天线装置 【技术领域】
本发明涉及天线装置。背景技术 无线通信设备的设计逐年变得越发复杂。 无线通信设备例如为具有无线通信功能 的电子设备。其具体实施例可以包括无线终端 ( 例如移动电话、 智能电话、 个人数字助理 (PDA)、 个人计算机 (PC) 和全球定位系统 (GPS) 终端 )， 并包括无线通信应用装置， 例如无线 通信卡 ( 例如 PCMCIA 卡 )。
在无线通信设备内部， 设置有接收无线电波的内部天线。 优选的是， 将该内部天线 的天线元件做得尽可能地小而轻。另外， 该内部天线满足对天线增益和天线效率的设计要 求， 并且， 一些天线能够处理不同的频带， 以能够支持宽带或多个频带。
现有技术文献
[ 专利文献 1] 日本特开专利公开 No.2007-89109
[ 专利文献 2] 日本特开专利公开 No.2002-190703
[ 专利文献 3] 日本特开专利公开 No.2004-194089A
无线通信设备的传统内部天线 ( 例如倒 F 天线或平面单极天线 ) 占用了无线终端 内部大量空间， 以提供宽带特性。在这种情况下， 存在着阵对内部天线而缩小尺寸的需求。
另外， 在无线通信设备内部的有限空间中， 安装于接地面上的射频电路 (RF 电路 ) 和内部天线设置为彼此接近。因此， 为了在 RF 电路与内部天线之间进行高效的阻抗匹配， 安装有用于内部天线激励端口的 LC 电路。除了妨碍针对内部天线缩小尺寸之外， 这样安装 LC 电路有导致带宽变窄且天线效率降低之虞。
本发明一个方面的目的在于提供可以实现尺寸缩小的天线装置。
发明内容 根据本发明一个方面， 提供了一种天线装置， 该天线装置包括基底和天线导体， 其 中， 该基底使用具有高介电常数的材料形成， 该天线导体容纳在所述基底内部， 该天线导体 包括 ： 板形的第一金属片， 其中， 该第一金属片的平面形状具有相对的两边 ； 以及多个第二 金属片， 该多个第二金属片从所述第一金属片的所述相对的两边， 以与所述第一金属片的 平面垂直的方式， 向所述第一金属片的一个平面侧延伸。
通过权利要求书中特别指出的要素和组合， 将认知和获悉本发明的目的和优点。
应当理解， 之前的概述和之后的详述均是示例性和解释性的， 而不是对所要求保 护的本发明的限制。
附图说明
图 1A 示出了根据一个实施方式的天线装置的配置实施例 ； 图 1B 是从图 1A 所示天线装置的一侧观看该装置的示意性视图 ；图 2 是示出图 1A 所示天线装置的电压驻波比 (VSWR) 的图 ； 图 3A 是作为比较例的、 使用 LC 电路的天线电路图 ； 图 3B 是使用了图 1A 所示的天线装置的天线电路图 ； 图 4 示出了图 1A 所示天线装置的增益辐射图案 ； 图 5 示出了根据另一实施方式的天线装置的配置实施例 ； 图 6 是示出图 5 所示天线装置的 VSWR 的图 ； 图 7 示出了图 5 所示天线装置的增益辐射图案 ； 以及 图 8 示出了应用到具有无线通信功能的电子设备的天线装置的实施例。具体实施方式
之后， 参照附图给出对本发明各个实施方式的描述。下面描述的实施方式的配置 是作为实施例而给出， 并且本发明并不限于这些实施方式的配置。
图 1A 示出了根据一个实施方式的天线装置的配置实施例， 图 1B 是示出了从图 1A 所示天线装置的一侧观看该装置的状态的示意性视图。图 1A 和图 1B 示出了用于无线通信 设备的天线装置。无线通信设备例如为具有无线通信功能的电子设备。其具体实施例可以 包括无线终端 ( 例如移动电话、 智能电话、 PDA、 PC 和 GPS 终端 )， 并包括无线通信应用装置， 例如无线通信卡 ( 例如 PCMCIA 卡 )。 天线装置 10 是用于使用 2GHz 频带的手持设备的陶瓷芯片天线 ( 陶瓷芯片单极天 线 )。手持设备至少包括例如移动电话或智能电话的无线通信终端。
在图 1A 和图 1B 中， 天线装置 10 包括基底 11 和容纳在基底 11 内部的天线导体 12。
