专利名称：表面安装型天线和天线装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种小型表面安装型天线和天线装置，可用于移动通信设备，例如蜂窝电话中。
1.背景技术近来，随着小型、轻量和高性能移动通信设备例如蜂窝电话的快速发展，对构成这些设备的天线的小型化和高性能的要求也越来越高。例如，为了满足这种要求，目前开发了一种表面安装型的天线。
现在将参照图7所示的透视图来说明传统结构的表面安装型天线和包括该天线的天线装置。
在图7中，附图标记90表示一表面安装型天线。该表面安装型天线90安装在一安装基板96上，从而构成天线装置101。在图7所示的表面安装型天线90中，附图标记91表示基本为长方体基体；92表示给电端子；93表示接地端子；94表示发射电极。另外，在安装基板96中，附图标记97表示基板；98表示给电电极；99表示接地电极；100表示接地导体层。
在传统的表面安装型天线90中，在基体91的侧表面上形成给电端子92和接地端子93。发射电极94被布线为长导体形，使其末端从侧表面上的给电端子93向上延伸，然后在基体91的顶表面上形成从平面看来基本呈U形，以形成近似回路，然后从侧表面向下朝给电端子92延伸。为了匹配安装基板96的给电电极98(馈线)的阻抗，通过在发射电极94的给电端子92附近的一部分设置间隙95来控制发射电极94的电容。同时，在安装基板96中，基板97的顶表面上布置有给电电极98、接地电极99和接地导体层100。接地导体层100与接地电极99的一侧面对面的布置，并与接地电极连接。
然后，将表面安装型天线90安装在安装基板96的顶表面上，并使给电端子92与给电电极98连接，接地端子93与接地电极99连接。从而实现了天线装置101。
相关的技术在日本未审专利JP-A 9-162633(1997)中公开。
但是，传统表面安装型天线90存在下面的问题。通过调整形成在发射电极94中的间隙95的大小来实现发射电极94与给电电极98之间的阻抗匹配，可改变发射电极94的阻抗。但是，同时随着阻抗的改变，天线的谐振频率也会改变。这使得很难实现设计时希望得到的天线特性。
发明内容
本发明是考虑到上述传统技术方案中存在的问题而提出的，因此它的目的是提供一种表面安装型的天线和天线装置，它们可以快速稳定的实现满意的天线特性，提高发射效率并实现最小化。
本发明提供一种表面安装型天线，包括基体，所述基体由基本上为长方体的绝缘体或磁性材料制成；给电端子，所述给电端子形成在基体的一个侧表面的一端侧部；接地端子，所述接地端子形成在基体的一个侧表面的另一端侧部；和发射电极，其一端与接地端子连接，该发射电极设置的其另一端从一侧表面的另一端侧部延伸，经过基体的一主表面的另一端侧部，到达一主表面的一端侧部，然后转向一侧表面，从而进一步向一主表面的另一端侧部延伸，并最终形成一开口末端，该末端基本上垂直面对一主表面的另一端侧部的中点，其中，给电端子设置的从一侧表面的一端侧部向一主表面的一端侧部延伸，且其开口端临近发射电极。
根据本发明，发射电极向一主表面的一端侧部延伸，然后转向另一端侧部，最终形成一开口末端，该末端基本上垂直面对一主表面的另一端侧部的中点。另外，给电端子的开口端的位置临近发射电极。采用这种结构，发射电极和给电端子可通过它们之间产生的电容彼此电磁耦合。另外，当将天线安装在安装基板上时，由于在发射电极的从弯曲部(弯曲部分)向开口末端延伸的那部分和安装基板的接地导体层之间产生电容，因此可以降低发射电极的谐振频率。这使得在不增加基体的介电常数以及不再将发射电极变得非常细的情况下，可以实现天线的最小化。
根据本发明，可通过调整发射电极和给电端子之间的电容，来实现发射电极和安装基板的给电电极(馈线)之间的阻抗匹配，发射电极安装在安装基板上。同时，天线的谐振频率量级的主导因素是在发射电极的从弯曲部向开口末端延伸的那部分和安装基板的接地导体层之间的电容。因此，可以将天线谐振频率的变化降至最低，该变化是通过调整发射电极和给电端子之间的电容而实现的阻抗调整的结果，因此可以实现小型的表面安装型天线，它具有更高的发射效率和稳定的天线特性。
本发明提供了一种表面安装型天线，包括基体，所述基体由基本上为长方体的绝缘体或磁性材料制成；给电端子，所述给电端子形成在基体的一个侧表面的一端侧部；接地端子，所述接地端子形成在基体的一个侧表面的另一端侧部；和发射电极，其一端与接地端子连接，所述发射电极设置的其另一端从一侧表面的另一端侧部延伸，经过基体的一主表面和另一侧表面的另外端侧部，到达该另一侧表面的一端侧部，然后转向一主表面的一端侧部，从而进一步向一主表面的另一端侧部延伸，最终形成一开口末端，该末端基本上垂直面对一主表面的另一端侧部的中点，其中，给电端子设置的从一侧表面的一端侧部向一主表面的一端侧部延伸，且其开口端临近发射电极。
根据本发明，发射电极向一侧表面的一端侧部延伸，然后转向另一端侧部，最终形成一开口末端，该末端基本上垂直面对一主表面的另一端侧部的中点。另外，给电端子的开口端的位置临近发射电极。采用这种结构，发射电极和给电端子可通过它们之间产生的电容彼此电磁耦合。另外，当将天线安装在安装基板上时，由于在发射电极的从弯曲部(弯曲部分)向开口末端延伸的那部分和安装基板的接地导体层之间产生电容，因此可以降低发射电极的谐振频率。这使得在不增加基体的介电常数以及不再将发射电极变得非常细的情况下，可以实现天线的最小化。
根据本发明，可通过调整发射电极和给电端子之间的电容，来实现发射电极和安装基板的给电电极(馈线)之间的阻抗匹配，发射电极安装在安装基板上。同时，天线的谐振频率量级的主导因素是在发射电极的从弯曲部向开口末端延伸的那部分和安装基板的接地导体层之间的电容。因此，可以将天线谐振频率的变化降至最低，该变化是通过调整发射电极和给电端子之间的电容而实现的阻抗调整的结果，因此可以实现小型的表面安装型天线，它具有更高的发射效率和稳定的天线特性。
另外，根据本发明，发射电极从一侧表面的另一末端延伸，经过基体的一主表面以及另一侧表面的另外端侧部，到达该另一侧表面的一端侧部，然后转向一主表面的一端侧部，从而进一步向一主表面的另一端侧部延伸。因此，发射电极可以变得更长，可以实现小型表面安装型天线。
