天线及电子装置的制作方法

本申请是分案申请，原案的国家申请号为201480010421.0，申请日为2014年2月19日，发明名称为“天线及电子装置”。

本发明涉及天线和电子装置。

背景技术：

能够通过周期性布置具有特定结构的导体图案(从此称为超材料)来控制电磁波的传播特性是显而易见的。作为超材料中的最基本结构元件，采用c形环缝的环缝谐振器是已知的，该c形环缝是通过在其周向上切割环形导体的一部分来制造的。环缝谐振器可以通过与磁场进行交互来控制有效导磁率。

作为具有环缝谐振器的天线，已经公开了专利文献1的技术。

引用列表

专利文献

日本未审查专利申请(pct申请的译文)：no.2011-525721

技术实现要素：

技术问题

在具有通信功能的电子装置中，总是需要电子装置的小型化，并且负责通信的天线也需要小型化。提出了一种通过通过使用环缝谐振器小型化天线的技术。

根据发明人的研究结果，已经发现多层布置对于小型化是有效的。在多层印刷基板上执行图案绘制的天线是昂贵的。虽然在单层印刷基板上执行图案绘制的天线并不昂贵，但是其小型化是困难的。

本发明解决了上述问题，并且其目标是提供一种紧凑并且可以廉价地制造的天线和电子装置。

对问题的解决方案

能够解决上述问题的本发明的天线包括环缝谐振器，该环缝谐振器包括：第一环缝部，该第一环缝部以基本上c形的方式形成在位于电介质层的一侧的第一导体层中；第二环缝部，该第二环缝部以基本上c形的方式形成在位于电介质层的另一侧的第二导体层中，从而面对第一环缝部，并且将电介质层夹在中间；以及多个通孔，该多个通孔以预定间隔被布置在第一环缝部和第二环缝部中的c形部的周向上，并且使第一环缝部与第二环缝部电连接。在上述天线中，在第一环缝部的基本上c形部的开口处形成第一缝隙部，在第二环缝部的基本上c形部的开口处形成第二缝隙部，并且第一缝隙部和第二缝隙部形成缝隙以作为电容器工作。

解决上述问题的本发明的电子装置包括上述天线。

本发明的有益效果

在本发明中，即使在双层结构中，也可以实现与多层(例如，六层)结构相同水平的小型化。此外，与多层结构相比，本发明是廉价的。

如果将本发明应用于多层(三层或更多层)结构，则与现有多层结构相比，可以实现进一步的小型化。其可以以与现有多层结构相同的造价制造。

如果天线的造价和尺寸被减小，则具有该天线的电子装置的造价和尺寸可以被减小。

附图说明

图1是第一示例性实施例的天线的示意性立体图；

图2是示意性平面图和层分解图(第一示例性实施例)；

图3是示意性截面图(第一示例性实施例)；

图4是辅助导体图案的细节截面图(第一示例性实施例)；

图5是显示天线的阻抗特性的图；

图6是显示回波损耗特性的图；

图7是显示回波损耗和与无线电路的匹配损耗之间关系的图；

图8是简化环缝谐振器和馈电点的图以及电等效电路图；

图9是比较示例1的平面图；

图10是比较示例的平面图(层分解图)；

图11是辅助导体图案的细节截面图(比较示例2)；

图12是第二示例性实施例的天线的示意性立体图；

图13是示意性平面图和层分解图(第二示例性实施例)；

图14是辅助导体图案的细节截面图(第二示例性实施例)；

图15是示意性平面图(层分解图)(第三示例性实施例)；

图16是辅助导体图案的细节截面图(第三示例性实施例)；

图17是示意性平面图和层分解图(第四示例性实施例)；以及

图18是辅助导体图案的细节截面图(第四示例性实施例)。

具体实施方式

<第一示例性实施例>

～结构～

将结合附图详细解释本发明的示例性实施例中的结构。图1是本发明的第一示例性实施例的天线的示意性立体图。图2为示意性平面图。在图1和图2中，为了图示内部层结构，省略了电介质多层基板7中的电介质层9a和9b。图2的示意性平面图示了概略视图以及通过使两层分离来图示第一缝隙部6a和第二缝隙部6b的细节。图3是示意性截面图，并且图4是辅助导体图案的细节截面图。

