天线及具备该天线的通信装置的制作方法

专利名称：天线及具备该天线的通信装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种安装在插入装于例如个人电脑等中的基板等的接地 面上的、用于进行信息通信等无线通信的天线。此外，本发明涉及一种具 备该天线的通信装置。
背景技术：
例如作为用于进行无线通信的天线，提出了单极天线(例如，参照专
利文献1。)、贴片天线(patch antenna)、倒F天线等各种天线。
图12中示出的天线是倒F天线(参照专利文献2。)。该倒F天线在 接地板(earth plate) 41上隔着间隔配置三角形的板状的天线元件42而形 成。在天线元件42的各边的中央部，分别设置短路板(short plate) 43。 供电点44配置于天线元件42的重心位置处，从该供电点44向天线元件 42供电。短路板43相对天线元件42倾斜成直角。并且，短路板43的前 端与接地板41电连接，从而使天线元件42的各边的中央部与接地板41 短路。
此外，图13中示出的天线也为倒F天线(参照专利文献3。)。该倒F 天线在接地板41等的接地导体上配置放射导体板46而形成。放射导体板 46相对接地导体面大致平行配置。供电导体板47从上述放射导体板46 的外缘大致成直角而延伸出来，并与供电电路连接。短路导体板48、 49 从上述放射导体板46的外缘的多个部位大致成直角而延伸出来。放射导 体板46的电气长度(electricaUength)设定为谐振波长的大约四分之一。
短路导体板48从放射导体板46的边中的与设置有供电导体板47的 边相邻的边延伸出来。短路导体板49从放射导体板46的边中的与设置有 供电导体板47的边相同的边延伸出来。短路导体板48和短路导体板49 设置在从供电导体板47离开相互不同的距离的部位处。
专利文献l:特许公报第3457672号专利文献2:特许公报第2745489号 专利文献3: JP特幵2004—312166号公报
但是，上述这样的倒F天线，由于指向性相对于接地板41等在水平 面上具有零点(null point),因此存在有时由于天线的方向而不能通信的 问题。此外，上述这样的倒F天线在进行宽带化的情况下，必须增大天线 的高度。
此外，上述图12、图13中示出的倒F天线，全都将短路板43和短路 导体板48、 49等的短路部形成于非对称的位置处。因此，上述图12、图 13中示出的倒F天线在天线安装方向上会有限制。更进一步地，上述图 12、图13中示出的倒F天线，如果增大天线效率和频带，则为了有效利 用基板的谐振，就必须在基板端附近设置上述短路部。由此，存在在天线 设置位置上有限制的问题。
此外，贴片天线单体中，难以实现薄型(low-profile)并具有宽带特 性。因此，如上述专利文献1中所示那样的单极天线中存在，如果使用的 电介质的介电常数较大，则与通信电路之间的匹配较为困难的问题。

发明内容
本发明具有下面示出的构造，是用于解决上述课题的手段。即，本发 明的天线特征在于，
具有板状的放射元件，该板状的放射元件与接地面隔着间隔而配置于
该接地面上，采用预定的低频域波长 H和高频域波长 12进行谐振，
在该放射元件的周缘部设置与供电电路连接的供电部、和一对短路
部，
上述供电部设置在上述放射元件的一端侧，
上述一对短路部设置在从上述供电部沿着上述放射元件的周缘方向 相互相反一侧的、从上述供电部流至上述短路部的高频域谐振的电压分别 成为零的部位的区域中，
上述短路部延伸设置于上述接地面侧，并与该接地面连接， 上述放射元件的与上述供电部相反一侧的另 一端侧成为开放端， 从上述放射元件的一端侧至上述开放端的电气长度，形成为该放射元件的高频域谐振波长、的二分之一。