本发明提供了一种表面安装型的天线，包括基体，所述基体由基本为长方体的绝缘体或磁性材料制成；给电端子，所述给电端子形成在基体的一个侧表面的一端侧部；接地端子，所述接地端子形成在基体的一个侧表面的另一端侧部；和发射电极，其一端与接地端子连接，该发射电极设置的的其另一端从一侧表面的另一端侧部延伸，经过基体的一主表面的另一端侧部，到达一主表面的一端侧部，然后延伸到一侧表面的一端侧部，从而进一步向一侧表面的另一端侧部延伸，最终形成开口末端，该末端基本上垂直面对一侧表面的另一端侧部的中点，其中，给电端子设置的其开口端临近一侧表面的一端侧部中的发射电极。
根据本发明，发射电极从一侧表面的一端侧部延伸，然后转向另一端侧，最终形成开口末端，该末端基本垂直面对一侧表面的另一端侧部的中点。另外，给电端子的开口端的位置临近发射电极。采用这种结构，发射电极和给电端子可通过它们之间产生的电容彼此电磁耦合。另外，当将天线安装在安装基板上时，由于在发射电极的从弯曲部(弯曲部分)向开口末端延伸的那部分和安装基板的接地导体层之间产生电容，因此可以降低发射电极的谐振频率。这使得在不增加基体的介电常数以及不再将发射电极变得非常细的情况下，可以实现天线的最小化。
根据本发明，可通过调整发射电极和给电端子之间的电容，来实现发射电极和安装基板的给电电极(馈线)之间的阻抗匹配，发射电极安装在安装基板上。同时，天线的谐振频率量级的主导因素是在发射电极的从弯曲部向开口末端延伸的那部分和安装基板的接地导体层之间的电容。因此，可以将天线谐振频率的变化降至最低，该变化是通过调整发射电极和给电端子之间的电容而实现的阻抗调整的结果，因此可以实现小型的表面安装型天线，它具有更高的发射效率和稳定的天线特性。
另外，根据本发明，发射电极从一侧表面的另一端侧部延伸，经过基体的一主表面的另一端侧部，到达一主表面的一端侧部，然后向一侧表面的一端侧部延伸。因此，接地导体层和从弯曲部到开口末端的导体部分之间的距离变短，得到更大的电容元件，这样，可以实现小型表面安装型天线。
本发明提供了一种表面安装型天线，包括基体，所述基体由基本上为长方体的绝缘体或磁性材料制成；给电端子，所述给电端子形成在基体的一个侧表面的一端侧部；接地端子，所述接地端子形成在基体的一个侧表面的另一端侧部；和发射电极，其一端与接地端子连接，该发射电极设置的其另一端从一侧表面的另一端侧部延伸，经过基体的一主表面和另一侧表面的另外端侧部，到达该另一侧表面的一端侧部，然后经过一主表面的一端侧部延伸到一侧表面的一端侧部，从而进一步向一侧表面的另一端侧部延伸，最终形成一开口末端，该末端基本上垂直面对一侧表面的另一端侧部的中点，其中，给电端子的开口端设置的临近一侧表面的一端侧部中的发射电极。
根据本发明，发射电极向一侧表面的一端侧部延伸，然后转向另一端侧部，最终形成一开口末端，该末端基本上垂直面对一侧表面的另一端侧部的中点。另外，给电端子设置的其开口端的位置临近发射电极。采用这种结构，发射电极和给电端子可通过它们之间产生的电容彼此电磁耦合。另外，当将天线安装在安装基板上时，由于在发射电极的从弯曲部(弯曲部分)向开口末端延伸的那部分和安装基板的接地导体层之间产生电容，因此可以降低发射电极的谐振频率。这使得在不增加基体的介电常数以及不再将发射电极变得非常细的情况下，可以实现天线的最小化。
根据本发明，可通过调整发射电极和给电端子之间的电容，来实现发射电极和安装基板的给电电极(馈线)之间的阻抗匹配，发射电极安装在安装基板上。同时，天线的谐振频率量级的主导因素是在发射电极的从弯曲部向开口末端延伸的那部分和安装基板的接地导体层之间的电容。因此，可以将天线谐振频率的变化降至最低，该变化是通过调整发射电极和给电端子之间的电容而实现的阻抗调整的结果，因此可以实现小型的表面安装型天线，它具有更高的发射效率和稳定的天线特性。
另外，根据本发明，发射电极从一侧表面的另一端侧部延伸，经过基体的一主表面和另一侧表面的另外端侧部，到达另一侧表面的一端侧部，然后经过一侧表面的一端侧部向一侧表面的一端侧部延伸，从而进一步向一侧表面的另一端侧部延伸。因此，接地导体层和从弯曲部到开口末端的导体部分之间的距离变短，从而得到更大的电容。另外，发射电极可以变得更长，从而可实现一小型表面安装型天线。
在本发明中，位于开口端、和一主表面或一侧表面的一端侧部上的弯曲部之间的发射电极的长度保持在基体的一主表面或一侧表面的长度的1/5到3/4之间。
根据本发明，当位于开口端和一主表面或一侧表面的一端侧部上的弯曲部之间的发射电极的长度保持在基体的一主表面或一侧表面的长度的1/5到3/4之间时，可以得到一便于进行频率调节的天线。
在本发明中，基体最好具有一通孔，该通孔从该基体的一端表面贯穿到另一端表面，或者该基体最好具有一形成在另一主表面上的沟槽，从而从基体的一端表面贯穿到另一端表面。
根据本发明，当基体具有一通孔，该通孔从该基体的一端表面贯穿到另一端表面，或者该基体具有一形成在另一主表面上的沟槽，从而从基体的一端表面贯穿到另一端表面时，可增加天线的带宽。
在本发明中，基体最好是由一绝缘材料制成，该材料的相对介电常数εr保持在3-30的范围内。
根据本发明，发射电极的有效长度减小，因此电流分布区域面积增加。这使得发射电极可以发射更大量的无线电波，从而提高天线增益并最小化该表面安装型天线。
在本发明中，基体最好是由磁性材料制成，该磁性材料的相对导磁率μr的范围在1到8。
根据本发明，发射电极具有更高的阻抗，这导致天线中的低Q因子，相应的带宽也增加。
本发明还提供了一种天线装置，包括安装基板，其上形成有给电电极、接地电极、和接地导体层，该接地导体层面对接地电极的一侧面布置，并与接地电极连接；和上述的表面安装型天线，其中通过将表面安装型天线安装在安装基板上构成该天线装置，此时位于安装基板的顶表面上的基体的另一主表面面对接地电极的另一侧面布置，且同时给电端子和接地端子分别与馈电极和接地电极连接。