天线10包括电介质多层基板7，其中电介质层9a和电介质层9b层叠。第一环缝部1在导体层(第一导体层)7a中形成，并且第二环缝部2在导体层(第二导体层)7b中形成。

第一环缝部1和第二环缝部2中的至少一部分被布置为将电介质层9a和9b夹在两者之间，并且相互面对。

第一环缝部1和第二环缝部2中的每一个都具有c形部，并且c形部在内部包括开口部。

矩形开口部5a在第一环缝部1中形成。与开口部5a相似的矩形开口部5b在第二环缝部2中形成。开口部5a和5b与基本上c形的开口部连续。当从与电介质多层基板7的表面正交的方向看时，开口部5a和5b被形成为相互重叠。

开口部(第一开口部)6a在与开口部5a连续的基本上c形开口部处形成。开口部(第二开口部)6b在与开口部5b连续的基本上c形开口部处形成。

开口部6a包括辅助导体图案(第一辅助导体图案)11a和缝隙(第一缝隙)12a，该辅助导体图案11a在第一环缝部的基本上c形部的一端处形成，该缝隙(第一缝隙)12a在辅助导体图案11a的端侧与基本上c形部的另一端之间形成。

开口部6b包括辅助导体图案(第二辅助导体图案)11b和缝隙(第二缝隙)12b，该辅助导体图案11b在第一环缝部的基本上c形部的一端处形成，该缝隙(第二缝隙)12b在辅助导体图案11b的端侧与基本上c形部的另一端之间形成。

辅助导体图案11b被形成为面对辅助导体图案11a。从俯视角度(当从与电介质多层基板7的表面正交的方向看时)，辅助导体图案11a和辅助导体图案11b相互重叠。

虽然辅助导体图案11b的整体优选地被形成为面对辅助导体图案11a，但是辅助导体图案11b的一部分可以被形成为面对辅助导体图案11a。

在附图中，辅助导体图案11a和11b都是矩形，并且被布置为切入基本上c形部，但是本发明不限于此。

缝隙12b被形成为与面对缝隙12a的位置相反，并且将辅助导体图案11b夹在中间。从俯视角度，缝隙12a和缝隙12b将辅助导体图案11a和11b夹在两者之间，并且位于对称的位置。

如果上述结构用另一种方式描述，那么第一环缝部1和第二环缝部2从俯视角度看以左右对称的方式被构成。

从俯视角度看，多个通孔3在开口部5a和开口部5b的周围形成，以包围开口部5a和开口部5b。多个通孔3穿透电介质层9a和9b以将第一环缝部1与第二环缝部2电连接。

天线馈电点4是下述点：该点连接(馈电)无损耗发射无线电波的微带线，并且连接同轴电缆的连接(馈电)(+)(-)，并且是天线的开始点。第一层缝隙的图案位于馈电点(+)侧，并且第二层缝隙的图案位于馈电点(-)侧

第一环缝部1、第二环缝部2和馈电线通常通过使用铜箔形成，可以通过使用其他具有导电性的材料来形成，并且可以通过使用相同材料或不同材料来形成。

电介质多层基板7是多层基板(此处，为两层)并且可以使用任何材料和任何工艺来形成。电介质多层基板7可以是，例如，由玻璃环氧树脂制成的印刷基板、如lsi的插入基板、如ltcc(低温共烧陶瓷)的由陶瓷材料制成的模块基板或者由单晶硅制成的半导体基板。

在图2左侧的虚线中，形成环缝谐振器13。在这个情况下，缝隙14被形成在缝隙部6a的辅助导体图案11a和缝隙部6b的辅助导体图案11b之间，并且作为两层之间的大容量电容器工作(在下文描述)。

