天线装置的制作方法

本申请基于2016年5月17日申请的日本申请号2016－98991号，在此引用其记载内容。

本公开涉及具有平板结构的天线装置。

背景技术：

以往，有如专利文献1所公开的那样，具备通过与供电线连接而提供接地电位的板状的金属导体(下称接地部)、以与该接地板对置的方式配置并且在任意的位置设置有供电点的板状的金属导体(下称贴片部)、将接地部和贴片部电连接的短路部的天线装置。

在该专利文献1所公开的天线装置中，通过形成在接地部与贴片部之间的电容和短路部所具备的电感产生并联谐振。电感能够通过短路部的长度、形状来调整，另外，形成在接地部与贴片部之间的静电电容根据贴片部的面积、贴片部与接地板的距离(下称对置导体距离)来确定。

因此，上述结构中的天线装置通过调整贴片部与接地板的隔离、贴片部的面积，能够在该天线装置中将作为收发信号的对象的频率(下称工作频率)设为所希望的频率。

专利文献1：美国专利第7911386号公报

期望天线装置进一步小型化。作为用于使采用专利文献1所公开的工作原理的天线装置小型化的一个方法，可以考虑削减贴片部的面积，并且通过使电感增加来抵消由于该面积削减产生的电容的减少量的方法。此外，电感能够通过延长短路部或将线状导体的一端与短路部连接来实现。

然而，若使天线装置所具有的电容减少并且增大电感，则表示谐振的峰值的尖锐度的q值增大，作为天线装置的鲁棒性降低。这是因为q值如下述公式所示，电感越大并且电容越小，q值就越大。此外，式中的r表示纯电阻值，l表示电感，c表示电容。

[式1]

技术实现要素：

本公开的目的在于提供一种抑制q值的增加并且能够实现小型化的天线装置。

根据本公开的第一方式，天线装置具备接地部、贴片部、短路部、贴片面积扩展部、以及接地面积扩展部。接地是板状的导体部件。贴片部是以与接地部对置的方式平行地设置的板状的导体部件。短路部是将贴片部和接地部电连接的导体部件。

贴片面积扩展部设置在贴片部中与接地部相对置侧的面亦即贴片侧对置面，扩展贴片侧对置面相对于接地部的外观上的面积亦即实效表面积。接地面积扩展部设置在接地部中与贴片部相对置侧的面亦即接地侧对置面中的与贴片面积扩展部对置的区域，扩展接地侧对置面相对于贴片部的实效表面积。

通过贴片面积扩展部扩展的贴片侧对置面的实效表面积为提供所需电容的面积，该所需电容是在规定的工作频率下与短路部所提供的电感产生并联谐振所需的电容。

根据本公开的第一方式，通过在贴片侧对置面设置贴片面积扩展部，扩展贴片侧对置面相对于接地部的外观上的面积(也就是实效表面积)。另外，通过在接地侧对置面设置接地面积扩展部，扩展接地侧对置面相对于贴片部的实效表面积。换句话说，形成与贴片部所具备的原本的面积对应的电容以上的电容。

因此，在固定了工作频率的情况下，根据本公开的第一方式，能够使贴片部的尺寸比现有结构小。此外，这里的现有结构是指在贴片侧对置面以及接地侧对置面分别未设置导电纤维层的结构。

而且，根据本公开的第一方式，在小型化时，无需使电感增加。因此，能够抑制q值的增加并且使天线装置小型化。

根据本公开的第二方式，天线装置具备接地侧导电纤维部、贴片侧导电纤维部以及短路部。接地侧导电纤维部是使用导电性纤维亦即导电纤维来实现的板状部件。贴片侧导电纤维部是使用导电纤维来实现的板状部件，以与接地侧导电纤维部对置的方式平行地设置。短路部是将贴片侧导电纤维部和接地侧导电纤维部电连接的导体部件。

贴片侧导电纤维部的大小为提供所需电容的大小，该所需电容是在规定的工作频率下与短路部所提供的电感产生并联谐振所需的电容。

本公开的第二方式的天线装置也根据与前述的本公开的第一方式的天线装置相同的工作原理，形成与俯视时的贴片侧导电纤维部的实际的面积对应的电容以上的电容。因此，根据本公开的第二方式，起到与本公开的第一方式相同的效果。