根据本发明，该天线装置的结构如下。本发明的表面安装型天线安装在安装基板上，该基板上形成有给电电极、接地电极和地导电层，该接地导体层面对接地电极的一侧面布置，并与接地电极连接。同时给电端子和接地端子分别与给电电极和接地电极连接。因此，通过调整具有弯曲部的表面安装型天线的发射电极和安装基板上的给电电极、接地电极和接地导体层之间产生的电容，可以在发射电极和给电电极之间快速实现阻抗匹配。另外，可以很容易的实现发射电极的谐振频率和发射效率的正确设定和调节以及发射电极的最小化，从而可以实现小型天线装置，该装置具有更高的发射效率和稳定的天线特性。
如上所述，根据本发明可以提供一种表面安装型天线和一种天线装置，它们可以实现满意、稳定的天线特性，提高发射效率并实现最小化。
从参照下面的附图进行的详细说明中，将更加清楚本发明的其他目的、特征和优点。
图1A所示的透视图示出根据本发明第一实施例所述的表面安装型天线和根据本发明第一实施例所述通过将该表面安装型天线安装在安装基板的顶表面上而构成的天线装置；图1B所示的示意图示出从一侧表面侧看到的根据本发明第一实施例所述的表面安装型天线；图1C所示的示意图示出从一主表面侧看到的根据本发明第一实施例所述的表面安装型天线；图1D所示的俯视图示出根据本发明第一实施例所述的表面安装型天线和根据本发明第一实施例所述通过将该表面安装型天线安装在安装基板的顶表面上而构成的天线装置；图2A所示的透视图示出根据本发明第二实施例所述的表面安装型天线和根据本发明第二实施例所述通过将该表面安装型天线安装在安装基板的顶表面上而构成的天线装置；图2B所示的示意图示出从一侧表面侧看到的根据本发明第二实施例所述的表面安装型天线；图2C所示的示意图示出从一主表面侧看到的根据本发明第二实施例所述的表面安装型天线；图2D所示的示意图示出从另一侧表面侧看到的根据本发明第二实施例所述的表面安装型天线；图2E所示的俯视图示出根据本发明第二实施例所述的表面安装型天线和根据本发明第二实施例所述通过将该表面安装型天线安装在安装基板的顶表面上而构成的天线装置；图3A所示的透视图示出根据本发明第三实施例所述的表面安装型天线和根据本发明第三实施例所述通过将该表面安装型天线安装在安装基板的一顶表面上而构成的天线装置；图3B所示的示意图示出从一侧表面侧看到的根据本发明第三实施例所述的表面安装型天线；图3C所示的示意图示出从一主表面侧看到的根据本发明第三实施例所述的表面安装型天线；图3D所示的俯视图示出根据本发明第三实施例所述的表面安装型天线和根据本发明第三实施例所述通过将该表面安装型天线安装在安装基板的顶表面上而构成的天线装置；图4A所示的透视图示出根据本发明第四实施例所述的表面安装型天线和根据本发明第四实施例所述通过将该表面安装型天线安装在安装基板的顶表面上而构成的天线装置；图4B所示的示意图示出从一侧表面侧看到的根据本发明第四实施例所述的表面安装型天线；图4C所示的示意图示出从一主表面侧看到的根据本发明第四实施例所述的表面安装型天线；图4D所示的示意图示出从另一侧表面侧看到的根据本发明第四实施例所述的表面安装型天线；图4E所示的俯视图示出根据本发明第四实施例所述的表面安装型天线和根据本发明第四实施例所述通过将该表面安装型天线安装在安装基板的顶表面上而构成的天线装置；图5所示的示意性等效电路图，用于说明本发明所述表面安装型天线和天线装置中的天线结构的功能；图6A和6B分别示出本发明所述表面安装型天线中基体结构的例子，图6A示出形成一通孔的情况，图6B示出形成一槽的情况；图7所示的透视图示出传统表面安装型天线和包括该天线的天线装置的一个例子的。
最佳实施方式现在参照
本发明的最佳实施例。
下面将参照附图，对根据本发明的实施例所述的表面安装型天线和天线装置进行说明。
图1A所示的透视图示出根据本发明第一实施例所示的表面安装型天线和根据本发明的第一实施例通过将该表面安装型天线安装在安装基板的顶表面上而构成的天线装置；图1B所示的示意图示出从一侧表面侧看到的根据本发明的第一实施例所示的表面安装型天线；图1C所示的示意图示出从一主表面侧看到的根据本发明第一实施例的表面安装型天线；图1D所示的俯视图示出根据本发明第一实施例所示的表面安装型天线和根据本发明第一实施例所述通过将该表面安装型天线安装在安装基板的顶部表面上而构成的天线装置。
在图1A-1D中，本发明的表面安装型天线10包括基体11、给电端子12、接地端子13以及发射电极14。该基体11是由基本为长方体绝缘或磁性材料制成的。该给电端子12形成在基体11的一侧表面a的一端侧部11a。接地端子13形成在基体11的一侧表面a的另一端侧部11b。发射电极14由线性导体构成。发射电极14的一端14a设置地与接地端子13连接，使其另一端14b从基体11的一侧表面a的另一末端部分11b延伸，经过基体11的主表面b的另一端侧部11d，到达主表面b的一端侧部11c，然后向一侧表面a转向，从而进一步向一主表面b的另一端侧部11d延伸，最终形成一开口端，该开口端基本上垂直面对一主表面b的另一端侧部11d的中点。另外，在发射电极14中，在一主表面b的一端侧部11c上形成弯曲部15。所设置的给电端子12从一侧表面a的一端侧部11a向一主表面b的一端侧部11c延伸，其开口端12a临近发射电极14。
另外，安装基板16包括基板17、接地电极19、以及与接地电极19连接的接地导体层20。该接地导体层20与接地电极19的一侧面对面布置，即如图1A-1D所示的实施例中，位于基板的顶表面的左前侧上。
然后，将根据本发明第一实施例所述的表面安装型天线10安装在安装基板16上，并使位于安装基板16顶表面上的基体11的另一主表面(在图1A所示的实施例中，对应于底表面)与接地电极19(在图1A所示的实施例中，位于基板顶表面的右后侧上)的另一侧面对面布置。同时，给电端子12和接地端子13分别与给电电极18和接地电极19连接。这样，就实现了本发明的天线装置21。
