天线耦合元件、天线装置及电子设备的制作方法

本实用新型涉及在具备天线的电子设备中使用的天线耦合元件、具备该天线耦合元件的天线装置及电子设备。

背景技术：

近年来，通信中使用的频带的宽带化不断进展。另外，伴随着具备通信装置的电子设备的高集成化，设置天线的空间不再富余，成为无法为了覆盖多个频带而设置大量天线的状况。根据这些情况，宽带特性的天线的必要性高涨。

作为将天线宽带化的一个方法，使用如下方法：通过使从供电电路物理上分离的无供电辐射元件与供电辐射元件磁场耦合，将无供电辐射元件的特性附加到供电辐射元件的特性。

图8是具备相互磁场耦合的供电辐射元件及无供电辐射元件的天线装置的等效电路图。这样，在具备无供电辐射元件的天线装置中，首先，通过供电电路1对供电辐射元件进行供电，无供电辐射元件相对于供电辐射元件磁场耦合。

另外，例如在专利文献1中示出具备两个辐射元件和耦合度调整电路的天线装置，该耦合度调整电路控制向该两个辐射元件的供电。

在先技术文献

专利文献

专利文献1：国际公开第2012/153690号

技术实现要素：

实用新型要解决的课题

为了将天线装置宽带化，大多使供电辐射元件利用基本波谐振的模式和3λ/4高次谐波谐振模式。图9a示出向这样的供电辐射元件添加了无供电辐射元件的天线装置的频率特性。这里，横轴是频率，纵轴是从供电电路观察到的天线装置的反射损耗(s11)。在图9a中，在频率fo、fh、fs处产生谐振点(极点)。这里，频率fo是供电辐射元件的基本波(λ/4)谐振频率，频率fh是供电辐射元件的高次谐波(3λ/4)谐振频率。另外，频率fs是无供电辐射元件的谐振频率。

这样，通过使无供电辐射元件的谐振频率fs接近供电辐射元件的高次谐波谐振频率fh，从而构成将频率fo设为低频段且将包括频率fs和频率fh的宽频带设为高频段的宽带的天线装置。

另外，供电辐射元件也存在以λ/2进行谐振的(天线的电长度为λ/2的)反谐振的模式。该反谐振频率是基本波谐振频率fo与高次谐波谐振频率fh之间的频率。在反谐振的模式中，从供电电路观察时，供电辐射元件在阻抗上看做是开路，电流不向供电辐射元件流动。

但是，上述的供电辐射元件与无供电辐射元件的磁场耦合是通过向供电辐射元件流动电流而产生的，因此，为了使天线装置示出规定的特性，向供电辐射元件流动电流成为条件。因此，在不向供电辐射元件流动电流的上述反谐振频率，无法产生磁耦合。

图9b与图9a所示的情况相比，想要通过加长无供电辐射元件的长度，降低无供电辐射元件的谐振频率，从而实现进一步的宽带化。然而，在该图9b所示的例子中，无供电辐射元件的谐振频率fs与反谐振频率fa一致。当为这样的条件时，无供电辐射元件不与供电辐射元件耦合，不出现无供电辐射元件的谐振特性。即，未得到通过设置无供电辐射元件而带来的宽带化效果。

本实用新型的目的在于，提供一种天线耦合元件、具备该天线耦合元件的天线装置及电子设备，能够消除供电辐射元件的反谐振所带来的问题，能够有效利用无供电辐射元件的谐振，对于较宽的频带而实现宽带化。

用于解决课题的手段

(1)本实用新型的天线耦合元件的特征在于，

该天线耦合元件具备第一线圈以及与该第一线圈耦合的第二线圈，

所述第一线圈的第一端是供电电路连接端，所述第一线圈的第二端是供电辐射元件连接端，所述第二线圈的第一端是无供电辐射元件连接端，所述第二线圈的第二端是接地连接端，

沿着从所述供电电路连接端向所述供电辐射元件连接端的电流路径的所述第一线圈的环绕方向与沿着从所述第二辐射元件连接端向所述接地连接端的电流路径的所述第二线圈的环绕方向为相反的关系，所述第一线圈包括配置在隔着绝缘层而层叠的多个层的多个导体图案，所述第二线圈包括配置在与配置有构成所述第一线圈的多个导体图案的绝缘层不同的隔着绝缘层而层叠的多个层的多个导体图案。