此外，本发明的通信装置包括具有本发明中特有的构造的天线。 发明效果
本发明的天线在接地面上设置如下部件而形成与该接地面隔着间隔 而配置的板状的放射元件、和设置在该放射元件的周缘部的供电部和一对 短路部。放射元件采用预定的低频域波长^和高频域波长、进行谐振。 并且，上述一对短路部设置在如下区域中，即从设置在放射元件的一端侧 的周缘部的供电部沿着上述放射元件的周缘方向相互相反一侧的、从供电 部流向短路部的高频域谐振的电压分别成为零的部位的区域中。因此，本 发明的天线由低频域谐振波长？H的电流，能够产生单极天线模式或环形 (loop)天线模式的谐振。此外，本发明的天线中，上述放射元件的与上 述供电部处于相反一侧的另一端侧成为开放端，从上述放射元件的一端侧 至上述开放端的电气长度形成为该放射元件的高频域谐振波长X2的二分 之一。因此，本发明的天线利用波长^的电流，能够产生贴片天线模式的 谐振。
也就是说，本发明的天线能够产生单极天线模式或环形天线模式的谐 振、和贴片天线模式的谐振2种谐振。由此，本发明的天线能够实现薄型 且宽带化。此外，上述2种谐振内，尤其由于低频域侧不是倒F天线模式， 因此在水平方向上没有零点。从而，本发明的天线能够在水平面方向的全 部方向上进行电波的接收和发送。
此外，本发明的天线中，在放射元件的开放端侧形成伸长至接地面侧 的伸长部，且该伸长部的前端侧成为开放端，在该开放端与接地面之间形 成有助于高频域谐振波长人2的电气长度的电容。具有该结构的天线，能够 形成上述电容，并且由于天线长能够变长，因此能够向低频率侧移位高频 域谐振波长，天线的小型化就成为可能。
更进一步地，在供电部、短路部和伸长部中的至少一个按照其宽度连 续或阶梯地进行变化而形成的天线中，能够起到以下效果。也就是说，使 供电部的宽度随着朝向放射元件侧变宽而变化的结构能够在宽带中获得 匹配。此外，使短路部的宽度变化的结构能够降低低频域谐振的频率。更 进一步地，使伸长部的宽度变化的结构能够实现宽带化。更进一步地，在供电部、短路部和伸长部的至少一个中形成了切口部 的结构中，能够起到以下效果。也就是说，该天线通过在例如电流集中流 过的部分中形成狭缝等切口部，能够增加L性，有效降低谐振频率。
此外，本发明的天线中，通过形成匹配元件，或形成匹配用狭缝，能 够起到以下效果。也就是说，能够省去用于对与供电部连接的供电电路的
阻抗和天线的阻抗进行匹配的外置的部件(调整L性和C性的部件)，可 以节省空间。
更进一步地，本发明的天线中，通过在接地面和放射元件之间设置电 介质基体，能够实现天线的小型化。
更进一步地，具备本发明的天线的通信装置中，由于天线能够起到上 述各效果，因此能够实现宽带化，特别，能够形成在水平面方向(接地面 方向)的整个方向上可以发送、接收电波的通信装置。


图1是用于说明第1实施例的天线的图。
图2是说明在电路基板上设置本发明的天线的情况下的配置位置的例 子的图。
图3是由从接地面侧观察的立体图来表示第1实施例的天线的说明图。
图4a是用于说明第1实施例的天线的动作的图。
图4b是用于说明第1实施例的天线的动作的图。
图5是示出第1实施例的天线的试制例中的VSWR特性的曲线图。
图6a是示出求出上述试制例的天线的电场面(電界面)的zy平面中
的指向性的例子的曲线图。
图6b是用于说明上述试制例的天线的电场面的zy平面中的指向性的
角度的图。
图7a是示出按照三维来求出上述试制例的天线的低频域谐振的电场 面的例子的图。