在此， 基底 11 具有使用陶瓷材料制成的长方形形状， 其中该陶瓷材料是具有高介 电常数的材料的一种实施例。 在该实施例中， 使用介电常数约为 10 的陶瓷材料。 具体来说， 基底 11 是使用介电常数 εr 为 10.2 而介电损耗因子 tanδ 为 0.0023 的陶瓷材料形成的。 基底的介电常数优选满足 εr ＝ 10±1。
天线导体 ( 天线元件 )12 包括板形的第一金属片 13 以及多个第二金属片 14， 其 中， 第一金属片 13 的平面形状为矩形 ( 图 1A 和图 1B 中的矩形 )， 各个第二金属片 14 具有 矩形板形状。在基底 11 内部， 第一金属片 13 在基底 11 的高度方向 ( 图 1A 和图 1B 的 Z 方 向 ) 上直立， 并且设置在基底 11 的宽度方向 ( 图 1A 和图 1B 的 X 方向 ) 上。
各个第二金属片 14 从在第一金属片 13 宽度方向上构成相对的两边的各个外缘开 始， 以与第一金属片 13 垂直的方式， 向作为第一金属片 13 的一个平面的平面 13a 侧延伸。 在该实施方式中， 多个第二金属片 14 是具有相同形状并且在基底 11 长度方向 ( 图 1A 和图 1B 中 Y 方向 ) 上延伸的条状板， 并且， 各个第二金属片 14 与相邻第二金属片 14 彼此间隔 开。
例如， 天线导体 12 可以按照如下方式形成。也就是说， 在具有多个作为第二金属 片的延伸部的板上， 各个延伸部从矩形的相对的两边弯曲， 以形成方 U 形。
天线装置 10 还包括作为导体的导体板 15、 电感器元件 16 和金属片 17。导体板 15 连接到天线导体 12。导体板 15 是以下这种金属板， 它在与第二金属片 14 相同的方向上延 伸并且比第二金属片 14 长。可以通过将从第一金属片 13 延伸的条形部弯曲一个直角， 来
形成导体板 15。如上描述， 天线导体 12 具有三维形状。
当将导体板 15 连接到第一金属片 13 的部分被视为近端部 ( 一个端部 ) 时， 电感 器元件 16 连接到导体板 15 的远端部 ( 另一个端部 )。电感器元件 16 连接到成板型的金属 片 17 的一个端部。金属片 17 是作为馈电线路的馈电板。
导体板 15、 电感器元件 16 和金属片 17 设置在板形的支撑件上， 该支撑件在与基底 11 的前侧 11a 垂直的方向上从前侧 11a 开始延伸， 并且受支撑件 18 直线形式支撑。
具有如上述配置的天线装置 10( 天线芯片单极 ) 按照间隔附接到接地面 19( 其包 括射频电路 (RF 电路 )( 未示出 ))。接地面 19 例如为印刷配线板 (PWB)。接地面 19 具有 线形外缘 19a。天线装置 10 附接到接地面 19， 其中支撑件 18 的部分按照以下这种方式固 定到接地面 19， 使得在外缘 19a 与基底 11 的前侧 11a 之间形成间隔。
在这种情况下， 天线装置 10 附接到接地面 19， 从而第一金属片 13 与接地面 19 垂 直， 并且多个第二金属片 14 分别与接地面 19 水平。按照这种配置， 有可能减少在手持设备 中的天线装置 10 所占用的体积。
在天线装置 10 附接到接地面 19 的状态中， 金属片 13 的远端部电连接到设置在接 地面 19 的馈电端口 ( 未示出 )。在图 1 中， 金属片 13 的远端部通过焊料 20 连接到该馈电 端口。
根据上述天线装置 10， 由于天线导体 12 形成为三维方 U 形， 所以可以减小天线 12 的体积， 这又使得可以减小基底 11 的体积。换言之， 可以缩小天线装置 10 的尺寸。
另外， 根据天线导体 12， 可以经由第一金属片 13 在各个第二金属片 14 的远端与金 属片 17 的远端部之间形成大量线路 ( 方 U 形线路 )。这意味着天线导体 12 能够接收各种 波长。具体来说， 这意味着可以使用第一金属片 13 和多个第二金属片 14 的宽度来对该天 线可接收的谐振频带进行调整。
图 2 是示出图 1A 和图 1B 所示天线装置 10 的电压驻波比 (VSWR) 特性的图。如图 2 可以看出， 当 VSWR 为 2 时， 按照 2GHz 的谐振频率， 可覆盖从约 1.9GHz 到约 2.1GHz 的宽 带。因此， 天线装置 10 适于宽带。
