CN102959797A

CN102959797A - 天线装置

Info

Publication number: CN102959797A
Application number: CN2011800329174A
Authority: CN
Inventors: 前田吉朗; 山地和裕
Original assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Priority date: 2010-07-16
Filing date: 2011-03-10
Publication date: 2013-03-06
Also published as: JPWO2012008177A1; WO2012008177A1; US20130120198A1

Abstract

本发明提供一种天线装置，在长方体状的电介质块上具备隔着狭缝而对置的第1辐射电极和第2辐射电极的天线元件，其长边方向沿着基板的一边，靠近于一个角部而配置，第1辐射电极的第1端部与基板的接地电极连接，第2辐射电极的第1端部经由电容或者直接与基板的供电部连接。在将天线元件(111)安装在基板(211)的左角的情况下，使电介质块上的狭缝(SL)的位置从电介质块的中央偏向于基板的天线元件安装边的中央(点划线)方向。这样，便构成一种在GPS用途上有优势的、具有天顶方向的指向性的天线装置。

Description

天线装置

技术领域

本发明涉及具备在长方体状的电介质块上形成了多个电极的天线元件、和在基底部件上形成了接地电极的基板的天线装置。

背景技术

通过将在电介质块上形成了辐射电极的表面安装型天线安装于基板而构成的天线装置在专利文献1、2中公开。

专利文献1的天线装置，是在基板的非接地区域搭载了表面安装型天线(天线元件)的天线装置，天线的辐射电极的一端与地连接而接地，另一端为开放端，从接地连接部至开放端的途中具有电容供电的电极部。在电介质块上形成用于与辐射电极的开放端通过电容耦合而电连接的接地电极。

专利文献2的天线装置是如下的分集式天线(diversity antenna)，即，按照各个接地电极朝向电路基板的一侧的方式配置具有同一电极的两个芯片天线，使在电路基板上被激励的谐振电流的方向以非对称的方式大致正交。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：JP再公表专利W O 2008/035526号公报

专利文献2：JP特开2004-96209号公报

发明内容

发明要解决的技术问题

在专利文献1的天线装置中，关于电极的构成未考虑天线的指向性。因此，例如得不到GPS用途上有优势的天顶方向的指向性。在专利文献2的天线装置中，虽然能够进行某种程度上的指向性的控制，但需要两个天线元件和用于分集控制的电路。

在此，作为比较例，图1示出典型的λ/4单极型的天线装置的立体图。另外，图2示出典型的电容供电型天线装置的立体图。

图1所示的天线装置，具备：在长方体状的电介质块10上形成了辐射电极11的天线元件101；和在基底部件20上形成了接地电极21及供电端子22的基板201。天线元件的辐射电极11的一端与基板上的供电端子22导通，辐射电极11被直接供电。

图2所示的天线装置，具备：在长方体状的电介质块10上形成了辐射电极11及供电电极12的天线元件102；和在基底部件20上形成了接地电极21及供电端子22的基板202。天线元件的供电电极12与基板上的供电端子22导通，辐射电极11被电容供电。

图3是针对图1所示的天线装置的指向性示出的图。图4是针对图2所示的天线装置的指向性示出的图。图3(A)·图4(A)是表示在基板的接地电极中流过的电流(以下，称作“基板电流”。)的强度分布的图，分别用箭头的方向表示在基板的接地电极中流过的电流的方向，用箭头的大小和浓度表示强度。另外，图3(B)·图4(B)是表示天线装置的y-z面(以z轴为天顶方向的基板的平面)中的电场强度分布的图，用浓度表示电场的强度。由该浓度的偏向可知道y-z面的指向性。

在λ/4单极型的天线装置中，由图3可知，零点NP1、NP2分别存在于z轴附近且以y轴为对称轴的对称位置，因此z方向的增益低，峰值位置倒是存在于-y方向上。

另外，在电容供电型天线装置中，由图4可知，峰值点PP存在于y方向，零点NP存在于-y方向，因此z方向的增益低。假如使天线装置的y方向朝向天顶方向，则能得到实际的天顶方向的增益。但是，由于指向性明显，因此在低仰角方向上得不到足够的增益。另外，若考虑通常的通信终端的形状，则并非在使用状态下朝向天顶方向。例如便携式电话终端中配置天线的短边朝向天顶。