附图说明

通过参照附图进行下述详细描述，关于本公开的上述目的以及其它目的、特征、优点会更加清楚。

图1是天线装置100的简要的外观立体图。

图2是图1所示的ii－ii线上的天线装置100的剖视图。

图3是图2所示的用附图标记iii包围的部分的放大图。

图4是表示导电纤维层所具备的导电纤维的纤维方向的变形例的图。

图5是表示贴片面积扩展部的变形例的图。

图6是表示变形例3中的天线装置100的简要结构的图。

图7是表示变形例4中的天线装置100的简要结构的图。

图8是表示变形例4中的天线装置100的简要结构的图。

图9是表示将天线装置100周期性地配置成一维形状的方式的图。

图10是表示将天线装置100周期性地配置成二维形状的方式的图。

图11是表示第二实施方式中的天线装置200的简要结构的图。

具体实施方式

[第一实施方式]

以下，使用附图对本公开的第一实施方式进行说明。图1是表示本实施方式所涉及的天线装置100的简要结构的一个例子的外观立体图。图2是表示图1所示的ii－ii线上的天线装置100的剖视图。

该天线装置100被构成为收发规定的工作频率的电波。当然，作为其它方式，天线装置100也可以仅用于发送和接收的任意一方。

这里，作为一个例子，工作频率为5.9ghz。当然，对于工作频率进行适当设计即可，作为其它方式，例如也可以为300mhz、760mhz、900mhz等。天线装置100不仅能够收发工作频率，还能够收发工作频率的前后规定范围内的频率的电波。为了便于说明，以下将天线装置100能够收发的频带也记载为工作频带。

天线装置100例如经由同轴电缆与无线设备连接，天线装置100接收到的信号被依次输出至无线设备。另外，天线装置100将从无线设备输入的电信号转换为电波并辐射至空间。无线设备利用天线装置100接收到的信号，并且对该天线装置100供给与发送信号相应的高频电力。

此外，在本实施方式中，假定利用同轴电缆连接天线装置100和无线设备的情况进行说明，但也可以使用馈线等其它公知的通信电缆进行连接。另外，天线装置100和无线设备也可以为除了经由同轴电缆以外，经由公知的匹配电路、滤波电路等连接的结构。

以下，对天线装置100的具体结构进行描述。如图1和图2所示，天线装置100具备接地部10、贴片部20、贴片侧导电纤维层30、接地侧导电纤维层40、支撑部50以及短路部60。

接地部10是以铜等导体为材料的板状(包括箔)的导体部件。该接地部10与同轴电缆的外部导体电连接，提供天线装置100中的接地电位(换言之为地电位)。此外，接地部10只要大于贴片部20即可，对于俯视图中接地部10的形状(下称平面形状)进行适当设计即可。

这里，作为一个例子，将接地部10的平面形状设为正方形，但作为其它方式，接地部10的平面形状可以是长方形，也可以是其它多边形。另外，也可以是圆形(包含椭圆)。当然，也可以是将直线部分和曲线部分组合而成的形状。

贴片部20是以铜等导体为材料的板状的导体部件。贴片部20被配置为隔着贴片侧导电纤维层30、接地侧导电纤维层40、以及支撑部50与接地部10对置。此外，作为一个例子，将这里的贴片部20的平面形状设为正方形，但除此之外可以是长方形，也可以是长方形以外的形状(例如圆形、八边形等)。

贴片侧导电纤维层30是导电性纤维的层(下称导电纤维层)。贴片侧导电纤维层30设置在贴片部20中与接地部10对置侧的面(下称贴片侧对置面)。此外，在本实施方式中，作为一个例子，设为在除去设置短路部60的部分以外的贴片侧对置面的整个区域，设置有贴片侧导电纤维层30。

图3是图2的用虚线包围的区域的放大图，示出了贴片侧导电纤维层30的简要结构。如图3所示，本实施方式中的贴片侧导电纤维层30被形成为导电性纤维(下称导电纤维)相对于贴片侧对置面竖立。此外，这里的竖立并不限于完全竖立，也包含在相对于贴片侧对置面的角度为规定的角度(例如60度)以上的范围内倾斜的方式。换言之，在贴片侧导电纤维层30，导电纤维从贴片侧对置面朝向接地部10延伸。

另外，虽然省略了图示，但在各导电纤维的缝隙中填充有具有规定的介电常数的电介质。作为导电纤维，能够采用碳纳米管、银纳米线等公知的材料。这里，作为一个例子，将提供导电纤维层的导电纤维设为银纳米线。贴片侧导电纤维层30由于后述的理由，相当于贴片面积扩展部。