此外， 金属片 17( 作为馈电线路 ) 和电感器元件 16 作为针对该天线进行阻抗匹配 的阻抗匹配电路。图 3A 是作为比较例的、 使用 LC 电路的天线电路图， 图 3B 是使用图 1 所 示的天线装置 10 的天线电路图。
在图 3A 所示的比较例中， 为了在天线与 RF 电路 ( 图示为电阻器 R) 之间进行阻抗 匹配， 将 LC 电路设置在天线与 RF 电路之间。因为是电容器构成该 LC 电路， 所以需要具有 大电容的电容器， 因此， 电容器成为导致该天线装置体积增大的主要因素。
另一方面， 根据本实施方式， 如图 3B 所示， RF 电路 ( 图示为电阻器 R) 和天线 ( 天 线导体 12) 通过电感器元件 16 和金属片 17( 馈电线路 ) 而串联。根据该实施方式， 馈电线 路 ( 金属片 17) 作为图 3A 中电容器的替代， 因此， 可在天线导体 12 与金属片 17 之间进行 阻抗匹配。与电容器相比， 金属片 17 占用体积小。结果， 可以缩小天线装置 10 的尺寸。
图 4 示出通过对根据实施方式的、 图 1A 和图 1B 所示天线装置的增益辐射图案进 行仿真而获得的结果。作为条件， 将图 1A 和图 1B 所示天线装置 10 的基底 11 的长度 L1、 宽度 W1 和高度 H1 分别设为 5 毫米、 10 毫米和 6 毫米。另外， 第一金属片 13 的尺寸为 9.25 毫米宽度 W2 乘 4.2 毫米长度 L2。此外， 各个第二金属片 14 的尺寸为 2.6 毫米长度 L3 乘 1毫米宽度。第二金属片 14 之间的间隔设为 0.5 毫米。另外， RF 电路的阻抗设为 50 欧， 电 感器元件 16 的阻抗设为 6nH。在这种条件下， 天线装置 10 能够获得 96％的天线效率。
如上所述， 根据天线装置 10， 可以在减小天线装置 10 尺寸的同时， 进行适当的阻 抗匹配， 因此， 可获得在较宽带宽中具有高效率的陶瓷芯片天线 ( 陶瓷芯片单极天线 )。
图 5 说明根据另一实施方式的天线装置 10A 附接到接地面 19 的状态。天线装置 10A 为用于 GPS 应用的陶瓷芯片天线 ( 陶瓷芯片单极天线 )， 并且覆盖 1.5GHz 频带的 GPS 频带。
天线装置 10A 包括基底 11A 和天线导体 12A。 类似于天线导体 12， 天线导体 12A 包 括形成方 U 形的第一金属片 13A 以及多个第二金属片 14A。另外， 类似于天线装置 10， 天线 导体 12A 包括导体板 15A、 电感器元件 16A 和作为馈电线路的金属片 17A， 它们彼此串联。 导 体板 15A、 电感器元件 16A 和金属片 17A 设置在从基底 11A 的前侧而延伸的支撑件 18A 上。
随后， 支撑件 18A 的一部分固定到接地面 19， 因此容纳 ( 嵌入 ) 有天线导体 12A 的 基底 11A 处于设置为与接地面 19 彼此间隔的状态。金属片 17A 的远端通过借助于焊料 20A 的馈电口， 电连接到设置在接地面 19 上的针对 GPS 的 RF 电路 ( 未示出 )。
应当注意， 在第二实施方式中， 鉴于所使用的带宽 ( 即 1.5GHz) 比 2GHz 窄， 第一金 属片 13A 的宽度缩短， 并且第二金属片 14A 的数量较少。 图 6 是示出天线装置 10A 的 VSWR 特性的图， 图 7 示出通过对天线装置 10A 的增 益辐射图案进行仿真所获得的结果。如图 6 所示， 当 VSWR 为 1 时， 天线装置 10A 能够覆盖 1.5GHz。另外， 如图 7 所示， 可获得 96％的天线效率。
应当注意， 作为仿真的条件， 将基底 11A 的长度 L1、 宽度 W1 和高度 H1 分别设为 3.5 毫米、 4.75 毫米和 4 毫米， 基底 11A 的介电常数设为 10， 并且电感器元件 16A 的电感设 为 20nH。另外， 将金属片 13A 设为 4.75 毫米 (X 方向 ) 乘 4.2 毫米 (Y 方向 ) 的矩形板。此 外， 各个金属片 14A 为 1 毫米 (X 方向 ) 乘 2.5 毫米 (Y 方向 )， 并且金属片 14A 之间的间隔 设为 0.5 毫米。