这样，在将表面安装型的天线元件安装于基板而构成的现有技术的天线装置中，不能在遍及天顶方向的较广的范围(从低仰角至高仰角为止的广仰角范围)内得到高增益。

本发明的目的在于提供一种如GPS天线这样的得到天顶方向的指向性的天线装置。

用于解决课题的技术手段

(1)本发明的天线装置，具备：在长方体状的电介质块上形成了多个电极的天线元件、和在基底部件上形成了接地电极的基板，该天线装置的特征在于，上述多个电极至少具备第1辐射电极和第2辐射电极，上述第1辐射电极的第1端部与上述基板的接地电极连接，上述第2辐射电极的第1端部经由电容或者直接与上述基板的供电部连接，第1辐射电极以及第2辐射电极的第2端部彼此之间隔着规定间隙的狭缝而对置，上述天线元件，其长边方向沿着上述基板的一边，且靠近于一个角部而配置，上述电介质块上的上述狭缝的位置，从上述电介质块的中央偏向上述基板的一边的中央方向。

(2)在(1)中，设其构成为例如：上述基板具备接地开口部，上述天线元件被安装于上述接地开口部。

(3)在(1)或者(2)中，优选上述第1辐射电极从上述电介质块的第1端面形成至上表面，上述第2辐射电极的上述第1端部与接地电极连接，且上述第2辐射电极从上述电介质块的第2端面形成至上表面，在上述电介质块的第2端面上，形成供电电极，该供电电极使得在与上述第2辐射电极之间产生上述电容，上述狭缝设置于上述电介质块的上表面。

(4)另外，在(1)或者(2)中，优选上述第1辐射电极从上述电介质块的第1端面形成至上表面，上述第2辐射电极的上述第1端部与上述供电部连接，且上述第2辐射电极从上述电介质块的第2端面形成至上表面，上述狭缝设置于上述电介质块的上表面。

发明效果

根据本发明，能够获得一种如GPS用天线这样的在卫星信号的接收用途上有优势的、在天顶方向上具有指向性的天线装置。

附图说明

图1是作为比较例的典型的λ/4单极型的天线装置的立体图。

图2是作为比较例的典型的电容供电型天线装置的立体图。

图3是针对图1所示的天线装置的指向性示出的图。

图4是针对图2所示的天线装置的指向性示出的图。

图5是第1实施方式涉及的天线装置311的立体图。

图6是图5所示的天线装置311的等效电路图。

图7是针对第1实施方式涉及的天线装置311的指向性示出的图。

图8是示出天线装置311的示意性的指向性模式的图。

图9是示出向基板安装天线元件的安装位置与狭缝的位置之间的关系的图。

图10是第2实施方式涉及的天线装置312的立体图。

图11是图10所示的天线装置312的等效电路图。

图12是第3实施方式涉及的天线装置313的立体图。

图13是图12所示的天线装置313的等效电路图。

图14是第4实施方式涉及的天线装置314的立体图。

图15是第4实施方式涉及的天线装置315的立体图。

具体实施方式

《第1实施方式》

图5是第1实施方式涉及的天线装置311的立体图。该图所示的天线装置311具备：在长方体状的电介质块10上形成了各种电极的天线元件111；和在基底部件20上形成了各种电极的基板211。

电介质块10是长方体状。在图5所示的状态下，在电介质块10的上表面形成作为第1辐射电极的一部分的辐射电极11M及作为第2辐射电极的一部分的辐射电极13M。在电介质块10的右前方的端面上形成供电电极12和作为第2辐射电极的一部分的辐射电极13S。另外，在电介质块10的左后方的端面上形成作为第1辐射电极的一部分的辐射电极11S。辐射电极11S和11M通过电介质块10的一个棱而导通。同样地，辐射电极13S和辐射电极13M通过电介质块10的一个棱而导通。辐射电极11M和辐射电极13M的前端部隔着规定间隙的狭缝SL而对置。

在电介质块10的下表面(与基板211相对的安装面)，形成分别与辐射电极11S、13S及供电电极12导通的安装用电极。

在基底部件20上形成接地电极21。但是，在接地开口部NGA中，在基底部件20的两面均未形成接地电极21，而进行电气开口。在该接地开口部NGA中形成供电端子22。图5中简略进行显示。在供电端子22与接地电极21之间设置(连接)供电电路。

在上述接地开口部NGA中安装了天线元件111的状态下，与辐射电极11S、13S导通的安装用电极与基板211上的接地电极21导通。另外，与供电电极12导通的安装用电极与基板211上的供电端子22导通。