根据上述结构，关于在供电电路与第一辐射元件之间向第一线圈流动的电流，与是否通过向第一辐射元件流动电流而在第二线圈感应到电流无关，而是经由上述电容向第二线圈或第二辐射元件流动。因此，即便谐振频率与反谐振频率相同或接近，第二辐射元件也发生谐振，有助于宽带化。

(2)优选的是，上述(1)所记载的天线耦合元件具有：

多个导体图案，其配置在隔着绝缘层而层叠的多个层；以及

多个层间连接导体，其将所述多个导体图案的规定位置彼此层间连接，

所述多个导体图案包括按照所述层叠的方向的顺序分别配置在不同的层的第一导体图案、第二导体图案、第三导体图案及第四导体图案，

所述多个层间连接导体包括：

第一层间连接导体，其将所述第一导体图案与所述第二导体图案层间连接；以及

第二层间连接导体，其将所述第三导体图案与所述第四导体图案层间连接，

所述第一线圈由所述第一导体图案、所述第二导体图案及所述第一层间连接导体构成，

所述第二线圈由所述第三导体图案、所述第四导体图案及所述第二层间连接导体构成。

根据上述结构，尤其是在第二导体图案与第三导体图案之间产生电容。关于在供电电路与第一辐射元件之间向第一线圈流动的电流，与是否通过向第一辐射元件流动电流而在第二线圈感应到电流无关，而是经由上述电容向第二线圈或第二辐射元件流动。

(3)所述第二导体图案及所述第三导体图案的导体图案长度比所述第一导体图案及所述第四导体图案的导体图案长度长。由此，在第二导体图案与第三导体图案之间对置的面积变大，能够有效地增大在第一线圈与第二线圈之间产生的电容。

(4)优选的是，所述第二导体图案与所述第三导体图案中的至少一方具有电容形成用导体图案，该电容形成用导体图案在所述层叠的方向上相面对而局部地形成电容。由此，能够有效地增大在第一线圈与第二线圈之间产生的电容。

(5)优选的是，所述第三导体图案具有到达所述绝缘层的端部的引出导体图案，所述电容形成用导体图案是所述引出导体图案及与该引出导体图案对置的导体图案。由此，能够将本来需要的引出导体图案兼用作电容形成用导体图案的一方，与此相应地，能够更加小型化。

(6)优选的是，在所述第一线圈与所述第二线圈之间形成有电容。由此，向第一线圈流动的电流能够经由上述电容有效地向第二线圈或第二辐射元件流动。

(7)本实用新型的天线装置具备：上述(1)至(6)中任一项所述的天线耦合元件；与所述第一辐射元件连接端连接的第一辐射元件；以及与所述第二辐射元件连接端连接的第二辐射元件。

根据上述结构，即便在第二辐射元件的谐振频率与反谐振频率一致的情况下，也出现第二辐射元件的谐振特性，得到宽带化了的天线装置。

(8)另外，本实用新型的天线装置具备：

第一辐射元件；

第二辐射元件；

耦合电路，其具有第一耦合元件和第二耦合元件，该第一耦合元件连接在所述第一辐射元件与供电电路之间，该第二耦合元件与该第一耦合元件感应耦合，且连接在所述第二辐射元件与接地之间；以及

电容，其设置在所述第一耦合元件与所述第二耦合元件之间，

在所述第一辐射元件的反谐振频率，从所述第一耦合元件经由所述电容向所述第二耦合元件或所述第二辐射元件流动电流。

根据上述结构，即便在第二辐射元件的谐振频率与反谐振频率一致的情况下，也出现第二辐射元件的谐振特性，得到宽带化了的天线装置。

(9)根据上述(8)，优选的是，所述第一耦合元件及所述第二耦合元件分别是相互磁场耦合的线圈，所述电容是在构成所述第一耦合元件的线圈与构成所述第二耦合元件的线圈之间产生的电容。由此，能够通过简单的结构来实现第一耦合元件与第二耦合元件的感应耦合构造及电容的赋予。