图7b是示出按照三维来求出上述试制例的天线的高频域谐振的电场 面的例子的图。图8a是用于说明第2实施例的天线的立体结构的图。 图8b是用于说明短路部的其他的形成方式例的图。 图8c是用于说明短路部的其他的形成方式例的图。 图8d是用于说明短路部的其他的形成方式例的图。 图8e是用于说明短路部的其他的形成方式例的图。 图9是用于说明第3实施例的天线的图。 图10是用于说明第4实施例的天线的图。
图U是用于说明其他实施例的天线中的匹配狭缝形成方式例的图。
图12是用于说明专利文献2中记载的天线的图。
图13是用于说明专利文献3中记载的一个天线的图。
符号说明
1天线
2放射元件
3供电部
4电路基板
5接地面
6开放端
7、 8短路部
9伸长部
10电介质基体
13、 14、 15狭缝
18、 19弯曲部
20匹配用狭缝
具体实施例方式
以下，参照

本发明的实施方式。
图1中利用示意立体图示出了电路基板4和第1实施例的天线。该天 线l，例如如图2的平面图所示那样，适用于具备电路基板4的数据通信 装置等中。在该电路基板4的表面形成有接地面5。另外，图1、图2示
8出将水平方向(接地面5的形成方向)作为相互正交的x轴和y轴，将与 x轴和y轴正交的方向作为z轴。
天线1具有在接地面5上与该接地面5隔着间隔而配置的板状的放射 元件2。在该放射元件2的周缘部设置有与供电电路(未图示)连接的 供电部3、和一对短路部7、 8。在本实施例中，放射元件2是正方形，此 外，短路部7、 8形成于在放射元件2的Y轴方向的中央部中相互相对的 位置处。第1实施例通过这样将放射元件2作为正方形并在相互相对的位 置处形成短路部7、 8的结构，从而能够自由设定天线1的安装方向。
放射元件2采用预定的低频域波长^和高频域波长^2进行谐振。在 该放射元件2的一端侧设置供电部3，供电部3延伸至接地面5侧。上述 一对短路部7、 8设置在如下区域中，即，从供电部3沿着放射元件2的 周缘方向相互相反一侧的、从上述供电部3流向短路部7、 8的高频域i皆 振的电压分别成为零的部位的区域中。短路部7、 8延伸至上述接地面5 侧，且与该接地面5连接。
上述放射元件2中，与上述供电部3的形成位置处于相反侧的另一端 侧成为开放端6。在该开放端6侧形成伸长至接地面5侧的伸长部9，该 伸长部9的前端侧形成开放端6。在开放端6和接地面5之间形成有助于 高频域谐振波长 i2的电气长度的电容。从放射元件2的一端侧至开放端6 的电气长度形成为放射元件2的高频域谐振波长、的二分之一。
此外，本实施例中，在放射元件2和上述接地面5之间，设置电介质 基体10。该电介质基体10，如图3所示，形成为除其周缘部之外的区域 被挖开的状态。电介质基体10形成有沿着放射元件2的下面(与接地面5 相对的面)的区域和沿着放射元件2的周缘部的区域。也就是说，形成电 介质基体10的区域是形成有供电部3以及短路部7、 8的区域，且是放射 元件2中电流集中流过的区域。
本实施例的天线1如以上构成。该天线1中，如图4a的实线箭头A 以及图4b的实线箭头A所示，低频域的谐振路径为供电部3—放射元件 2—短路部7、 8。本发明者试制天线l，改变输入相位(例如90。和270。 中)来解析电场分布，能够确认全都在供电部3侧有较强的电波放射。由 此，能够确认天线1在低频域谐振波长中采用单极天线模式或环形天线模
9式来工作。
另外，低频域谐振波长的电波的放射，如图4b的虚线箭头B所示， 在朝向放射元件2的开放端6的方向上也能看到。但是，这是被认为是来 自短路部7、 8的反射波在朝向放射元件2的开放端6侧的路径上而产生 的。
