专利名称：天线装置的制作方法
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。
图IA示出了根据一个实施方式的天线装置的配置实施例；图IB是从图IA所示天线装置的一侧观看该装置的示意性视图2是示出图IA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IA所示的天线装置的天线电路图；图4示出了图IA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。
具体实施例方式之后，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IA示出了根据一个实施方式的天线装置的配置实施例，图IB是示出了从图IA 所示天线装置的一侧观看该装置的状态的示意性视图。图IA和图IB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IA和图IB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ε ,为10. 2而介电损耗因子tan δ为0. 0023的陶瓷材料形成的。 基底的介电常数优选满足、=10士 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IA和图IB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IA和图IB的Z方 向)上直立，并且设置在基底11的宽度方向(图IA和图IB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IA和图 IB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Ila垂直的方向上从前侧Ila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Ila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□。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IA和图IB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. IGHz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IA和图IB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IA和图IB所示天线装置10的基底11的长度Li、 宽度Wl和高度Hl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1^2。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IOA附接到接地面19的状态。天线装置 IOA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IOA包括基底IlA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IlA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IlA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IOA的VSWR特性的图，图7示出通过对天线装置IOA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IOA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IlA的长度Li、宽度Wl和高度Hl分别设为 3. 5毫米、4. 75毫米和4毫米，基底IlA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IOA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IOA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IOA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IOA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IOA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。
权利要求
1. 一种天线装置，该天线装置包括使用具有高介电常数的材料形成的基底；以及 容纳在所述基底内部的天线导体， 其中，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。
2.根据权利要求1所述的天线装置，该天线装置还包括 电感器元件；以及作为电容器元件替代物的金属片，所述电感器元件和所述金属片通过导体串联地连接到所述天线导体。
3.根据权利要求2所述的天线装置，其中所述金属片的与连接到所述电感器元件的端部相反侧的端部连接到设置在接地面上 的射频电路；并且所述电感器元件和所述金属片作为所述天线导体与所述射频电路之间的阻抗匹配电路。
4.根据权利要求3所述的天线装置，其中所述导体、所述电感器元件和所述金属片设置成直线；所述导体的与连接到所述电感器元件的端部相反侧的端部，以与所述第一金属片的平 面垂直的方式，连接到所述第一金属片的所述相对的两边中的一方；所述金属片的与连接到所述电感器元件的端部相反侧的端部附接到所述接地面；并且 容纳所述天线导体的所述基底在与所述接地面的外缘间隔开的位置处受到支撑件的 支撑，该支撑件支撑所述金属片、所述电感器元件和所述导体。
5.根据权利要求4所述的天线，其中 所述第一金属片设置为垂直于所述接地面；并且 所述多个第二金属片设置为相对于所述接地面水平。
6.一种具有无线通信功能的电子设备，该电子设备包括 天线装置；以及通过所述天线装置进行无线通信的无线通信部，其中 所述天线装置包括使用具有高介电常数的材料形成的基底；以及 容纳在所述基底内部的天线导体， 并且，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。
全文摘要
本发明涉及天线装置，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。
文档编号H01Q1/38GK102082322SQ201010539770
公开日2011年6月1日 申请日期2010年11月9日 优先权日2009年11月9日
发明者安德烈·S·安德连科, 山雅城尚志 申请人:富士通株式会社