L66=10mm、L67=30mm、L68=1mm、L69=34.5mm、L70=14.05mm。又，供電元件151之線寬為固定之1.9mm，放射元件152之線寬亦為固定之1.9mm。對於基板143，假定具有相對介電常數=3.4、tanδ=0.003、基板厚0.8mm之介電體基板(BT resin(註冊商標)CCL-HL870(M)(三菱氣體化學製造))。又，對於基板161，假定具有相對介電常數=9.0、tanδ=0.004、基板厚1.0mm之介電體基板(LTCC)。再者，供電元件151之全長與(L70+L53)大致一致。
如圖25所示，即便為與模擬結果同樣地實際作成之天線裝置，亦不僅於放射元件之基本模式之共振頻率f11及2次模式之共振頻率f12下，而且於供電元件之基本模式之共振頻率f21下亦可獲得良好之匹配。
以上，藉由實施形態例對天線裝置及具備其之無線裝置進行了說明，但本發明並不限定於上述實施形態例。可於本發明之範圍內進行與其他實施形態例之一部分或全部之組合或替換等各種變形及改良。
例如，圖1A中所例示之供電元件21及放射元件22係直線延伸之線狀導體，但亦可為包含彎曲之導體部位之線狀導體。例如，亦可為包含L字狀之導體部位者，或亦可為包含弓形狀之導體部位者。又，供電元件21及放射元件22亦可為包含於中途分支之導體部位之線狀導體。又，於供電元件既可設置短截線，亦可設置匹配電路。藉此，可減少供電元件於基板上所占之面積。
圖26係表示用以解析具有弓形狀之放射元件之天線裝置6之動作的電腦上之模擬模型之俯視圖。關於與上述實施形態相同之構成之說明有時省略或簡化。圖26表示放射元件之弓形狀之一例，天線裝置6包括與L字狀之供電元件151電磁場耦合之放射元件252。
放射元件252具有相對於Y軸方向之對稱軸呈線對稱之弓形狀，且具有於Z軸方向上之俯視時與供電元件151之彎曲部151c和端部151b之間之線狀導體部分重複之線狀導體部分。放射元件252係形成於基板161之兩表面中靠近形成有供電元件151之基板143之側之面，且具有λ/2之全長。再者，於圖26中，為了防止不易觀察到放射元件252等，而以實線表示放射元件252。再者，放射元件252亦可為具有點對稱之弓形狀之線條導體。
圖27係圖26之天線裝置6之S11特性圖。圖27之解析結果之模擬條件如下。
L53=22.95mm、L61=60mm、L62=40mm、L63=10mm、L64=140mm、L65=120mm、L66=10mm、L67=30mm、L69=34.5mm、L70=9.5mm、L81=9.75、L82=2.75、L83=7.5、L84=1.5、L85=20.5、L86=2.5、L87=8、L88=18.5mm。又，供電元件151與放射元件252之最短距離(基板143與基板161之間之間隙)為2mm。又，供電元件151之線寬為固定之1.9mm，放射元件252之線寬為固定之0.5mm。對於基板143，假定具有相對介電常數=3.4、tanδ=0.0015、基板厚0.8mm之介電體基板(三菱氣體化學製造之BT resin(註冊商標))。又，對於基板161，假定具有相對介電常數=7.0、基板厚1.0mm之玻璃板。再者，供電元件151之全長與(L70+L53)大致一致。
如圖27所示，於放射元件之基本模式之共振頻率與2次模式之共振頻率下可獲得良好之匹配。
又，放射元件並不限定於沿平面設置之情形，例如，亦可如圖28所示般沿曲面設置。圖28係具備設置有放射元件352之曲面狀之覆蓋玻璃331之無線通訊裝置7之立體圖。
無線通訊裝置7具有與上述無線通訊裝置2(參照圖6)相同之構成，為人可攜帶之無線裝置。無線通訊裝置7包括殼體330及覆蓋內置於殼體330之顯示器之圖像顯示面之整個面之覆蓋玻璃331。於殼體330內收容有本發明之實施形態之天線裝置。
收容於殼體330內之天線裝置包含形成有微帶線之樹脂基板343，於樹脂基板343之一表面配置有接地面342，於樹脂基板343之另一相反側之表面配置有線狀之帶狀導體341。緣部342a為接地面342之外緣部。
又，收容於殼體330內之天線裝置包括：供電元件351，其經由供電點344而連接於帶狀導體341；及放射元件352，其與供電元件351電磁場耦合。供電元件351係設置於樹脂基板343，且配置於與帶狀導體341相同之表面。供電元件351係連接於與帶狀導體341連接之供電點344且具有弓形狀之線條導體。放射元件352係形成於覆蓋玻璃331之供電元件351側之凹面。
圖29係收容於圖28之無線通訊裝置7之殼體330內之天線裝置之S11特性圖。圖29之測定時之條件如下。
L91=12.5mm、L92=105、L93=5、L94=11、L95=5.95。又，供電元件351之線寬為固定之0.5mm，放射元件352之線寬為固定之2mm，帶狀導體341之線寬為固定之1.9mm。又，覆蓋玻璃331具有X方向之曲率半徑為200mm之部位，且具有Y方向之曲率半徑為2000mm之部位，以板厚為1.1mm進行曲面加工。覆蓋玻璃331係安裝於殼體330之框部。