根据本发明第一实施例所述的表面安装型天线10的一个显著特点是发射电极14和给电端子12的结构。具体地说，发射电极14的另一端从基体11的一主表面b的一端侧部11c向其另一端侧部11d延伸，从而形成一弯曲部15，最终在另一端侧部11d附近形成一开口端14b。在该弯曲部15和开口端14b之间的发射电极14的长度保持在基体11的长度的1/5到3/4范围内。同时，给电端子12的开口端12a与弯曲部15附近的发射电极14相对。
由于发射电极14的弯曲部15经过基体11面对给电端子12，因此发射电极14与给电端子12通过它们之间产生的电容实现电磁耦合。
然后，将这种结构的本发明第一实施例所述的表面安装型天线10安装在安装基板16的顶表面上，并使该天线与例如接地导体层20的末端相距大约0.5mm到3mm的距离。同时，接地端子13通过接地电极19与接地导体层20连接。这样，本发明的天线装置可以在例如大约1GHz到10GHz的频带带宽内工作。
注意发射电极14作为(1/4)λ谐振器。发射电极14的长度越长，其工作频率就越低。另外，接地导体层20和发射电极14从开口端14b到弯曲部15延伸的导体部分之间的电容元件越大，工作频率就越小。根据本发明表面安装型天线21的实践，通过构成发射电极14使其在基体11的表面转向，可使基体11保持较小的外部尺寸，从而实现了天线的小型化。
图2A所示的透视图示出根据本发明第二实施例所述的表面安装型天线和根据本发明第二实施例所述通过将该表面安装型天线安装在安装基板的顶表面上而构成的天线装置；图2B所示的示意图示出从一侧表面侧看到的根据本发明第二实施例所述的表面安装型天线；图2C所示的示意图示出从一主表面侧看到的根据本发明第二实施例所述的表面安装型天线；图2D所示的示意图示出从另一侧表面侧看到的根据本发明第二实施例所述的表面安装型天线；图2E所示的俯视图示出根据本发明第二实施例所述的表面安装型天线和根据本发明第二实施例所述通过将该表面安装型天线安装在安装基板的顶表面上而构成的天线装置；在图2A-2E中，根据本发明第二实施例所述的表面安装型天线30包括基体31、给电端子32、接地端子33以及发射电极34。该基体31是由基本为长方体的绝缘或磁性材料制成的。该给电端子32形成在基体31的一侧表面a的一端侧部31a处。接地端子33形成在基体31的一侧表面a的另一端侧部31b处。发射电极34由线性导体构成。把发射电极34设置的其一端34a与接地端子33连接，使其另一端34b从基体31的一侧表面a的另一末端部分31b延伸，经过基体31的一主表面b和另一侧表面c的另外端侧部31d、31f，到达另一侧表面c的一端侧部31e，然后向一主表面b的一端侧部31c转向，从而进一步向一主表面b的另一端侧部31d延伸，最终形成一开口端，该开口端基本上垂直面对一主表面b的另一端侧部31d的中点。另外，在发射电极34中，在一主表面b的一端侧部31c上形成弯曲部35。所设置的给电端子32从一侧表面a的一端侧部31a向一主表面b的一端侧部31c延伸，其开口端32a临近发射电极14设置。
另外，安装基板36包括基板37、形成在基板37的顶表面上的给电电极38、接地电极39、以及与接地电极39连接的接地导体层40。该接地导体层40面对接地电极39的一侧面对面布置，即如图2A所示的实施例中，位于基板的顶表面的左前侧上。
然后，将根据本发明的第二实施例所述的表面安装型天线30安装在安装基板36上，并使位于安装基板36顶表面上的基体31的另一主表面(在图2A所示的实施例中，对应于底表面)与接地电极39(在图2A所示的实施例中，位于基板顶表面的右后侧上)的另一侧面对面布置。同时，给电端子32和接地端子33分别与给电电极38和接地电极39连接。这样，就实现了本发明的天线装置41。
根据本发明的第二实施例所述的表面安装型天线30的一个显著特点是发射电极34和给电端子32的结构。具体地说，发射电极34设置的其另一端从基体31的一主表面b的一端侧部31c向其另一端侧部31d延伸，从而形成一弯曲部35，最终在另一端侧部31d附近形成一开口端34b。在该弯曲部35和开口端34b之间的发射电极14的长度保持在基体31的长度的1/5到3/4范围内。同时，给电端子32的开口端32a与弯曲部35附近的发射电极34相对。
在本发明的天线装置41中，根据本发明的第二实施例所述的表面安装型天线30在结构上与图1A-1D所示的本发明的第一实施例所述的表面安装型天线10相似，它们的区别在于发射电极34经过另一侧表面c延伸。正如本发明所述天线装置21的情况那样，将本发明的第二实施例所述的表面安装型天线30安装在安装基板36的顶表面上，并使该天线与例如接地导体层40的末端相距大约0.5mm到3mm的距离。同时，接地端子33通过接地电极39与接地导体层40连接。这样，天线装置41可以在例如大约1GHz到10GHz的频带带宽内工作。
这样，通过构成发射电极34使其经过另一侧表面c延伸，可使发射电极34更长，相应的降低了工作频率。这样就解决了使基体31更大的需要，从而实现了天线的小型化。
图3A所示的透视图示出根据本发明的第三实施例所述的表面安装型天线和根据本发明的第三实施例所述通过将该表面安装型天线安装在安装基板的顶表面上而构成的天线装置；图3B所示的示意图示出从一侧表面侧看到的根据本发明的第三实施例所述的表面安装型天线；图3C所示的示意图示出从一主表面侧看到的根据本发明的第三实施例所述的表面安装型天线；图3D所示的俯视图示出根据本发明的第三实施例所示的表面安装型天线和根据本发明的第三实施例所述通过将该表面安装型天线安装在安装基板的一顶表面上而构成的天线装置；在图3A-3D中，根据本发明的第三实施例所述的表面安装型天线50包括基体51、给电端子52、接地端子53以及发射电极54。该基体51是由基本为长方体的绝缘或磁性材料制成的。该给电端子52形成在基体51的一侧表面a的一端侧部51a处。接地端子形成在基体51的一侧表面a的另一端侧部51b处。发射电极54由线性导体构成。发射电极54设置的其一端54a与接地端子连接，使其另一端54b从基体51的一侧表面a的另一末端部分51b延伸，经过基体51的一主表面b的另一端侧部51d，到达一主表面b的一端侧部51c，然后向一侧表面a的一端侧部51a延伸，从而进一步向一侧表面a的另一端侧部51b延伸，并最终形成一开口端，该开口端基本上垂直面对一侧表面a的另一端侧部51b的中点。另外，在发射电极54中，在一侧表面a的一端侧部51a上形成弯曲部55。给电端子52设置的其开口端52a临近于一侧表面a的一端侧部51a中的发射电极54。