另一方面，如图4a的虚线箭头B所示，高频域的谐振路径为从放射 元件2的一端侧朝向开放端6侧的路径。本发明者试制天线l，改变输入 相位(例如90。和270。中)来解析电场分布，能够确认，从放射元件2朝 向接地面5的电场的方向以短路部7、 8的形成位置为边界成为相反方向。 由此，能够确认，天线1在高频域谐振波长中，驻波(standing wave)的 谐振是谐振波长的二分之一 (谐振频率的V2)，采用贴片天线模式进行工 作。
另外，试制的天线1形成在45mmxl00mm的电路基板4上。天线尺 寸为20mmx20mm，其高度为6.5mm，为薄型的。电介质基体10的介电 常数为6.45。天线安装位置，如图2所示那样，低频域的谐振频率设定为 3400MHz，高频域的谐振频率设定为4600MHz。
此外，对该试制的天线1测定VSWR (Voltage Standing Wave Ratio)， 得到图5中示出的结果。也就是说，能够确认，VSWR^3的Low B and UWB (Ultra Wide Band)频带的频率为3.1GHz 4.8GHz，在宽带中能够 得到较低的VSWR特性。
更进一步地，如图6a所示，在yz平面中，调查2个谐振点处的电场 面的指向性，得到如图6的特性线a、特性线b所示的结果。另外，特性 线a和特性线b分别示出低频域谐振侧(3400MHz)和高频域谐振侧 (4600MHz)。此外，角度e，如图6b所示，将从接地面5朝向上方的z 轴方向作为0。，将比该z轴更处于图的左侧处而形成的角度作为正(+)， 更处于右侧处而形成的角度作为负(一)。从天线1的一端侧(供电部3 的形成侧)朝向另一端侧的y轴方向为90°,从天线1的另一端侧朝向一 端侧的y轴方向为一90。。
更进一步地，通过解析而求得天线1的x轴、y轴和z轴方向的三维 的指向性，低频域谐振的指向性如图7a所示，高频域谐振的指向性如图7b所示。也就是说，能够确认，采用低频域谐振能够在水平面方向的全部 方向上进行电波的发送和接收。
以下，说明第2实施例。另外，在第2实施例的说明中，与上述第l 实施例相同的名称部分标注相同符号，省略其共同部分的重复说明。
图8a中，利用示意立体图示出了电路基板4和第2实施例的天线1 。 第2实施例与上述第1实施例大致同样构成。第2实施例与上述第1实施 例不同之处在于，供电部3和短路部7、 8随着朝向接地面5侧而连续地 变窄宽度(随着朝向放射元件2侧而变宽宽度)。另外，第2实施例中， 供电部3和短路部7、 8都是左右对称的，此外，图8a中，省略示出电介 质基体10。
第2实施例如以上构成，第2实施例也能够起到与上述第1实施例相 同的效果。此外，第2实施例通过使供电部3的宽度随着朝向放射元件2 侧而逐渐变宽，能够在宽带中取得匹配。并且，第2实施例通过改变短路 部7、 8的宽度，能够加长短路部7、 8的边12的长度，降低频率。
另外，短路部7、 8的形状，例如，如图8b、图8c的各图中所示的短 路部7那样，也可以形成为左右非对称。这样，通过改变短路部7、 8的2 个边12的长度，能够使电流路径变复杂，能够实现宽带化。
以下，说明第3实施例。另外，第3实施例的说明中，与第l、第2 实施例相同的名称部分标注相同符号，省略其共同部分的重复说明。
图9中，由示意立体图示出第3实施例的天线1。第3实施例与第1 实施例大致相同构成。第3实施例与第1实施例不同的特征在于，在供电 部3和短路部7、 8形成作为切口部的狭缝13、 14、 15。另外，图9省略 示出电介质基体IO。
形成在供电部3中的狭缝13在X方向上形成，形成在短路部7、 8中 的狭缝14、 15分别形成在Y方向上。并且，狭缝13 15都形成为矩形。 此外，狭缝13 15的形态和形成数目不特别限定，可适当设定。其中， 形成在短路部7、 8中的狭缝14、 15优选形成为相互相同的形态。