接地侧导电纤维层40也是导电纤维层，具体的结构与贴片侧导电纤维层30相同。接地侧导电纤维层40设置在接地部10中与贴片部20对置侧的面(下称接地侧对置面)即可。接地侧导电纤维层40设置于接地侧对置面中的与贴片侧导电纤维层30对置的部分。换句话说，在接地侧导电纤维层40，导电纤维从接地侧对置面朝向贴片部20延伸。接地侧导电纤维层40相当于接地面积扩展部。

以下，为了便于说明，在对贴片部20和贴片侧导电纤维层30进行统称的情况下，记载为贴片侧单元。另外，在对接地部10和接地侧导电纤维层40进行统称的情况下，记载为接地侧单元。贴片侧单元和接地侧单元相互对置配置，从而作为提供与贴片侧单元的面积相应的电容的电容器发挥作用。

支撑部50是用于将接地侧单元和贴片侧单元配置为隔开规定的间隔对置的部件。支撑部50使用树脂等电介质来实现即可。

在本实施方式中，作为一个例子，将支撑部50设为具有厚度h1的板状的部件。通过调整支撑部50的厚度h1，能够调整作为贴片部20和接地部10的隔离的对置导体距离h2。因为厚度h1加上各导电纤维层的厚度所得的值相当于对置导体距离h2。

对置导体距离h2如后述那样，作为调整短路部60的长度，换言之为由短路部60提供的电感的要素发挥作用。另外，对置导体距离h2也作为调整通过接地侧单元和贴片侧单元对置而形成的电容的要素发挥作用。

间隔h1相对于工作频率的电波的波长(下称对象波长)充分小即可，具体的值通过模拟、试验适当地决定即可。间隔h1优选至少为对象波长的十分之一以下。例如，设为对象波长的五十分之一、百分之一等即可。

此外，支撑部50只要起到前述的作用即可，对于支撑部50的形状进行适当设计即可。例如支撑部50可以是将接地部10和贴片部20支撑为隔开规定的间隔h1对置的板状部件，也可以是多个柱。

另外，在本实施方式中，作为一个例子，采用在接地侧单元和贴片侧单元之间填充树脂(即支撑部50)的结构，但并不限于此。接地侧单元与贴片侧单元之间也可以为中空，也可以层叠有多种电介质。而且，也可以将以上例示出的结构组合。

短路部60是与贴片部20和接地部10电连接的导电性的部件。短路部60可以使用导电性的引脚(下称短引脚)来实现。通过调整作为短路部60的短引脚的长度等，能够调整短路部60所具备的电感。

此外，在以印刷布线板为基座来实现天线装置100的情况下，也可以使设置于印刷布线板的导通孔作为短路部60发挥功能。在任何情况下，短路部60都是一端与接地部10电连接且另一端与贴片部20电连接的线状的部件。此外，这里的与贴片部20电连接也包含作为变形例3后述的电磁连接。

短路部60设置于在俯视图中为贴片部20的中心(下称贴片中心点)的位置。此外，贴片中心点为相当于贴片部20的重心的点即可。由于本实施方式的贴片部20为正方形，所以贴片中心点相当于正方形的对角线的交点。

此外，短路部60无需必须配置于贴片中心点。若配置于贴片中心点以外的位置，则产生与距离贴片中心点的偏离量相应的指向性的偏差。在指向性的偏差收敛于规定的允许范围内的范围时，可以将短路部60配置于偏离贴片中心点的位置。

＜关于导电纤维层的作用＞

由于各种导电纤维层是导电性纤维的集合，所以具备平面面积以上的表面积。此外，这里的平面面积是俯视图中的面积。例如，在将银纳米线的根数密度设为10⁹(根/cm²)、将线半径设为20(nm)、将线长度(换言之为导电纤维层的厚度)设为32(μm)的情况下，每1(cm²)的表面积为40(cm²)。

另外，接地侧导电纤维层40和贴片侧导电纤维层30以相互对置的方式配置于接地部10和贴片部20。由此，根据与电解电容器相同的原理，扩展贴片侧对置面相对于接地部10的外观上的面积(下称实效表面积)。

换句话说，通过导入接地侧导电纤维层40和贴片侧导电纤维层30，与作为现有结构的不具备导电纤维层的结构相比，能够使贴片侧单元提供的每单位面积的电容增加。此外，实效表面积是相当于电解电容器领域中的电极面积的概念。