在图2的右侧的虚线中，形成阻抗匹配回路15。该阻抗匹配回路15使得阻抗在天线10和无线电路(未示出)之间匹配得更好。

具有缝隙12a的电容器工作，但是，具有缝隙14的电容器的容量比具有缝隙12a的电容器大。对具有缝隙12b的电容器也是如此。以下将省略基于缝隙12a和12b的效果。

～操作～

在具有上述结构的天线10中，在第一环缝部1和第二环缝部2中以环形方式流动的电流生成的电感l与在缝隙部6a和6b(具体地，辅助导体图案11a和11b)中生成的电容c形成lc串联谐振电路(环缝谐振器13)，并且由此天线10以接近谐振频率的频率作为天线工作。高频信号通过天线馈电点4从rf(射频)电路馈送到环缝谐振器。

天线馈电点4包括馈电点(+)侧和馈电点(-)侧，其中，例如，辅助导体图案11a充正电，并且辅助导体图案11b充负电，并且通过缝隙14在两层之间作为电容器工作(图4中图示的粗箭头)。

～演示测试～

图5图示了天线10的阻抗特性，并且图6图示了回波损耗特性。两个特性是通过使用网络分析器从馈电点4测量天线来获得的。

阻抗特性是从其看出天线在高频下的表现的视点，并且在斯密斯圆图中绘制。当接近斯密斯圆图的中心的50ω(圆心的位置1)时，天线特性被改善，并且与电路侧的匹配也被改善。在图5中，在标记1(2300mhz)和标记2(2520mhz)之间(大约2400mhz)接近圆心的位置1。

与阻抗特性的测量一样通过执行测量给出回波损耗，并且仅其图表(图示)不同。图6示出了在接近50ω时回波损耗减少。在图6中，发现图示的谷部分(大约2400mhz)与50ω接近，并且天线特性和在天线与电路之间的匹配被改善。与在标记1(2300mhz)和标记2(2520mhz)之间形成的谷相对应的频率称为天线的谐振频率。通过接近该谐振频率来获得卓越的天线性能。

上述示例是设计wifi(无线保真)的示例。天线具有在2400mhz到2500mhz之间的谐振频率。

图7图示了在无线电路情况下的回波损耗与匹配损耗之间的关系。因为当回波损耗达到或超过5db时匹配损耗迅速增加，所以执行设计使得回波损耗小于5db。在图6中，因为在标记1(2300mhz)和标记2(2520mhz)之间的回波损耗小于5db，所以可以确定，该天线包括足够作为wifi天线的性能。

～基本原理～

将解释天线可以被小型化的理由。图8是简化环缝谐振器13和馈电点4的图以及其电气等效电路图。图8-1是简化环缝谐振器13和馈电点4的图。图8-2图示了电气等效电路图。缝隙部作为电容器工作。除了缝隙部的图案长度(环)作为线圈工作。图8-2是从馈电点角度看的、具有电容器和线圈的串联谐振电路图。

串联谐振频率是f＝1/[2π*√(l*c)]，并且频率是天线谐振频率。如果串联频率f是恒定的，则当电容c增加时，阻抗l可以减小。

也就是说，如果辅助导体图案11a和11b的图案宽度(面积)增加，则电容器电容增加，并且线圈，即图案长度，可以减小。由此，可以实现紧凑天线。

如果调整辅助导体图案11a和11b的图案宽度(面积)，则可以基于相同的原理来调整串联谐振频率f。如果电容c增加，则频率可能降低。

～效果～

通过与比较示例1和2比较，描述示例性实施例的效果。

图9是比较示例1的平面图。比较示例1是在单层印刷基板上执行图案绘制的天线。缝隙部6包括：在基本上c形部的一端上形成的辅助导体图案16a、在基本上c形部的另一端上形成的辅助导体图案16b、以及在辅助导体图案16a和辅助导体图案16b之间形成的缝隙17。

辅助导体图案16a和辅助导体图案16b通过缝隙17在同一层中相互面对，并且缝隙部6作为电容器工作。环缝部由很薄的铜箔形成，并且难以在同一层中形成缝隙部6以确保电容器电容。