天线元件111的辐射电极13S、13M与供电电极12接近，在两者之间产生电容。另外，在辐射电极11M及辐射电极13M的前端彼此相对置的狭缝SL部分中产生电容。

图6是图5所示的天线装置311的等效电路图。对图5所示的各符号中对应的部分附加相同的符号。在图6中，电容器Cs是在图5所示的狭缝SL部分中产生的电容。电容器Cf是在图5所示的辐射电极13M与供电电极12之间产生的电容。电容器Csf是在供电电极12与辐射电极13S之间产生的电容。

按照这样，供电电路FC的信号经由电容器Cf及Csf被供电至辐射电极13M。另外，经由电容器Cs从第2辐射电极(13M，13S)对第1辐射电极(11M、11S)进行供电。

图7是针对第1实施方式涉及的天线装置311的指向性示出的图。图7(A)是表示基板电流的强度分布的图，分别用箭头的方向表示在基板的接地电极中流过的电流的方向，用箭头的大小和浓度表示电流的强度。另外，图7(B)是表示天线装置的y-z面(以z轴为天顶方向的基板的平面)中的电场强度分布的图，用浓度表示电场的强度。

在天线装置311中，由图7(A)明显可知，不存在电流因反相而相互抵消的地方。即没有零点。另外，如图7(A)所示，作为整体越往上侧则电流强度越高。这是由于，天线元件111的狭缝SL部成为电流最大点，通过该狭缝SL的位置能获取天线元件安装边的电流的平衡。在该例中，由于天线元件111安装于基板的左上角，因此电介质块10上的狭缝SL的位置从电介质块的中央偏向天线元件安装边的中央方向。这样，电流最大点成为基板的天线元件安装边的靠近中央处，天线元件安装边的整体的电流强度变强。

由此，由于天线元件安装边(规定为天顶方向的基板的一个短边)的电流强度强，因此如图7(B)所示，整体而言上半部分比下半部分的增益高，得到在天顶方向上存在峰值位置的指向性。

图8是表示天线装置311的示意性的指向性模式的图。这样，能在天顶方向的整个较广的范围内(从低仰角至高仰角为止的广仰角范围)得到高增益。

图9是表示将天线元件向基板安装的安装位置与狭缝SL的位置之间的关系的图。图9(A)是已示出那样的将天线元件111安装于基板211的左上角的情况下的一例。在该情况下，只要使电介质块上的狭缝SL的位置从电介质块的中央偏向基板的天线元件安装边的中央方向(图中点划线所示的位置方向)即可。图9(B)是将天线元件111R安装于基板211R的右角的情况下的一例。该情况下，只要使电介质块上的狭缝SL的位置从电介质块的中央偏向基板的天线元件安装边的中央方向(图中点划线所示的位置方向)即可。

《第2实施方式》

图10是第2实施方式涉及的天线装置312的立体图。该图所示的天线装置312具备：在长方体状的电介质块10上形成了各种电极的天线元件112；和在基底部件20上形成了各种电极的基板212。

电介质块10是长方体状。在图10所示的状态下，在电介质块10的上表面形成作为第1辐射电极的一部分的辐射电极11M及作为第2辐射电极的一部分的辐射电极13M。在电介质块10的右前方的端面上形成供电电极12和作为第2辐射电极的一部分的辐射电极13S。另外，在电介质块10的左后方的端面上形成作为第1辐射电极的一部分的辐射电极11S。辐射电极11S和11M通过电介质块10的一个棱而导通。同样地，辐射电极13S和13M通过电介质块10的一个棱而导通。辐射电极11M和辐射电极13M的前端部，隔着沿着辐射电极11M及辐射电极13M的长边方向的规定间隙的狭缝SL而接近。

在电介质块10的下表面(与基板212相对的安装面)，形成电容用电极14。另外，形成分别与辐射电极11S、13S及供电电极12导通的安装用电极。与辐射电极11S导通的安装用电极15被分为两部分而与基板的接地电极21连接。这样通过将各个安装用电极对称地进行配置，从而焊锡安装时的自我调节性提高，与基板212相对的天线元件112的安装位置精度提高。

在基底部件20上形成接地电极21。但是，在接地开口部NGA中，在基底部件20的两面均不形成接地电极21，而进行电气开口。在该接地开口部NGA中形成供电端子22、电容电极端子24、及其引出端子25。在供电端子22与接地电极21之间设置供电电路。