另外，安装基板56包括基板57、形成在基板57的顶表面上的给电电极58、接地电极59、以及与接地电极59连接的接地导体层60。该接地导体层60与接地电极59的一侧面对面布置，即如图3A所示的实施例中，位于基板的顶表面的左前侧上。
然后，将根据本发明的第三实施例所述的表面安装型天线50安装在安装基板56上，并使位于安装基板56顶表面上的基体51的另一主表面(在图3A所示的实施例中，对应于底表面)与接地电极59(在图3A所示的实施例中，位于基板顶表面的右后侧上)的另一侧面对面布置。同时，给电端子52和接地端子53分别与给电电极58和接地电极59连接。这样，就实现了本发明的天线装置61。
根据本发明第三实施例所述的表面安装型天线50的一个显著特点是发射电极54和给电端子52的结构。具体地说，发射电极54设置的使其另一端从基体51的一侧表面a的一端侧部51a向其另一端侧部51b延伸，从而形成一弯曲部55，并最终形成一开口端。在该弯曲部55和开口端之间的发射电极54的长度保持在基体51的长度的1/5到3/4范围内。同时，给电端子52的开口端52a设置的与弯曲部55附近的发射电极54相对。
在本发明所述的天线装置61中，根据本发明第三实施例所述的表面安装型天线50在结构上与图1A-1D所示的本发明第一实施例所述的表面安装型天线10相似，但是，它们的区别在于弯曲部55和开口端54b形成在一侧表面a上。正如本发明天线装置21的情况那样，将本发明第三实施例所述的表面安装型天线50安装在安装基板56的顶表面上，并使该天线与例如接地导体层60的末端相距大约0.5mm到3mm的距离。同时，接地端子53通过接地电极59与接地导体层60连接。这样，本发明所述的天线装置61可以在例如大约1GHz到10GHz的频带带宽内工作。
这样，通过在一个侧表面a上形成弯曲部55和开口端54b，缩短了接地导体层60和发射电极54从弯曲部55到开口端54b延伸的导体部分之间的间隔，从而产生更大的电容成分，相应的降低了工作频率。这样就解决了使基体51的外部尺寸更大的需要，从而实现了天线的小型化。
图4A所示的透视图示出根据本发明第四实施例所示的表面安装型天线和根据本发明第四实施例所述通过将该表面安装型天线安装在安装基板的顶表面上而构成的天线装置；图4B所示的示意图示出从一侧表面侧看到的根据本发明第四实施例所述的表面安装型天线；图4C所示的示意图示出从一主表面侧看到的根据本发明第四实施例所述的表面安装型天线；图4D所示的示意图示出从另一侧表面侧看到的根据本发明第四实施例所述的表面安装型天线；图4E为一俯视图，示出根据本发明第四实施例的表面安装型天线和根据本发明第四实施例所述通过将该表面安装型天线安装在安装基板的顶表面上而构成的天线装置。
在图4A-4E中，根据本发明第四实施例所述的表面安装型天线70包括基体71、给电端子72、接地端子73以及发射电极74。该基体71是由基本为长方体的绝缘或磁性材料制成的。该给电端子72形成在基体71的一侧表面a的一端侧部71a。接地端子73形成在一侧表面a的另一端侧部71b。发射电极74由线性导体构成。发射电极74设置的其一端74a与接地端子73连接，使其另一端74b从基体71的一侧表面a的另一末端部分71b延伸，经过基体71的一主表面b和另一侧表面c的另外端侧部71d、71f，到达一该另一侧表面c的一端侧部71e，然后经过一主表面b的一端侧部71c向一侧表面a的一端侧部71a延伸，以进一步向一侧表面a的另一端侧部71b延伸，并最终形成一开口端，该开口端基本垂直面对一侧表面a的另一端侧部71b的中点。另外，在发射电极74中，在一侧表面a的一端侧部71a上形成弯曲部75。给电端子72的开口端72a临近于一侧表面a的一端侧部71a中的发射电极74。
另外，安装基板76包括基板77、形成在该基板77的顶表面上的给电电极78、接地电极79、以及与接地电极79连接的接地导体层80。该接地导体层80面对接地电极79的一侧面布置，即如图4A所示的实施例中，位于基板的顶表面的左前侧上。
然后，将根据本发明第四实施例所述的表面安装型天线70安装在安装基板76上，并使位于安装基板76顶表面上的基体71的另一主表面(在图4A所示的实施例中，对应于底表面)面对接地电极79(在图4A所示的实施例中，位于基板顶表面的右后侧上)的另一侧面布置。同时，给电端子72和接地端子73分别与给电电极78和接地电极79连接。这样，就实现了本发明的天线装置81。
根据本发明第四实施例所述的表面安装型天线70的一个显著特点是发射电极74和给电端子72的结构。具体地说，发射电极74设置的其另一端从基体71的一侧表面a的一端侧部71a向其另一端侧部71b延伸，从而形成一弯曲部75，并最终形成一开口端。在该弯曲部75和开口端之间的发射电极74的长度保持在基体71的长度的1/5到3/4范围内。同时，给电端子72的开口72b设置地与弯曲部75附近的发射电极74相对。
在本发明的天线装置81中，根据本发明第四实施例所述的表面安装型天线70在结构上与图1A-1D所示的本发明第一实施例所述的表面安装型天线10相似，但是，它们的区别在于发射电极74设置地延伸经过另一侧表面c，弯曲部75和开口端74b都形成在一侧表面a上。正如本发明天线装置21的情况那样，将本发明第四实施例所述的表面安装型天线70安装在安装基板76的顶表面上，并使该天线与例如接地导体层80的末端相距大约0.5mm到3mm的距离。同时，接地端子73通过接地电极79与接地导体层80连接。这样，本发明的天线装置81可以在例如大约1GHz到10GHz的频带带宽内工作。