如果将上述天线装置 10 和天线装置 10A 设置在同一无线通信设备内， 则这种无线 通信设备能够支持 2GHz 频带和 1.5GHz 频带两者， 即支持多个频带。应当注意， 虽然是在不 同附图中图示， 但是天线装置 10 和天线装置 10A 可以设置在同一接地面 19 上。
图 8 是示意性示出了具有无线通信功能的电子设备 ( 无线通信设备 ) 的一个实施 例的图， 该无线通信装置包括天线装置 10 和天线装置 10A。在图 8 中， 电子设备 30 是具有 GPS 功能的移动电话。
电子设备 30 包括天线装置 10 和天线装置 10A。另外， 电子设备 30 包括连接到天 线装置 10 的 RF 部 31、 连接到天线装置 10A 的 GPS 模块 32， 以及连接到 RF 部 31 和 GPS 模 块 32 的控制装置 33。控制装置 33 连接到包括按键或按钮的输入装置 34、 例如液晶显示器 的显示装置 35、 麦克风 36 和扬声器 37。RF 部 31 和 GPS 模块 32 分别作为无线通信部。
RF 部 31 包括具有 RF 电路及基带处理部的 RF 部。天线装置 10 所接收到的、 2GHz 带的无线信号经过 RF 电路所进行的向下变频和 A/D 转换， 随后由基带处理部解调为基带信 号。该基带信号被输入到控制装置 33。
控制装置 33 包括通信处理器、 应用处理器、 各种储存装置、 用于输入装置 34 和显 示装置 35 的设备驱动器、 用于麦克风 36 和扬声器 37 的模拟前端 ( 用于模拟音频信号的处
理电路 ) 等。
例如， 在控制装置 33 中， 在从 RF 部 31 输入基带信号的情况下， 通信处理器进行从 基带信号提取编码后的数据的处理以解码该数据， 并且例如对于该数据进行纠错处理。如 果该数据例如是音频数据， 则通信处理器将音频数据连接到模拟前端， 在该模拟前端重现 与该音频数据相对应的音频， 随后从扬声器 27 输出该音频。
另一方面， 当从麦克风 36 输入模拟音频信号时， 通过模拟前端和通信处理器来生 成数字音频信号的编码信号， 随后通过 RF 部 31 的基带处理部将该编码信号调制为基带信 号。在基带信号经过 RF 电路进行的 D/A 转换和向上变频为无线信号后， 从天线装置 10 发 出该无线信号。
应当注意， 如果通信处理器获得的数据例如是非音频数据， 则应用处理器对该非 音频数据进行预定处理。例如， 应用处理器控制显示装置 35 基于该非音频数据在该显示装 置 35 上显示字母和图形。
另外， 将天线装置 10A 接收到的、 1.5GHz 带的无线信号输入到 GPS 模块 32。GPS 模 块 32 包括 RF 电路和 GPS 基带处理部。RF 电路对无线信号进行向下变频和 A/D 转换。基 带处理部对来自 RF 电路的数字信号进行解调处理， 并且对包含在解调信号中的 GPS 数据 ( 例如 GPS 卫星的 C/A 码和导航数据 ) 进行解码处理。将解码后的 GPS 数据输入到控制装 置 33， 随后对其进行预定处理， 例如对显示装置 35 进行控制、 以显示电子装置 30 的当前位 置。对电子设备 30 的操作是通过使用输入装置 34 的按钮或按键操作而进行的。 根据上述实施方式， 在实现对无线通信设备的尺寸减小的同时可以进行适当的阻 抗匹配。此外， 可以支持宽带或多个频带。
应当注意， 在各个实施方式中， 使用了厚度为 0.25 毫米的条状金属板作为金属片 17 和 17A。可以适当地改变金属片 17 和 17A 的厚度、 宽度和长度。另外， 除此之外， 天线装 置 10 和 10A 的尺寸以及基底的介电常数是作为实施例而给出， 因此可以适当进行改变。
在此所述的全部示例及条件性语言旨在教导的目的， 以帮助读者理解发明人作出 的以推动现有技术进步的本发明的原理及概念， 并且本发明的原理及概念应当理解为不限 于具体所述的示例和条件， 而且说明书中这些示例的组织方式也与本发明的优劣无关。虽 然已经详细描述了本发明的多个实施方式， 但是应当理解的是， 可以进行各种变化、 替换和 修改而不偏离本发明的精神和范围。