(10)根据上述(8)、(9)，优选的是，在所述第一辐射元件的反谐振频率，从所述第一耦合元件经由所述电容向所述第二耦合元件流动的电流的方向与通过和所述第一耦合元件的磁场耦合而向所述第二耦合元件流动的电流的方向为相同的方向。根据该结构，通过和第一耦合元件的磁场耦合而向第二耦合元件流动的电流与从第一耦合元件经由电容向第二耦合元件流动的电流相互增强而驱动第二辐射元件，因此，有效地实现基于第二辐射元件的宽带化。

(11)根据上述(8)～(10)，也可以构成为，在所述第一辐射元件的连接端与所述第二辐射元件的连接端之间连接有电容器。由此，能够与耦合电路的结构独立地附加需要的电容。

(12)优选的是，本实用新型的电子设备具备上述(7)～(11)所记载的天线装置、与该天线装置连接的供电电路、以及收纳该供电电路的壳体，所述第一辐射元件及所述第二辐射元件的一部分或全部是所述壳体的一部分。

根据上述结构，无需设置辐射元件专用的导电性构件、导体图案，能够实现小型化。另外，即便在具备金属壳体的电子设备中，也不会被金属壳体遮挡。

实用新型的效果

根据本实用新型，能够得到如下的天线耦合元件、具备该天线耦合元件的天线装置及电子设备：能够消除第一辐射元件的反谐振所带来的问题，能够有效地利用第二辐射元件的谐振，对于较宽的频带而实现宽带化。

附图说明

图1是作为第一实施方式的耦合电路的一例的天线耦合元件30的立体图。

图2是示出形成于天线耦合元件30的各层的导体图案的分解俯视图。

图3是包括四个线圈导体图案的天线耦合元件30的电路图。

图4是由天线耦合元件30、供电辐射元件11及无供电辐射元件12构成的天线装置100的等效电路图。

图5是第二实施方式的天线装置100的立体图。

图6是示出天线装置100的频率特性的图。

图7是示出第二实施方式的电子设备200的主要构造的立体图。

图8是以往的具备相互磁场耦合的供电辐射元件及无供电辐射元件的天线装置100的等效电路图。

图9a是示出以往的具备无供电辐射元件的天线装置的频率特性的图，图9b是示出从图9a所示的状态降低了无供电辐射元件的谐振频率时的天线装置的频率特性的图。

具体实施方式

《第一实施方式》

图1是作为第一实施方式的耦合电路的一例的天线耦合元件30的立体图，图2是示出形成于天线耦合元件30的各层的导体图案的分解俯视图。

本实施方式的天线耦合元件30是安装于电子设备内的电路基板的长方体状的芯片部件。在图1中，分离地图示出天线耦合元件30的外形及其内部的构造。天线耦合元件30的外形由双点划线表示。在天线耦合元件30的外表面形成有供电电路连接端子pf、供电辐射元件连接端子pa、接地端子pg及无供电辐射元件连接端子ps。另外，天线耦合元件30具备第一面ms1和与该第一面ms1相反的一侧的面、即第二面ms2。在本实施方式中，第一面ms1为安装面，该面与电路基板对置。在与第一面ms1(安装面)相反的一侧的面、即第二面ms2(顶面)标注有方向识别标记ddm。该方向识别标记ddm例如在利用安装机向电路基板安装作为芯片部件的天线耦合元件30时，用于检测芯片部件的方向。

需要说明的是，包括本实施方式的各实施方式中示出的“供电辐射元件”对应于本实用新型的“第一辐射元件”，“无供电辐射元件”对应于本实用新型的“第二辐射元件”。

在天线耦合元件30的内部形成有第一导体图案l11、第二导体图案l12、第三导体图案l21、第四导体图案l22。第一导体图案l11与第二导体图案l12经由层间连接导体v1而连接。第三导体图案l21与第四导体图案l22经由层间连接导体v2而连接。需要说明的是，在图1中，在层叠方向上分离地表示形成有上述各导体图案的绝缘基材s11、s12、s21、s22。

供电电路连接端子pf及供电辐射元件连接端子pa是与一次线圈(之后示出的l1)的两端连接的端子，供电辐射元件连接端子pa及接地端子pg与供二次线圈(之后示出的l2)的两端连接的端子。各端子的名称是应用于之后示出的天线装置的情况下的名称，但这里使用该名称。