这样，通过构成发射电极74使其延伸经过另一侧表面c，同时通过在一个侧表面a上形成弯曲部75和开口端74b，缩短了接地导体层80和发射电极74从弯曲部75到开口端74b延伸的导体部分之间的间隔，从而制成更大的电容元件。另外，发射电极变得更长，对应的工作频率也降低。这样就解决了使基体71的外部尺寸更大的需要，从而实现了天线的小型化。
参照图5所示的简易等效电路图，来说明根据本发明第一到第四实施例所述的表面安装型天线10、30、50、70以及利用它们的天线装置21、41、61、81中的天线结构的功能。
在图5中，附图标记L1表示从接地导体层20、40、60、80经过接地电极19、39、59、79和接地端子13、33、53、73延伸到达基体11、31、51、71的表面的发射电极14、34、54、74的电感；C2表示接地导体层20、40、60、80和发射电极14、34、54、74从弯曲部15、35、55、75到开口端14b、34b、54b、74b延伸的部分之间产生的电容；C1表示主要在发射电极14、34、54、74的弯曲部15、35、55、75和给电端子12、32、52、72之间产生的电容。要指出的是，电容C1和地之间连接有一高频信号电源，该等效电路还包括发射电极14、34、54、74的发射电阻(未示出)。从接地导体层20、40、60、80经过接地电极19、39、59、79和接地端子13、33、53、73延伸到达基体11、31、51、71的表面的发射电极14、34、54、74具有弯曲部15、35、55、75。这里，弯曲部15、35、55、75和接地导体层20、40、60、80之间产生的电容可以忽略，因为附近流过的电流非常大，使电感成分是主要的。进一步地，发射电极14、34、54、74从弯曲部15、35、55、75延伸到开口端的部分的电感也可忽略，因为流向开口端14b、34b、54b和74b的电流很小，使电容成分是主要的。
可通过调节发射电极14、34、54、74的电感L1和电容C2，来控制本发明所述表面安装型天线10、30、50、70的工作频率。另外，通过增加电容C2，可以降低天线的谐振频率。这使得在不增加基体的介电常数和不再使发射电极变细的情况下，可以实现天线的最小化。
这里，接地导体层20、40、60、80和发射电极从弯曲部15、35、55、75到开口端14b、34b、54b和74b延伸的部分之间产生的电容C2基本上与弯曲部和开口端之间的发射电极的长度成正比。因此，调节弯曲部和开口端之间的发射电极的长度可以调节天线的频率。
发射电极在弯曲部15、35、55、75和开口端14b、34b、54b和74b之间的长度最好保持在基体11、31、51、71的长度的1/5到3/4之间的范围内。这种情况下，当根据发射电极在开口端14b、34b、54b、74b和弯曲部15、35、55、75之间的长度调节频率时，发射电极在开口端14b、34b、54b、74b和弯曲部15、35、55、75之间的长度与天线的谐振频率之间的关系呈线性。因此可以实现可提供满意频率可调性的天线。如果发射电极在弯曲部15、35、55、75和开口端14b、34b、54b和74b之间的长度小于基体长度的1/5，则发射电极在开口端14b、34b、54b和74b和弯曲部15、35、55、75之间的长度太短，以至于谐振频率不能被限定调节范围内。相反，如果发射电极在弯曲部15、35、55、75和开口端14b、34b、54b和74b之间的长度大于基体长度的3/4，则在开口端14b、34b、54b和74b和发射电极14、34、54、74的另一端侧部的中点之间额外产生不需的电容分量。
同时，可通过调节弯曲部15、35、55、75和给电端子12、32、52、72之间的间隙的间隔，将电容C1设定为合适的值。
在根据本发明第一到第四实施例所述的表面安装型天线10、30、50、70中，发射电极14、34、54、74的弯曲部15、35、55、75和给电端子12、32、52、72之间形成电容C1以实现阻抗调节，从而可有效的激励发射电极14、34、54、74。为了实现阻抗调节从而使发射电极14、34、54、74可以有效的激励，最好通过改变弯曲部15、35、55、75和给电端子12、32、52、72之间的间隔来改变电容C1。
此时，由于电容C1和馈线的阻抗都比电容C2高，因此天线的谐振频率主要基于电容C2和电感L1的值。因此，不会出现天线的谐振频率随电容C1的变化而极大地改变的情况。因此，根据本发明第一到第四实施例所述的表面安装型天线10、30、50、70和天线装置21、41、61、81，不但可以实现最小化，还可以实现设计时所需的天线特性。
在根据本发明第一到第四实施例所述的表面安装型天线10、30、50、70中，基体11、31、51、71是由基本上为长方体的绝缘或磁性材料制成的。例如，这里制备了一种绝缘材料，它主要由氧化铝(相对介电常数9.6)构成。该粉末形式的绝缘材料经过压模和煅烧后成为陶瓷。利用该陶瓷，可以制造基体。在选择方案中，基体11、31、51、71可由陶瓷制成的混合材料，即绝缘材料和树脂构成，或者由磁性材料例如铁酸盐构成。
在基体11、31、51、71是由绝缘材料构成的情况下，高频信号以更低的速度通过发射电极14、34、54、74传播，因此波长也变得更短。当基体11、31、51、71的相对介电常数表示为εr时，发射电极14、34、54、74的导线分布图案的有效长度降低为这样一个值(1/εr)1/2。因此，当图案长度保持相同时，由于基体11、31、51、71的相对介电常数增加，电流分布区域的面积也变得越来越大。这使得发射电极14、34、54、74可以发射更大量的无线电波，从而提高了天线的增益。
此时，在要获取与传统天线相同的天线特性的情况下，发射电极14、34、54、74的图案长度可以表示为(1/εr)1/2，从而使得根据本发明第一到第四实施例所述的表面安装型天线10、30、50、70变得更小。