在供电端子22与接地电极21之间，如图10所示根据需要连接匹配元件31。

在上述接地开口部NGA中安装了天线元件112的状态下，与辐射电极11S、13S导通的安装用电极与基板212上的接地电极21导通。进而，与供电电极12导通的安装用电极与基板212上的供电端子22导通。

天线元件112的第2辐射电极(13S，13M)和供电电极12接近，在两者之间产生电容。另外，在辐射电极11M及辐射电极13M的前端彼此相对置的狭缝SL部分中产生电容。

在引出端子25和接地电极21之间根据需要安装谐振频率调整元件32。

图11是图10所示的天线装置312的等效电路图。对图10所示的各符号中对应的部分附加相同的符号。在图11中，电容器Cs是在图10所示的狭缝SL部分中产生的电容。电容器Cf是在图10所示的辐射电极11M与供电电极12之间产生的电容。电容器Cc是在辐射电极11M与电容用电极14之间产生的电容。电容器Csf是在供电电极12与辐射电极13S之间产生的电容。

按照这样，供电电路FC的信号从电容器Cf及Csf经由辐射电极13M的狭缝SL被供电至辐射电极11M。另外，经由电容器Cs从辐射电极11M对第2辐射电极(13M，13S)进行供电。进而，通过电容器Cc及谐振频率调整元件32将天线装置的谐振频率设置为规定值。

在图10所示的例子中，由于天线元件112安装在基板的左上角，因此狭缝SL从电介质块10的中央偏向右侧。在基板的右上角安装天线元件的情况下，只要将天线元件安装成狭缝从电介质块的中央偏向左侧的位置即可。

《第3实施方式》

图12是第3实施方式涉及的天线装置313的立体图。该图所示的天线装置313具备：在长方体状的电介质块10上形成了各种电极的天线元件113；和在基底部件20上形成了各种电极的基板213。

在图12所示的状态下，在电介质块10的上表面形成作为第1辐射电极的一部分的辐射电极11M及作为第2辐射电极的一部分的辐射电极13M。在电介质块10的右前方的端面上形成作为第2辐射电极的一部分的辐射电极13S。并且，在电介质块10的左后方的端面上形成作为第1辐射电极的一部分的辐射电极11S。辐射电极11S和辐射电极11M通过电介质块10一个棱而导通。同样地，辐射电极13S和辐射电极13M通过电介质块10的一个棱而导通。辐射电极11M和辐射电极13M的前端部隔着狭缝SL而接近。狭缝SL不限于曲柄(crank)形状，在天线的宽度较宽的情况下等能充分获取电容的情况下，成为直线状的狭缝形状。

在基底部件20上形成接地电极21。但是，在接地开口部NGA中，在基底部件20的两个面上均不形成接地电极21，而进行电气开口。在该接地开口部NGA中形成供电端子22。在供电端子22与接地电极21之间设置供电电路。在此，供电端子22和接地电极21，如图12所示，通过A部直接连接。

在上述接地开口部NGA中安装了天线元件113的状态下，辐射电极11S与基板213上的接地电极21导通。辐射电极13S与基板213上的供电端子22导通。

在天线元件113的辐射电极11M、13M的前端彼此相对置的狭缝SL部分中产生电容。

图13是图12所示的天线装置313的等效电路图。对图12所示的各符号中对应的部分附加相同的符号。在图12中，电容器Cs是在图12所示的狭缝SL部分中产生的电容。供电电路FC的信号被直接供电至辐射电极13S。

即使按照这样进行直接供电，电流也是按照供电端子22→第2辐射电极(13S，13M)→第1辐射电极(11M，11S)→接地电极21这样的路径流过，因此与电容供电的情况同样地，在基板的接地电极21中流过电流。由于电流的强度分布不会因供电方式的不同而变化，因此即使按照这样不是进行电容供电而是直接供电，也同样能够适用。