另一方面，示例性实施例中是在双层印刷基板上执行图案绘制的天线。缝隙部6a和6b(具体的，辅助导体图案11a和11b)可以增加电容器电容。

因此，与比较示例1相比，示例性实施例可以被小型化。图9中被虚线部分所包围的区域与示例性实施例的环缝谐振器13和阻抗匹配回路15的尺寸相对应。应当理解，尺寸可以被大大缩小。

图10是比较示例2的平面图。比较示例2是在多层印刷基板上执行图案绘制的天线。这是比较示例1的叠层(图示中为六层)。为了理解比较示例2的要点，叠层被分开图示。图11是比较示例2的辅助导体图案的细节截面图。还图示了图示切割部分的平面图。在辅助导体图案16中，图示左侧是a侧，并且图示右侧是b侧。第一层到第六层分别具有相应的附图标记a到f。电容器电容(由细箭头示出)可能由于多层布置而增加。结果，可以如示例性实施例那样实现小型化。

然而，在多层印刷基板上执行图案绘制的天线是昂贵的。

示例性实施例是在双层印刷基板上执行图案绘制的天线。可以通过使用两层来实现具有与比较示例2(六层)相同的尺寸和相同性能的天线。与比较示例2相比，可以便宜地制造与比较示例2相似的天线。

如上所述，根据本发明的第一示例性实施例的天线，双层结构可以以与多层(例如，六层)结构相同的水平被小型化。与多层结构相比，这是低成本的。如果天线的尺寸和造价被减小，则能够使具有该天线的电子装置被小型化并且是便宜的。

<第二示例性实施例>

图12是第二示例性实施例的天线的示意性立体图。图13为示意性平面图。在图12和图13中，为了图示内部层结构而省略电介质多层基板7的电介质层9a和9b。示意性平面图(图13)图示了概略视图以及通过使两层分离来图示第一缝隙部6a和第二缝隙部6b的细节。图14是辅助导体图案的细节截面图。在图14中，还示出了图示切割部分的平面图。

第二示例性实施例的总体结构与第一示例性实施例是共同的。缝隙部(第一缝隙部分)6a和缝隙部(第二缝隙部分)6的细节结构不同。

缝隙部6a包括：在基本上c形部的一端上形成的辅助导体图案18aa(第三a辅助导体图案)、在基本上c形部的另一端上形成的辅助导体图案18ab(第三b辅助导体图案)、以及在辅助导体图案18aa和辅助导体图案18ab之间形成的缝隙19a(第三缝隙)。

缝隙部6b包括：在基本上c形部的一端上形成的辅助导体图案18ba(第四a辅助导体图案)、在基本上c形部的另一端上形成的辅助导体图案18bb(第四b辅助导体图案)、以及在辅助导体图案18ba和辅助导体图案18bb之间形成的缝隙19b(第四缝隙)。

辅助导体图案18bb被形成为面对辅助导体图案18aa。

如图所示，辅助导体图案18bb的一部分可以被形成为面对辅助导体图案18aa，并且其整体可以有利地被形成为面对辅助导体图案18aa。由此可以增加电容器电容。

如图所示，辅助导体图案18aa、18ab、18ba和18bb是矩形的，并且被布置为切入基本上c形部。但是其不限于此。

从俯视角度看，缝隙19a和缝隙19b被布置为错位的(getoutofposition)。

换言之，从俯视角度看，第一环缝部1和第二环缝部2以左右对称方式形成。

在第二示例性实施例中，形成环缝谐振器13。缝隙20被形成在缝隙部6a的辅助导体图案18aa和缝隙部6b的辅助导体图案18bb之间，并且作为两层之间(在图14的上部附图中以粗箭头图示)的大容量电容器工作。

当从天线馈电点4供应电力时，辅助导体图案18aa和辅助导体图案18bb累积相互不同的电荷。

因此，第二示例性实施例具有与第一示例性实施例相同的效果。能够廉价地生产紧凑的天线。

<第三示例性实施例>

～结构、操作～

图15是第三示例性实施例的示意性平面图。示意性平面图图示了概略视图以及分离的叠层。图16是辅助导体图案的细节截面图。在辅助导体图案18中，图示中的左侧是a侧，并且示图中的右侧是b侧。第一层到第六层分别对应于附图标记a到f。图16中，还图示了图示切割部分的平面图。