要说明的是，利用绝缘材料制造的基体11、31、51、71表现出下面的趋势。如果εr的值小于3，则它接近于空气中的相对介电常数(εr＝1)。这使得很难满足市场对于天线小型化的要求。相反，如果εr的值大于30，则即使可以实现小型化，由于天线的增益和带宽与天线的尺寸成正比，因此天线的增益和带宽也会急剧的减小。这样，天线就不能提供满意的天线特性。这里，在利用绝缘材料制造基体11、31、51、71的情况下，最好使用相对介电常数εr保持在3到30之间的绝缘材料。这种绝缘材料的最佳例子包括以氧化铝陶瓷、氧化锆陶瓷等为代表的陶瓷材料；以及以四氟乙烯、玻璃纤维环氧树脂为代表的树脂材料。
另一方面，在利用磁性材料制造的基体11、31、51、71的情况下，发射电极14、34、54、74具有更高的阻抗。因此天线的Q因子变得更低，相应的带宽增加。
利用磁性材料制造的基体11、31、51、71表现出以下的趋势。如果相对导磁率μr超过8，则即使天线中可以实现更宽的带宽，由于天线的增益和带宽与天线的尺寸成正比，因此天线的增益和带宽也会急剧减小。这样，天线就不能提供满意的天线特性。因此，在利用磁性材料制造的基体11、31、51、71的情况下，最好使用相对导磁率μr在1到8之间的磁性材料。该磁性材料的最佳例子包括YIG(氧化钇铁榴石)、镍(Ni)-Zr(锆)混合物以及Ni(镍)-Co(钴)-Fe(铁)混合物。
在根据本发明第一到第四最佳实施例所述的表面安装型天线10、30、50、70中，基体11、31、51、71最好具有一通孔，该通孔从一个端表面贯穿到另一端表面；或者一槽，该槽形成在基体11、31、51、71的另一个主表面上，从而可以从一个端表面贯穿到另一个端表面。在这种情况下，基体11、31、51、71的有效相对介电常数可以降低，因此可以防止电解能量的积累。从而可以在根据本发明第一到第四实施例所述的表面安装型天线10、30、50、70中实现更大的带宽。
图6A和6B所示的透视图都示出基体结构实例的透视图。在图6A中，在基体110的情况下，形成一通孔111，使其在基体110的纵向方向上从一端表面贯穿到另一端表面。在图6B中，在基体112的情况下，基体112的另一主表面d上形成一槽113，使其在基体112的纵向方向上从一端表面贯穿到另一端表面。
发射电极14、34、54、74、弯曲部15、35、55、75、给电端子12、32、52、72以及接地端子13、33、53、73都是由例如金属材料制成的，这些金属材料主要是由从下面材料组中选择的一种材料构成，该材料组包括铝、铜、镍、银、钯、铂、和金。为了利用上述金属材料形成多种图案，利用公知的印刷方法、基于蒸镀的薄膜形成技术、溅射方法、金属箔压焊方法、电镀方法等，在基体11、31、51、71的表面形成具有所需图案结构的导体层。
由于基板17、37、57、77构成安装基板16、36、56、76，因此使用由例如玻璃纤维环氧树脂或氧化铝陶瓷制成的普通电路基板。
另外，馈电极18、38、58、78和接地电极19、39、59、79也都由在普通电路基板中使用的导体，例如铜或银构成。
位于安装基板16、36、56、76的顶表面上的接地导体层20、40、60、80面对接地电极19、39、59、79的一侧面布置，它最好由导电材料例如通常在普通电路板中使用的铜或银构成。另外，天线最好安装为从接地导体层20、40、60、80的边缘突出。这是为了提高天线的带宽和增益。
要说明的是，最好采用例如经过一回流炉的焊接方式来实现表面安装型天线10、30、50、70在安装基板16、36、56、76上的安装，以及馈线端12、32、52、72和接地端子13、33、53、73分别与给电电极18、38、58、78和接地电极19、39、59、79的连接。
(工作实例)下面将给出对根据本发明第一实施例所述的表面安装型天线和天线装置的实际例子的说明。该例子制作成设计用于GPS的1.575GHz波段的天线。
在普通的四分之一波长单极天线中，天线元件的长度被设定为47mm。图1A-1D所示的本发明第一实施例所述的表面安装型天线10是这样构成的。首先，制备氧化铝制成的基体(尺寸10mm×4mm×3mm)。然后，与图1A-1D所示的发射电极14相似，利用银导体在该基体上形成1mm宽的导电图案。然后，形成弯曲部15。发射电极14在弯曲部15和开口端14b之间的长度被设为3mm。这样，就可以很好的调节根据第一实施例所述的表面安装型天线10的谐振频率。
使用0.8mm厚的玻璃纤维环氧树脂基板作为安装基板16。接地导体层20的尺寸为40mm×80mm。根据本发明第一实施例所述的天线装置21的特征在于中心频率为1.575GHz，带宽为35MHz。
应当理解，本发明的应用并不局限于上述的具体实施例，本领域技术人员在不脱离本发明精神实质和保护范围的情况下可以实现多种修改和变化。
在不脱离本发明精神或实质特征的情况下可以实现其他特定形式的实施例。因此本发明实施例都是说明性和非限制性的。本发明的范围是由随附权利要求书进行限定而不是由前述说明书限定，所有在权利要求书的等效含义和范围内的变化都试图包含在其之中。
权利要求
1.一种表面安装型天线(10)，包括基体(11)，所述基体由基本为长方体的绝缘体或磁性材料制成；给电端子(12)，所述给电端子形成在基体(11)的一个侧表面(a)的一端侧部(11a)；接地端子(13)，所述接地端子形成在基体(11)的一个侧表面(a)的另一端侧部(11b)；和发射电极(14)，其一端(14a)与接地端子(13)连接，该发射电极(14)设置的其另一端(14b)从一侧表面(a)的另一端侧部(11b)延伸，经过基体(11)的一主表面(b)的另一端侧部(11d)，到达一主表面(b)的一端侧部(11c)，然后转向一侧表面(a)，从而进一步向一主表面(b)的另一端侧部(11d)延伸，并最终形成一开口末端，该末端基本上垂直面对一主表面(b)的另一端侧部(11d)的中点，其中，给电端子(12)设置地可从一侧表面(a)的一端侧部(11a)向一主表面(b)的一端侧部(11c)延伸，且它的开口端(12a)设置地临近发射电极(14)。