第3实施例如以上构成，第3实施例也能够起到与上述第1实施例相 同的效果。此外，第3实施例通过形成狭缝13 15，能够降低谐振频率。
以下，说明第4实施例。另外，第4实施例的说明中，与第1 3实施例相同的名称部分附加相同符号，省略其共同部分的重复说明。
图10中利用示意立体图示出了电路基板4和第4实施例的天线1 。第
4实施例与第1实施例大致相同构成。第4实施例与上述第1实施例不同 的特征之处在于，设置有长方形的弯曲部18。弯曲部18形成在形成有供 电部3的放射元件2的一端侧的周缘部11中。此外，弯曲部18形成在相 对供电部3处于两侧的位置处，朝向接地面5侧伸长。弯曲部18与供电 部3隔着间隔配置，形成对与供电部3连接的供电电路的阻抗和天线的阻 抗进行匹配的匹配元件。另外，图10中，省略示出电介质基体IO。
第4实施例也能起到与上述第1实施例相同的效果。更近一步地，第 4实施例中，由于弯曲部18形成匹配元件而不必设置外置的匹配用部件， 因此可以节省空间。
另外，代替在相对供电部3处于两侧的位置的周缘部11中形成弯曲 部18，也可以采用如图10的虚线所示的结构。也就是说，也可以在与周 缘部11相对的接地面5上，朝向该周缘部11侧形成弯曲部19。并且，也 可以由该弯曲部18、 19形成上述匹配元件。此外，也可以设置两方的弯 曲部18、 19来形成匹配元件。另外，弯曲部18、 19的形状、大小等可以 适当设定。
另外，如图11所示，在处于供电部3的两侧的放射元件2中，也可 以从放射元件2的一端侧朝向另一端侧伸长形成匹配用狭缝20。该匹配用 狭缝20对与上述供电部3连接的供电电路的阻抗和天线的阻抗进行匹配。 在该构成中，也能起到与第4实施例相同的效果。
另外，本发明不限定为上述各实施例，可以采用各种形态。例如，上 述各实施例都具有电介质基体IO，但是也可以省略电介质基体IO。此外， 即使在设置电介质基体10的情况下，如上述各实施例那样，不限于挖开 中央部的形状，不特别限定其形状，能够适当设定其形状。
此外，供电部3、短路部7、 8、伸长部9的各自的形状不特别限定， 可适当设定。例如，短路部7、 8，如图8d所示，也可以按照随着朝向接 地面5侧而连续变宽宽度的方式来形成。此外，供电部3、短路部7、 8、 伸长部9也可以分别成左右非对称。更进一步地，供电部3、短路部7、 8、 伸长部9，例如如图8e所示的供电部3那样，也可以是宽度发生阶梯变化的形状。此外，供电部3、短路部7、 8、伸长部9中，可以所有部位发生 变化，也可以仅一个部位发生变化。更进一步地，伸长部9能够省略。
更进一步地，上述实施例中，短路部7、 8设置在相互相对的位置处， 但短路部7、 8不必限定为设置在相对的位置处。也就是说， 一对短路部7、 8也可以设置在从供电部3沿着放射元件2的周缘方向相互相反一侧的、 从上述供电部3流向短路部7、 8的高频域谐振的电压分别成为零的部位 的区域中。
另外，在放射元件2的周缘部中，将短路部7、 8设置为比y方向的 中央部更靠近放射元件2的开放端6的结构，能够实现更进一步的宽带化。 此外，在放射元件2的周缘部中，将短路部7、 8设置为比y方向的中央 部更靠近供电部3的结构，能够进行倒F天线的动作。
更进一步地，上述各实施例中，放射元件2为正方形，但放射元件2 也可以为长方形。此外，放射元件2也可以是在正方形和长方形的角部形 成圆形或切口的形状。更进一步地，放射元件2可以是正圆或椭圆等圆形 形状，其形状可适当设定。其中，如果放射元件2为矩形则谐振频率调整 较为容易，所以优选。