换言之，分别与贴片侧对置面和接地侧对置面相互对置地设置的导电纤维层作为将有助于形成电容的贴片部20的面积(也就是实效表面积)扩展为比实际的贴片部20的面积大的值的部件发挥作用。

因此，根据以上的结构，能够实现比与原本的贴片部20所具备的面积对应的电容大的电容。因此，在将工作频率设为固定的情况下，与现有的相比能够减小贴片部20的面积。

而且，根据以上的结构的天线装置的小型化通过增加贴片侧单元所提供的每单位面积的电容来实现。换句话说，根据以上的结构，无需使电感成分增加。因此，无需使表示工作频带的峰值的尖锐度的q值增加，就能够使天线装置100小型化。

此外，通过贴片侧单元与接地侧单元对置配置而提供的电容需要成为在工作频率下与短路部60所形成的电感并联谐振的大小。通过贴片侧单元与接地侧单元对置配置来提供的每单位面积的电容(下称单位电容)还会根据隔离h1发生变化。与隔离h1相应的单位电容通过试验等测定并确定即可。若使用与隔离h1相应的单位电容，则能够决定贴片部20应具备的面积。

上述的天线装置100所具备的各部的尺寸等例如通过以下的步骤来设计即可。首先，根据作为天线装置100允许的高度，决定源于隔离h1的短路部60的长度。由此，决定短路部60所提供的电感。

接下来，根据短路部60所提供的电感和工作频率来决定贴片侧单元应提供的电容。然后，基于贴片侧单元应形成的电容和与隔离h1相应的单位电容来决定贴片部20的平面形状、大小(换言之为面积)。

此外，在制造天线装置100时，在接地部10上，依次形成接地侧导电纤维层40、支撑部50、贴片侧导电纤维层30、贴片部20等即可。短路部60在这些工序的中途或者这些工序之后被配置即可。

供电点例如设置在能得到阻抗匹配的位置等适当设计的位置即可。供电方法可以是直接连接供电方式，也可以是电磁耦合供电方式。直接连接供电方式中包含将作为短路部60的短引脚与同轴电缆的外部导体直接连接的方式、经由规定的阻抗匹配电路间接连接的方式。

以上描述的天线装置100例如能够在车辆等移动体中使用。在车辆中使用该天线装置100的情况下，可以在车辆的车顶部设置为接地部10大致水平并且从接地部10朝向贴片部20的方向与天顶方向大致一致。

以上，对本公开的实施方式进行了说明，但本公开并不限于上述的实施方式，以下描述的各种变形例也包含于本公开的技术范围内，而且除了下述内容以外，能够在不脱离主旨的范围内进行各种变更并实施。

此外，对于与在前述的实施方式中描述的部件具有相同的功能的部件，标注相同的附图标记，并省略其说明。另外，在仅提及结构的一部分的情况下，对于其它部分能够应用之前说明的实施方式的结构。

[变形例1]

在上述的第一实施方式中，例示出了将贴片侧导电纤维层30形成为导电纤维相对于贴片侧对置面竖立的方式，但并不限于此。例如，如图4所示，导电纤维相对于贴片侧对置面的姿势也可以是随机(换言之为不规则)的。此外，在该情况下也在各导电纤维的缝隙中填充具有规定的介电常数的电介质。

[变形例2]

以上，例示出了通过在接地侧对置面和贴片侧对置面分别设置导电纤维层，扩展有助于形成电容的面积(下称实效面积)的方式，但并不限于此。

例如，也可以如图5所示，通过对接地侧对置面和贴片侧对置面设置凹凸部30a来扩展实效面积。通过这样的方式，也起到与上述的实施方式相同的效果。设置于贴片侧对置面的凹凸部30a相当于贴片面积扩展部，设置于接地侧对置面的凹凸部30a相当于接地面积扩展部。

此外，凹凸部30a能够通过对接地侧对置面和贴片侧对置面实施例如蚀刻等来实现。凹凸部30a的具体形状在起到上述效果的范围内可以是任意的形状，例如，可以是三角锥、四角锥等锥形，也可以是锥台形。在凹凸部30a所具备的各个凹凸的缝隙中，与导电纤维层相同，填充有具有规定的介电常数的电介质(例如树脂)。

[变形例3]