《第4实施方式》

图14/图15是第4实施方式涉及的两种天线装置314、315的立体图。

如图14所示的天线装置314，具备：在长方体状的电介质块10上形成了各种电极的天线元件114；以及在基底部件20上形成了各种电极的基板211。在图14所示的状态下，在电介质块10的右后方面上形成作为第1辐射电极的一部分的辐射电极11M及作为第2辐射电极的一部分的13M。在电介质块10的右前方的端面上形成供电电极12和作为第2辐射电极的一部分的辐射电极13S。并且，在电介质块10的左后方的端面上形成作为第1辐射电极的一部分的辐射电极11S。辐射电极11S和辐射电极11M通过电介质块10的一个棱而导通。同样地，辐射电极13S和辐射电极13M通过电介质块10的一个棱而导通。辐射电极11M和辐射电极13M的前端部隔着规定间隙的狭缝SL而对置。其他构成与第1实施方式中图5所示的天线装置相同。

图15所示的天线装置315，具备：在长方体状的电介质块10上形成了各种电极的天线元件115；和在基底部件20上形成了各种电极的基板213。在图15所示的状态下，在电介质块10的右后方面上形成有辐射电极11M、13M。在电介质块10的右前方的端面上形成有辐射电极13S。并且，在电介质块10的左后方的端面上形成有辐射电极11S。辐射电极11S和辐射电极11M通过电介质块10的一个棱而导通。同样地，辐射电极13S和辐射电极13M通过电介质块10的一个棱而导通。辐射电极11M和辐射电极13M的前端部隔着曲柄形状的狭缝SL而接近。其他构成与第3实施方式中图12所示的天线装置相同。

按照这样，即使在安装了辐射电极和狭缝形成于相对基板的接地电极21垂直的面上的天线元件的情况下，接地电极21中也会流过与第1～第3实施方式所示的天线装置的情况相同的电流。即，由于在基板的接地电极中流过的电流占主导，因此在天顶侧所在的一面设置狭缝的情况和在侧面设置狭缝的情况下，电流强度分布的差异小。因此，也能够适用于安装辐射电极和狭缝形成于相对基板的接地电极垂直的面上的天线元件的天线装置。

另外，本发明还能够适用于在基板的天线元件安装位置的背面形成有接地电极的天线装置。在这种类型的天线装置中，接地电极中电流沿着基板的安装面的接地开口部的内周围流动，虽然基于该电流的辐射会被背面的接地电极阻碍，但基板电流的强度分布，处于与在接地开口部中安装了天线元件的类型相同的倾向，因此能够在天顶方向保持指向性。

符号说明

FC...供电电路

NGA...接地开口部

NP，NP1，NP2...零点

PP...峰值点

SL...狭缝

10...电介质块

11...辐射电极

11S，11M...第1辐射电极

12...供电电极

13S，13M...第2辐射电极

14...电容用电极

15...安装用电极

20...基底部件

21...接地电极

22...供电端子

24...电容电极端子

25...引出端子

32...谐振频率调整元件

101，102...天线元件

111，111R...天线元件

112～115...天线元件

201，202...基板

211，211R...基板

212，213...基板

311～315...天线装置

Claims

1.一种天线装置，具备：在长方体状的电介质块上形成了多个电极的天线元件、和在基底部件上形成了接地电极的基板，该天线装置的特征在于，

上述多个电极至少具备第1辐射电极和第2辐射电极，

上述第1辐射电极的第1端部与上述基板的接地电极连接，

上述第2辐射电极的第1端部经由电容或者直接与上述基板的供电部连接，

第1辐射电极以及第2辐射电极的第2端部彼此之间隔着规定间隙的狭缝而对置，

上述天线元件，其长边方向沿着上述基板的一边，且靠近于一个角部而配置，

上述电介质块上的上述狭缝的位置，从上述电介质块的中央偏向上述基板的一边的中央方向。

2.根据权利要求1所述的天线装置，其特征在于，

在上述基板中具备接地开口部，

上述天线元件安装于上述接地开口部。

3.根据权利要求1或2所述的天线装置，其特征在于，

上述第1辐射电极从上述电介质块的第1端面形成至上表面，

上述第2辐射电极的上述第1端部与接地电极连接，且上述第2辐射电极从上述电介质块的第2端面形成至上表面，

在上述电介质块的第2端面上，形成供电电极，该供电电极使得在与上述第2辐射电极之间产生上述电容，

上述狭缝设置于上述电介质块的上表面。

4.根据权利要求1或2所述的天线装置，其特征在于，

上述第1辐射电极从上述电介质块的第1端面形成至上表面，

上述第2辐射电极的上述第1端部与上述供电部连接，且上述第2辐射电极从上述电介质块的第2端面形成至上表面，

上述狭缝设置于上述电介质块的上表面。