更进一步地，上述各实施例中，在电路基板4的表面上形成接地面5， 但也可以在电路基板4的内部形成接地面5，也可以在背面形成接地面5。
更进一步地，上述说明，针对将上述各实施例的天线l应用于数据通 信装置的例子进行了叙述，但本发明的天线，能够应用于各种无线通信装 置中。
产业上的可利用性
本发明的天线是接地安装型，可以实现薄型、宽带化。因此，本发明 的天线适于作为安装在插入于个人电脑等中的基板等的接地面上的天线。 此外，具备本发明的天线的通信装置应用于个人电脑等中，适用于作为用
于进行信息通信等的无线通信的通信装置。
权利要求
1.一种天线，具有板状的放射元件，该板状的放射元件与接地面隔着间隔而配置于该接地面上，采用预定的低频域波长λ1和高频域波长λ2进行谐振，在该放射元件的周缘部设置与供电电路连接的供电部、和一对短路部，上述供电部设置在上述放射元件的一端侧，上述一对短路部设置在从上述供电部沿着上述放射元件的周缘方向相互相反一侧的、从上述供电部流至上述短路部的高频域谐振的电压分别成为零的部位的区域中，上述短路部延伸设置于上述接地面侧，并与该接地面连接，上述放射元件的与上述供电部相反一侧的另一端侧成为开放端，从上述放射元件的一端侧至上述开放端的电气长度，形成为该放射元件的高频域谐振波长λ2的二分之一。
2. 根据权利要求l所述的天线，其特征在于，在放射元件的开放端侧形成向接地面侧伸长的伸长部，该伸长部的前端侧成为开放端，在该开放端和接地面之间形成有助于高频域谐振波长、的电气长度的电容。
3. 根据权利要求1或2所述的天线，其特征在于，供电部、短路部和伸长部中的至少一个被形成为其宽度随着从放射元件的周缘部侧朝向接地面侧而连续或阶梯地发生变化。
4. 根据权利要求1或2所述的天线，其特征在于，在供电部、短路部和伸长部中的至少一个中，形成有切口部。
5. 根据权利要求1或2所述的天线，其特征在于，在形成有供电部的放射元件的一端侧的相对于上述供电部处于两侧的位置的周缘部、和与该周缘部相对的接地面的至少一方上，设置朝向该相对的对方侧伸长的弯曲部，该弯曲部与上述供电部隔着间隔而配置，形成对与该供电部连接的供电电路的阻抗和天线的阻抗进行匹配的匹配元件。
6. 根据权利要求1或2所述的天线，其特征在于，在处于供电部的两侧的放射元件上，从上述放射元件的一端侧朝向另一端侧伸长形成对与上述供电部连接的供电电路的阻抗和天线的阻抗进行匹配的匹配用狭缝。
7. 根据权利要求1或2所述的天线，其特征在于，在接地面和放射元件之间设置有电介质基体。
8. —种通信装置，具备权利要求1或2所述的天线。
9. 一种通信装置，具备权利要求7所述的天线。
全文摘要
在接地面(5)上，与该接地面(5)隔着间隔配置板状的放射元件(2)。放射元件(2)采用预定的低频域波长λ₁和高频域波长λ₂进行谐振。在上述放射元件(2)的周缘部设置与供电电路连接的供电部(3)和一对短路部(7、8)。供电部(3)设置在放射元件(2)的一端侧。一对短路部(7、8)设置在从上述供电部(3)沿着放射元件(2)的周缘方向相互相反一侧的、从供电部(3)流至短路部(7、8)的高频域谐振的电压分别成为零的部位的区域中。短路部(7、8)延伸至接地面(5)侧，并与该接地面(5)连接。放射元件(2)的与供电部(3)处于相反一侧的另一端侧为开放端(6)。从放射元件(2)的一端侧至开放端(6)的电气长度形成为放射元件(2)的高频域谐振波长λ₂的二分之一。
文档编号H01Q9/30GK101558531SQ20078004628
公开日2009年10月14日 申请日期2007年10月3日 优先权日2006年12月15日
发明者植木纪行 申请人:株式会社村田制作所