如图2所表示，在绝缘基材s11形成有第一导体图案l11，在绝缘基材s12形成有第二导体图案l12，在绝缘基材s21形成有第三导体图案l21，在绝缘基材s22形成有第四导体图案l22。层叠绝缘基材s11、s12、s21、s22，使得这些线圈导体图案从接近安装面的层起依次配置第一导体图案l11、第二导体图案l12、第三导体图案l21、第四导体图案l22。需要说明的是，在图2中表示出形成有线圈导体图案的绝缘基材。本实施方式的天线耦合元件30在绝缘基材s11的下方、绝缘基材s22的上方分别层叠有未形成线圈导体图案的多个绝缘基材。

第一导体图案l11的第一端与供电电路连接端子pf连接，第二端经由层间连接导体v1而与第二导体图案l12的第一端连接。第二导体图案l12的第二端与供电辐射元件连接端子pa连接。另外，第三导体图案l21的第一端与无供电辐射元件连接端子ps连接，第三导体图案l21的第二端经由层间连接导体v2而与第四导体图案l22的第一端连接。第四导体图案l22的第二端与接地端子pg连接。

在第二导体图案l12的一部分形成有电容形成用导体图案c11。另外，在第三导体图案l21的一部分形成有电容形成用导体图案c12。第二导体图案l12的电容形成用导体图案c11与第三导体图案l21的电容形成用导体图案c12在层叠方向上相面对，在该面对部分形成电容。

上述第三导体图案l21的电容形成用导体图案c12也是从第三导体图案l21的一端向无供电辐射元件连接端子ps引出的引出导体图案的一部分。即，引出导体图案(电容形成用导体图案c12)及与该引出导体图案对置的导体图案(电容形成用导体图案c11)是电容形成用导体图案。

在由树脂多层基板构成天线耦合元件30的情况下，上述绝缘基材s11、s12、s21、s22例如是液晶聚合物(lcp)片，导体图案l11、l12、l21、l22例如通过对铜箔进行图案化而形成。另外，在由陶瓷多层基板构成天线耦合元件30的情况下，上述绝缘基材s11、s12、s21、s22例如是低温共烧陶瓷(ltcc[lowtemperatureco-firedceramics])，导体图案l11、l12、l21、l22例如通过对铜膏进行印刷形成。

图3是包括上述四个线圈导体图案的天线耦合元件30的电路图。第二导体图案l12与第一导体图案l11串联连接而构成一次线圈l1。同样，第四导体图案l22与第三导体图案l21串联连接而构成二次线圈l2。一次线圈l1相当于本实用新型中的“第一线圈”及“第一耦合元件”，二次线圈l2相当于本实用新型中的“第二线圈”及“第二耦合元件”。一次线圈l1与二次线圈l2磁场耦合。另外，在图3中，以电容器c10表示出在一次线圈l1与二次线圈l2之间产生的电容。

根据上述结构，各导体图案l11、l12、l21、l22在俯视下在整周范围内重叠，各导体图案l11、l12、l21、l22在层叠方向上最接近(不隔着其他绝缘基材而在层叠方向上相邻)，因此，一次线圈l1与二次线圈l2的耦合系数高。另外，第二导体图案l12及第三导体图案l21的导体图案长度比第一导体图案l11及第四导体图案l22的导体图案长度长。由此，在第二导体图案l12与第三导体图案l21之间对置的面积较大，能够有效地增大在一次线圈l1与二次线圈l2之间产生的电容。

沿着从供电电路连接端子pf向供电辐射元件连接端子pa的电流路径的环绕方向在图2的俯视下为右旋，与此相对，沿着从无供电辐射元件连接端子ps向接地端子pg的电流路径的环绕方向在图2的俯视下为左旋。即，两环绕方向为相反的关系。

图4是由天线耦合元件30、供电辐射元件11及无供电辐射元件12构成的天线装置100的等效电路图。在该图4中，也图示出相当于在一次线圈l1中产生的寄生电容的电容器c1、以及相当于在二次线圈l2中产生的寄生电容的电容器c2。