2.一种表面安装型天线(30)，包括基体(31)，所述基体由基本为长方体的绝缘体或磁性材料制成；给电端子(32)，所述给电端子形成在基体(31)的一个侧表面(a)的一端侧部(31a)；接地端子(33)，所述接地端子形成在基体(31)的一个侧表面(a)的另一端侧部(31b)；和发射电极(34)，其一端(34a)与接地端子(33)连接，发射电极(34)设置的其另一端(34b)从一侧表面(a)的另一端侧部(31b)延伸，经过基体(31)的一主表面(b)和另一侧表面(c)的另外端侧部(31d、31f)，到达该另一侧表面(c)的一端侧部(31e)，然后转向一主表面(b)的一端侧部(31c)，从而进一步向一主表面(b)的另一端侧部(31d)延伸，并最终形成一开口末端，该末端基本上垂直面对一主表面(b)的另一端侧部(31d)的中点，其中，给电端子(12)设置地可从一侧表面(a)的一端侧部(31a)向一主表面(b)的一端侧部(31c)延伸，且其开口端(32a)设置地临近发射电极(34)。
3.一种表面安装型的天线(50)，包括基体(51)，所述基体由基本为长方体的绝缘体或磁性材料制成；给电端子(52)，所述给电端子形成在基体(51)的一个侧表面(a)的一端侧部(51a)；接地端子(53)，所述接地端子形成在基体(51)的一个侧表面(a)的另一端侧部(51b)；和发射电极(54)，其一端(54a)与接地端子(53)连接，该发射电极(54)设置的其另一端(54b)从一侧表面(a)的另一端侧部(51b)延伸，经过基体(51)的一主表面(b)的另一端侧部(51d)，到达一主表面(b)的一端侧部(51c)，然后延伸到一侧表面(a)的一端侧部(51a)，从而进一步向一侧表面(a)的另一端侧部(51b)延伸，并最终形成一开口末端，该末端基本上垂直面对一侧表面(a)的另一端侧部(51b)的中点，其中，给电端子(52)的开口端(52a)设置的临近一侧表面(a)的一端侧部(51a)中的发射电极(54)。
4.一种表面安装型天线(70)，包括基体(71)，所述基体由基本为长方体的绝缘体或磁性材料制成；给电端子(72)，所述给电端子形成在基体(71)的一个侧表面(a)的一端侧部(71a)；接地端子(73)，所述接地端子形成在基体(71)的一个侧表面(a)的另一端侧部(71b)；和发射电极(74)，其一端(74a)与接地端子(73)连接，该发射电极(74)设置的其另一端(74b)从一侧表面(a)的另一端侧部(71b)延伸，经过基体(71)的一主表面(b)和另一侧表面(c)的另外端侧部(71d、71f)，到达该另一侧表面(c)的一端侧部(71e)，然后经过一主表面(b)的一端侧部(71c)延伸到一侧表面(a)的一端侧部(71a)，从而进一步向一侧表面(a)的另一端侧部(71b)延伸，并最终形成一开口末端，该末端基本上垂直面对一侧表面(a)的另一端侧部(71b)的中点，其中，给电端子(72)的开口端(72a)设置地临近一侧表面(a)的一端侧部(71a)中的发射电极(74)。
5.如权利要求1-4中任一项所述的表面安装型天线(10、30、50、70)，其中在一主表面(b)或一侧表面(a)的一端侧部(11c、31c、51c、71c；11a、31a、51a、71a)上，发射电极(14、34、54、74)在开口端(14b、34b、54b、74b)和弯曲部(15、35、55、75)之间的长度在基体(11、31、51、71)的一主表面(b)或一侧表面(a)的长度的1/5到3/4之间的范围内。
6.如权利要求1-4中任一项所述的表面安装型天线(10、30、50、70)，其中，基体(110、112)具有一通孔(111)，该通孔(111)从该基体的一端表面贯穿到另一端表面，或者该基体(110、112)具有一形成在另一主表面(d)上的沟槽(113)，该沟槽(113)从一端表面贯穿到另一端表面。
7.如权利要求1-4中任一项所述的表面安装型天线(10、30、50、70)，其中基体(11、31、51、71)是由一绝缘材料制成，该材料的相对介电常数εr保持在3到30的范围内。
8.如权利要求1-4中任一项所述的表面安装型天线(10、30、50、70)，其中基体(11、31、51、71)是由磁性材料制成，该磁性材料的相对导磁率μr保持在1到8的范围内。
9.一种天线装置(21、41、61、81)，包括安装基板(16、36、56、76)，其上形成有给电电极(18、38、58、78)、接地电极(19、39、59、79)、和接地导体层(20、40、60、80)，该接地导体层(20、40、60、80)面对接地电极(19、39、59、79)的一侧面布置，并与接地电极(19、39、59、79)连接；和权利要求1-4中任一项所述的表面安装型天线(10、30、50、70)，其中通过将表面安装型天线(10、30、50、70)安装在安装基板(16、36、56、76)上构成该天线装置(21、41、61、71)，此时位于安装基板(16、36、56、76)的顶表面上的基体(11、31、51、71)的另一主表面面对接地电极(19、39、59、79)的另一侧面布置，且同时给电端子(12、32、52、72)和接地端子(13、33、53、73)分别与馈电极(18、38、58、78)和接地电极(19、39、59、79)连接。
全文摘要
一种表面安装型天线(10)，包括基本为长方体的基体(11)；在基体(11)的一个侧表面上形成的给电端子和接地端子(12、13)；和发射电极(14)，该发射电极(14)的一端(14a)与接地端子(13)连接，该发射电极(14)设置的其另一端从一侧表面(a)延伸，经过基体(11)的一主表面(b)的另一端侧部(11d)，到达一主表面(b)的一端侧部(11c)，然后转向另一端侧部(11d)，并最终形成一开口末端(14b)，该末端(14b)临近另一端侧部(11d)。给电端子(12)设置地临近发射电极(14)。通过将表面安装型天线(10)安装在安装基板(16)上构成该天线装置(21)，该安装基板(16)具有给电电极(18)、接地电极(19)和接地导体层(20)。
文档编号H01Q1/38GK1505205SQ200310115798
公开日2004年6月16日 申请日期2003年11月28日 优先权日2002年11月28日
发明者佐藤昭典, 生田贵纪, 和多田一雄, 村川俊一, 一, 一雄, 纪 申请人:京瓷株式会社