第三示例性实施例的天线是第二示例性实施例的天线被层叠的天线。导体层7a和导体层7b交替层叠(例如，六层)。换句话说，缝隙19a和缝隙19b被交替布置。

此外，辅助导体图案18ca被形成为面对辅助导体图案18bb，并且缝隙20b被形成在两者之间，并且作为层之间的大容量电容器工作。

缝隙20c到20f也被形成并且作为层之间的大容量电容器工作(由粗箭头图示)。因此，与第二示例性实施例相比，第三示例性实施例的天线能够进一步增加电容器电容。

～效果～

通过与图10和图11中示出的比较示例2相比，描述第三示例性实施例的效果。

比较示例2是比较示例1(参考图9)被层叠(图中为六层)的示例。在比较示例1中，辅助导体图案16a和辅助导体图案16b在同一层中通过缝隙17相互面对，并且缝隙部6作为电容器工作。然而，环缝部是非常薄的铜箔，并且缝隙部6难以在同一层中形成以确保电容器电容。

在比较示例2中，由于多层布置而导致电容器电容可以增加(以细箭头图示)。然而，如下文所述，限于增加电容。

如图11中所示，分别在第一层和第二层中，辅助导体图案16aa面对辅助导体图案16ba，在其之间形成缝隙，并且辅助导体图案16ab面对辅助导体图案16bb，在其之间形成缝隙。

当从天线馈电点4供应电力时，辅助导体图案16aa和辅助导体图案16ba累积正或负的相同电荷。辅助导体图案16ab和辅助导体图案16bb累积正或负的相同电荷。因此，其不通过缝隙作为电容器工作。因此，限于增加电容器电容。

在第三示例性实施例的天线中，缝隙20c到20f作为大容量电容器工作。因此，与第二比较示例相比，能够进一步小型化。比较示例2和第三优选实施二者是在六层基板上执行图案绘制的天线，并且可以以相近造价被制造。

<第四示例性实施例>

图17是第四示例性实施例的天线的示意性平面图。示意性平面图图示了概略视图以及分离的叠层。图18是辅助导体图案的细节截面图。还图示了图示切割部分的平面图。

虽然第三示例性实施例是第二示例性实施例被层叠的实施例，第四示例性实施例是第一示例性实施例被层叠的实施例。

因此，如图18中所示，缝隙14a到14f被形成并且作为大容量电容器工作(如粗箭头所示)。结果，与第一示例性实施例的天线相比，第四示例性实施例的天线能够进一步增加其电容器电容。

因此，第四示例性实施例具有与第三示例性实施例近似的效果。第四示例性实施例的天线具有与专利文献1的多层结构相近的造价。在保持造价相近的同时，可以实现进一步的小型化。

如上所述，本发明的天线包括具有第一环缝部1、基上c形的第二环缝部2以及通孔3的环缝谐振器13。环缝部1以基本上c形方式被形成在位于电介质层9的一侧上的第一导体层7a中。基本上c形的第二环缝部2以基本上c形方式被形成在位于电介质层9的另一侧上的第二导体层7b中，从而面对第一环缝部1，并且将电介质层9夹在中间。在第一环缝部1和第二环缝部2中的c形部的周向上以预定间隔布置多个通孔3。通孔3将第一环缝部1与第二环缝部2电连接。第一缝隙部6a(11a、18aa、18ab)在第一环缝部1的基本上c形部的开口处形成。第二缝隙部6a(11b、18ab、18bb)在第二环缝部分2的基本上c形部的开口处形成。第一缝隙部和第二缝隙部形成缝隙(14、20)以作为电容器工作。

如上所描述的，通过馈送不同的电荷，大容量电容器在第一环缝部1和2之间，即在两层之间工作。环缝谐振器是lc串联谐振电路，如果电容c增加，则阻抗l可以降低。因此，可以缩短图案长度。结果，可以实现紧凑的天线。