当从供电电路1经由一次线圈l1向供电辐射元件11供电时，通过一次线圈l1与二次线圈l2的磁场耦合(感应耦合)，向二次线圈l2流动虚线箭头所示的电流。另一方面，如实线箭头所示，在供电电路1→一次线圈l1→电容器c10→二次线圈l2的路径(第一路径)、或者供电电路1→一次线圈l1→电容器c10→无供电辐射元件12的路径(第二路径)中也流动电流。

无供电辐射元件12等效地表示为，电抗元件与辐射电阻的串联电路连接在无供电辐射元件连接端子ps与接地之间的电路。因此，在上述串联电路相比二次线圈l2成为低阻抗的条件下，在上述第二路径流动电流。

关于在供电电路1与供电辐射元件11之间向一次线圈l1流动的电流，即便不向供电辐射元件11流动电流，也经由电容器c10向二次线圈l2或无供电辐射元件12流动。即，在不向二次线圈l2流动电流的供电辐射元件11的反谐振频率，也从一次线圈l1(第一耦合元件)经由电容器c10(电容)向二次线圈l2(第二耦合元件)或无供电辐射元件12流动电流。因此，即便无供电辐射元件12的谐振频率与反谐振频率相同或接近反谐振频率，无供电辐射元件12也发生谐振。因此，无供电辐射元件12有助于宽带化。

当从一次线圈l1经由电容器c10向二次线圈l2流动的电流(第一电流)的方向与通过和一次线圈l1的磁场耦合而向二次线圈l2流动的电流(第二电流)的方向为相同的方向时，第一电流与第二电流相互增强而驱动无供电辐射元件12，因此，有效地实现基于无供电辐射元件12的宽带化。

在图1、图2中，示出了一次线圈l1与二次线圈l2的导体图案长度、即匝数大致相等的例子，但也可以根据供电辐射元件11和无供电辐射元件12的长度(天线长度)来决定。例如，在使无供电辐射元件以比供电辐射元件低的频带谐振的情况下，无供电辐射元件相较于供电辐射元件而加长天线长度。在该情况下，使供无供电辐射元件连接的二次线圈l2的导体图案长度长于一次线圈l1的导体图案长度，即增大匝数，增大向无供电辐射元件附加的电感，从而能够有效地降低其谐振频率，并且，提高无供电辐射元件的驱动能力。

如上所述，供电辐射元件11是经由一次线圈l1直接从供电电路1被供电的辐射元件(第一辐射元件)。另外，无供电辐射元件12是通过一次线圈l1与二次线圈l2的磁场耦合而从供电电路1侧间接被供电的辐射元件(第二辐射元件)。

需要说明的是，在图1、图2中，示出了由形成于层叠体的两个层的两个导体图案构成一次线圈l1、由形成于层叠体的两个层的两个导体图案构成二次线圈l2的例子，但本实用新型不限于该构造。另外，一次线圈l1及二次线圈l2的匝数不限于图1、图2所示的小于1(未满1匝)的匝数，也可以为1匝以上。

《第二实施方式》

在第二实施方式中，示出天线装置及具备该天线装置的电子设备的结构例。

图5是第二实施方式的天线装置100的立体图。该天线装置100具备基板10、供电辐射元件11及无供电辐射元件12。基板10具有形成有呈面状扩宽的接地导体图案的接地区域10g、以及未形成面状的接地导体的非接地区域10n。

供电辐射元件11及无供电辐射元件12设置于基板10的非接地区域10n。在图5中，供电辐射元件11及无供电辐射元件12仅示出导体图案部分。

供电辐射元件11的主要部分及无供电辐射元件12的主要部分是形成于电介质块或电介质的构造构件的外表面的导体图案。像这样形成有供电辐射元件11及无供电辐射元件12的主要部分的电介质块被安装于基板10。另外，将形成有供电辐射元件11及无供电辐射元件12的主要部分的电介质构造体作为壳体的一部分而组入，并与基板10的导体图案连接。

供电辐射元件11从其连接端11c到开放端11e为止，由在中途多处弯折的导体图案构成。同样，无供电辐射元件12从其连接端12c到开放端12e为止，由在中途多处弯折的导体图案构成。