以上，公开了短路部60和贴片部20直接连接的方式，但并不限于此。例如如图6所示，也可以在短路部60和贴片部20之间设置规定的隔离，使得它们电磁耦合。换句话说，短路部60所具备的端部中，存在贴片部20侧的端部(下称贴片侧端部)61可以为开放端。此外，贴片侧端部61与贴片部20的隔离优选为相对于对象波长充分小的值。例如，贴片侧端部61与贴片部20的隔离可以为对象波长的百分之一等。

[变形例4]

在上述的变形例3中，如图7、图8所示，贴片侧端部61可以与形成在与贴片部20平行的平面内的导电性的线状图案70的一端电连接。

图7是表示该变形例7中的天线装置100的与图2对应的剖视图，图8是该天线装置100的简要的俯视图。此外，请注意为了便于说明，图8中的各部件的尺寸并未与图7完全一致这一点。

例如，线状图案70可以形成在层叠于贴片部20的上侧的面的树脂层80上。这里的上方是指从接地部10朝向贴片部20的方向。贴片部20的上侧的面是指未与接地侧对置面对置侧的面。线状图案70所具备的端部中未与贴片侧端部61连接侧的端部为开放端。此外，作为其它方式，线状图案70无需为如图8所示的螺旋状，也可以是直线状。另外，也可以是曲线状。

[变形例5]

在上述的第一实施方式中，例示了在贴片侧对置面的整个区域设置贴片侧导电纤维层30的方式，但并不限于此。也可以为仅在贴片侧对置面设置贴片侧导电纤维层30的方式。为了便于说明，将在贴片侧对置面设置有贴片侧导电纤维层30的区域记载为实效表面积扩展部。

该情况下，实效表面积扩展部被设置为在工作频率下与短路部60所提供的电感产生并联谐振所需的电容(下称所需电容)的一部分。

另外，在贴片侧对置面未设置有实效表面积扩展部的部分的面积被设计为具有提供补偿相对于所需电容而言实效表面积扩展部所提供的电容的不足量的电容的面积即可。

即使是这样仅对贴片侧对置面的一部分赋予导电纤维层的方式，也能够抑制q值的增加并且使天线装置100小型化。

[变形例6]

也可以将上述的天线装置100作为一个单元结构，如图9所示，将多个单元结构周期性地配置成一维。另外，如图10所示，也可以将多个单元结构周期性地配置成二维。此外，在图9、图10中省略了支撑部50等的图示。图9、图10中的虚线表示单元结构的分开线(换言之为分界线)。

图9、图10所示的周期性地配置单元结构的结构被已知为egb(electromagneticbandgap：电磁带隙)结构。换言之，能够使用公知的实现egb结构的方法来实现图9、图10所公开的结构。

[第二实施方式]

在上述的第一实施方式中，除了相互对置的导电纤维层以外，还公开了具备接地部10和贴片部20的方式，但并不限于此。也可以将相互对置的导电纤维层作为相当于接地部10和贴片部20的部件来处理。换言之，也可以不具备接地部10和贴片部20。以下，将这样的方式作为第二实施方式，使用图11对第二实施方式中的天线装置200的简要结构进行说明。

图11是与图2对应的图，是天线装置200的剖视图。如图11所示，天线装置200具备兼具作为接地部10的作用的接地侧导电纤维层40、兼具作为贴片部20的作用的贴片侧导电纤维层30、支撑部50以及短路部60。

第二实施方式中的支撑部50将接地侧导电纤维层40和贴片侧导电纤维层30支撑为隔开规定的间隔h1对置。短路部60将接地侧导电纤维层40和贴片侧导电纤维层30电连接。根据这样的结构也能够起到与第一实施方式相同的效果。第二实施方式中的贴片侧导电纤维层30相当于贴片侧导电纤维部，接地侧导电纤维层40相当于接地侧导电纤维部。

另外，对于该第二实施方式，也能够应用作为针对前述的第一实施方式的各种变形例公开的构思。例如，也可以将短路部60的存在贴片侧导电纤维层30侧的端部(也就是贴片侧端部61)作为开放端。另外，也可以对该贴片侧端部61连接线状图案70。而且，也可以如作为变形例6公开的那样，将天线装置200作为单元结构而将多个单元结构周期性地配置成一维/二维。

本公开以实施方式为基准进行了描述，但应理解为本公开并不限于该实施方式、结构。本公开也包含各种变形例、等同范围内的变形。此外，各种组合、方式，进一步仅包含它们中一个要素、更多或更少的其他组合、方式也被纳入到本公开的范畴、构思范围。