如圖29所示，於放射元件之基本模式之共振頻率與2次模式之共 振頻率下可獲得良好之匹配。
又，於將供電元件設置於基板之情形時，供電元件既可設置於基板之表面，亦可設置於基板之內部。又，亦可將包含供電元件及與供電元件接觸之介質而構成之晶片零件安裝於基板。藉此，可容易地將與特定之介質接觸之供電元件安裝於基板。
又，放射元件或供電元件所接觸之介質並不限定於介電體，可為以磁體或介電體與磁體之混合物作為基材之基體。作為介電體之具體例，可列舉樹脂、玻璃、玻璃陶瓷、LTCC(Low Temperature Co-Fired Ceramics)、氧化鋁等。作為介電體與磁體之混合物之具體例，只要具有包含Fe或Ni、Co等過渡元素、Sm或Nd等稀土類元素之金屬或氧化物中之任一者即可，例如，可列舉六方晶系鐵氧體、尖晶石系鐵氧體(Mn-Zn系鐵氧體、Ni-Zn系鐵氧體等)、石榴石系鐵氧體、鎳鐵合金、Sendust(註冊商標)等。
本國際申請案係主張基於2012年7月20日提出申請之日本專利申請案第2012-161983號之優先權者，並將日本專利申請案第2012-161983號之全部內容引用於本國際申請案中。
1‧‧‧天線裝置
12‧‧‧接地面
12a、12b‧‧‧緣部
14‧‧‧供電點
15‧‧‧匹配電路
21‧‧‧供電元件
21a、21b‧‧‧供電元件之端部
22‧‧‧放射元件
22a、22b‧‧‧放射元件之端部
23‧‧‧導體部分
36‧‧‧供電部
90‧‧‧中央部
L1‧‧‧橫向長度
L2‧‧‧縱向長度
L21、L22‧‧‧長度
X、Y、Z‧‧‧軸

Claims (15)

  1. 一種天線裝置，其包括：供電元件，其連接於供電點；及放射元件，其遠離上述供電元件而配置；且上述供電元件藉由與上述放射元件進行電磁場耦合而對上述放射元件供電，從而上述放射元件作為放射導體而發揮功能。
  2. 如請求項1之天線裝置，其中將賦予上述供電元件之共振之基本模式之電長度設為Le21，將賦予上述放射元件之共振之基本模式之電長度設為Le22，將上述放射元件之基本模式之共振頻率下之上述供電元件或上述放射元件上之波長設為λ時，Le21為(3/8)．λ以下，且Le22於上述放射元件之共振之基本模式為偶極模式之情形時，為(3/8)．λ以上且(5/8)．λ以下，於上述放射元件之共振之基本模式為迴路模式之情形時，為(7/8)．λ以上且(9/8)．λ以下。
  3. 如請求項1或2之天線裝置，其中於將上述放射元件之基本模式之共振頻率下之真空中之電波之波長設為λ0之情形時，上述供電元件與上述放射元件之最短距離為0.2×λ0以下。
  4. 如請求項1至3中任一項之天線裝置，其中上述供電元件對上述放射元件供電之供電部係位於上述放射元件之基本模式之共振頻率下之成為阻抗最低之部分以外。
  5. 如請求項1至4中任一項之天線裝置，其中上述供電元件對上述放射元件供電之供電部係位於自上述放射元件之基本模式之共振頻率下之成為阻抗最低之部分隔開上述放射元件之全長之1/8以上之距離的部位。
  6. 如請求項1至5中任一項之天線裝置，其中上述供電元件與上述 放射元件以最短距離並行之距離為上述放射元件之長度之1/4以下。
  7. 如請求項1至6中任一項之天線裝置，其包括接地面；上述供電元件係沿自上述接地面離開之方向延伸；上述放射元件具有沿著上述接地面之緣部之部位。
  8. 如請求項7之天線裝置，其中於將上述供電元件之基本模式之共振頻率設為f21，將上述放射元件之2次模式之共振頻率設為f12，將上述放射元件之基本模式之共振頻率下之真空中之波長設為λ0，將以λ0使上述供電元件與上述放射元件之最短距離標準化而得之值設為x時，(f21/f12)為0.7以上且(0.1801．x-0.468)以下。
  9. 如請求項1至8中任一項之天線裝置，其包含複數個上述放射元件。
  10. 一種無線裝置，其包括如請求項1至9中任一項之天線裝置。
  11. 如請求項10之無線裝置，其中上述放射元件為上述無線裝置之殼體之一部分金屬。
  12. 如請求項10或11之無線裝置，其包括複數個上述天線裝置。
  13. 如請求項12之無線裝置，其中上述天線裝置各自之上述放射元件設置成一放射元件與另一放射元件正交。
  14. 如請求項10至13中任一項之無線裝置，其包括圖像顯示部；且上述放射元件具有沿著上述圖像顯示部之緣部之部位。
  15. 如請求項10至14中任一項之無線裝置，其包含以與上述放射元件正交之方式配置之其他天線元件。
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