在基板10安装有天线耦合元件(图1所示的天线耦合元件30)。在供电辐射元件11的连接端11c及无供电辐射元件12的连接端12c连接有天线耦合元件30。该天线耦合元件30的结构如第一实施方式所示。因此，在不向二次线圈l2流动电流的供电辐射元件11的反谐振频率，也从一次线圈l1(第一耦合元件)经由电容器c10(电容)向二次线圈l2(第二耦合元件)或无供电辐射元件12流动电流。

图6是示出天线装置100的频率特性的图。这里，横轴是频率，纵轴是从供电电路1观察到的天线装置100的反射损耗(s11)。在图6中，在频率fo、fh、fs处产生谐振点。这里，频率fo是供电辐射元件11的基本波(λ/4)谐振频率，频率fh是供电辐射元件11的高次谐波(3λ/4)谐振频率。另外，频率fs是无供电辐射元件12的谐振频率。在该例中，频率fs与供电辐射元件11的反谐振频率相等。但是，作为现有例，不会成为图9b所示那样的特性，出现无供电辐射元件12的谐振特性。

在图6中，以频率fo为中心的频带例如用于gsm(注册商标)的800mhz带、900mhz的通信，以频率fh为中心的频带例如用于gsm(注册商标)的1800mhz带的通信。而且，包括频率fs、fh的频带例如用于gps信号的接收、lte的带11、带21的通信。根据本实施方式，虽然使用gsm(注册商标)的800mhz带、900mhz带、1800mhz带的通信用的现有的天线元件，通过将无供电辐射元件12及天线耦合元件30连接，也能够直接利用于gps信号的接收、lte的带11、带21的通信。

图7是示出本实施方式的电子设备200的主要构造的立体图。该电子设备200例如是便携电子设备，具备导电性的壳体50及树脂制的边框51。但是，在该图7中，使边框51的一面开口而描绘。图5所示的基板10收纳在壳体内。图5所示的基板10的非接地区域10n位于该边框51部分(未被壳体的金属部覆盖的部分)。

在图1～图4所示的例子中，利用在第二导体图案l12与第三导体图案l21之间产生的电容而形成了电流路径，但也可以在供电辐射元件连接端子pa与无供电辐射元件连接端子ps之间，形成产生在第二导体图案l12与第三导体图案l21之间的电容以外的电容器。例如，也可以设置电容器形成用的电极(电极电容形成用导体图案)。另外，也可以在天线耦合元件30的外部(例如电路基板)，安装电连接在供电辐射元件连接端子pa与无供电辐射元件连接端子ps之间的电容器。

需要说明的是，本实用新型中的天线装置当然不限于发送用，也能够用于接收用或收发用，即便是收发为相反的关系，也同样地发挥作用。“供电电路”并非具有限于输出发送电力的电路的含义，相当于在接收时输入接收信号而放大的电路。

最后，上述实施方式的说明在全部方面是例示，并非限制性说明。对本领域技术人员来说，能够适当变形及变更。本实用新型的范围由权利要求书示出，而非上述实施方式。此外，在本实用新型的范围内包括与权利要求书同等的范围内的从实施方式的变更。

附图标记说明：

c1、c2…电容器；

c10…电容器；

c11…电容形成用导体图案；

c12…电容形成用导体图案(引出导体图案)；

ddm…方向识别标记；

l1…一次线圈；

l11…第一导体图案；

l12…第二导体图案；

l2…二次线圈；

l21…第三导体图案；

l22…第四导体图案；

ms1…第一面；

ms2…第二面；

pa…供电辐射元件连接端子；

pf…供电电路连接端子；

pg…接地端子；

ps…无供电辐射元件连接端子；

s11、s12、s21、s22…绝缘基材；

v1、v2…层间连接导体；

1…供电电路；

10…基板；

10g…接地区域；

10n…非接地区域；

11…供电辐射元件；

11c…供电辐射元件的连接端；

11e…供电辐射元件的开放端；

12…无供电辐射元件；

12c…无供电辐射元件的连接端；

12e…无供电辐射元件的开放端；

30…天线耦合元件；

50…壳体；

51…边框；

100…天线装置；

200…电子设备。