在本发明的天线中，第一缝隙部6a优选地包括在基本上c形部的一端上形成的第一辅助导体图案11a、以及在基本上c形部的另一端和第一辅助导体图案的端侧之间形成的第一缝隙12a。第二缝隙部6b包括在基本上c形部的一端上形成的第二辅助导体图案11b、以及在基本上c形部的另一端和第二辅助导体图案的端侧之间形成的第二缝隙12b。第二辅助导体图案11b的至少一部分被形成为面对第一辅助导体图案11a。第二缝隙12b被形成为与面对第一缝隙的位置相反，并且将第二辅助导体图案11b夹在中间。

在从俯视角度看以左右对称方式形成的结构中，辅助导体图案11a和11b累积不同的电荷，并且大容量电容器在两层之间工作。本发明与第一示例性实施例和第四示例性实施例相对应。

在本发明的天线中，第一缝隙部6a优选地包括在基本上c形部的一端上形成的第三a辅助导体图案18aa、在基本上c形部另一端上形成的第三b辅助导体图案18ab、以及在第三a辅助导体图案和第三b辅助导体图案之间形成的第三缝隙19a。第二缝隙部6b包括在基本上c形部的一端上形成的第四a辅助导体图案18ba、在基本上c形部的另一端上形成的第四b辅助导体图案18bb、以及在第四a辅助导体图案和第四b辅助导体图案之间形成的第四缝隙19b。第四b辅助导体图案18bb的至少一部分被形成为面对第三a辅助导体图案18aa。

在从俯视角度以左右对称方式形成的结构中，辅助导体图案18aa和18bb累积不同的电荷，并且大容量电容器在两层之间工作。本发明与第二示例性实施例和第三示例性实施例相对应。

在本发明的天线中，优选地在双层印刷基板上执行图案绘制。

本发明中，两层结构可以以与多层(例如，六层)结构相同的水平被小型化，并且与多层结构相比更廉价。本发明对应第一示例性实施例和第二示例性实施例。

在本发明的天线中，进一步优选地在具有三层或更多层的印刷基板上执行图案绘制，并且第一导体层7a和第二导体层7b被交替地层叠。

如果本发明应用于多层(三层或更多层)结构，与现有多层结构相比，可以实现进一步小型化。能够以与专利文献1中描述的多层结构同样的造价进行制造。本发明对应于第三示例性实施例和第四示例性实施例。

本发明的电子装置包括天线10。

本发明的描述基于前文所述示例性实施例。示例性实施例为范例，只要不偏离本发明主旨，可以对上述示例性实施例加入各种变化、增加和减少、以及组合。本领域技术人员可以理解的是，对其加入这些变化、增加和减少、以及组合的变型示例也在本发明的范围内。

本申请要求2013年2月26日提交的日本专利申请no.2013-035234的优先权，上述专利申请的全部内容通过引用在此并入。

工业实用性

本发明适用电子装置，该装置具有散发安装发热部件的电子基板的热的结构。

附图标记列表

1第一环缝部

2第二环缝部

3通孔

4馈电点

5a，5b开口部

6a缝隙部(第一缝隙部)

6b缝隙部(第二缝隙部)

6c缝隙部

7电介质多层基板

7a导体层(第一导体层)

7b导体层(第二导体层)

9a，9b电介质层

10天线

11a辅助导体图案(第一辅助导体图案)

11b辅助导体图案(第二辅助导体图案)

11c到f辅助导体图案

12a缝隙(第一缝隙)

12b缝隙(第二缝隙)

13环缝谐振器

14,14a到f缝隙

15阻抗匹配回路

16,16a到f缝隙(比较示例)

17,17a到f缝隙(比较示例)

18aa辅助导体图案(第三a辅助导体图案)

18ab辅助导体图案(第三b辅助导体图案)

18ba辅助导体图案(第四a辅助导体图案)

18bb辅助导体图案(第四b辅助导体图案)

18ca到fb辅助导体图案

19a缝隙(第三缝隙)

19b缝隙(第四缝隙)

19c到f缝隙

20,20a到f缝隙