CN108352621B - 天线装置 - Google Patents

Abstract

本发明在主基板配置有第1接地导体。在天线模块配置有第1天线和相对于第1天线作为接地电极工作的第2接地导体。包含芯线和外部导体的同轴缆线对第1天线进行供电。该外部导体在第1位置与第1接地导体电连接，在第2位置与第2接地导体连接。包含供电元件和寄生元件的第2天线以比第1天线的工作频率低的频率工作。第2接地导体和从第1位置到第2位置的外部导体兼作第2天线的寄生元件。

Description

天线装置

技术领域

本发明涉及包含供电元件(feed element)和寄生元件(parasitic element)的天线装置。

背景技术

下述的专利文献1公开了以GHz频带工作的宽频带天线。该宽频带天线包含配置于基板的表面的平板天线元件、平板寄生元件以及接地板。平板天线元件从接地板在面内方向隔开间隔而配置。平板寄生元件从接地板延伸，配置成相对于平板天线元件在面内方向对置。同轴缆线的芯线与平板天线元件连接，外部导体与接地板连接。通过该同轴缆线对平板天线元件进行供电。

现有技术文献

专利文献

专利文献1:专利第4545665号公报

发明内容

专利文献1所公开的宽频带天线中，在基板的表面配置有平板天线元件和平板寄生元件。由于必须在基板上确保用于与平板天线元件接近而配置平板寄生元件的区域，因此天线难以小型化。

本发明的目的在于提供适于小型化的天线装置。

基于本发明的第1观点的天线装置具有主基板、天线模块、同轴缆线以及第2天线，

所述主基板配置有第1接地导体，

所述天线模块是安装于所述主基板的天线模块，配置有第1天线和相对于所述第1天线作为接地电极工作的第2接地导体，

所述同轴缆线是包含芯线和外部导体并对所述第1天线进行供电的同轴缆线，所述外部导体在第1位置与所述第1接地导体电连接，在第2位置与所述第2接地导体连接，

所述第2天线以比所述第1天线的工作频率低的频率工作，包含供电元件和寄生元件，

所述第2接地导体和从所述第1位置到所述第2位置的所述外部导体兼作所述第2天线的所述寄生元件。

由于第2接地导体作为第2天线的寄生元件的一部分工作，因此，可以将第2天线的供电元件与作为第1天线的接地电极工作的第2接地导体接近而配置。进而，不需要独立地配置寄生元件。因此，能够实现天线的小型化。

基于本发明的第2观点的天线装置中，除基于第1观点的天线装置的构成以外，所述第1天线的工作频率为所述第2天线的工作频率的10倍以上。

第1天线的工作频率为第2天线的工作频率的10倍以上时，仅第2接地导体时，接地尺寸变得不充分的可能性高。通过利用第2接地导体和同轴缆线的外部导体作为第2天线的寄生元件，能够弥补第2接地导体的尺寸不足的部分。

基于本发明的第3观点的天线装置中，除基于第1和第2观点的天线装置的构成以外，在所述第2位置中，所述外部导体介由阻抗元件与所述第1接地导体电连接。

通过调整阻抗元件的阻抗值，能够对寄生元件的谐振频率进行微调。

基于本发明的第4观点的天线装置中，除基于第1～第3观点的天线装置的构成以外，所述第2天线的工作频率为1GHz～6GHz的范围。

第2天线的工作频率为1GHz～6GHz的范围内时，可以通过阻抗元件对谐振频率进行调整。

基于本发明的第5观点的天线装置中，除第1～第4观点的天线装置的构成以外，所述天线模块包含模块基板，

所述第2接地导体被设置于所述模块基板，

所述第1天线和所述第2天线的所述供电元件被支承于所述模块基板。

第2接地导体被设置于模块基板，将第2天线的供电元件支承于模块基板，由此，将供电元件与第2接地导体接近配置，容易实现小型化。

由于第2接地导体作为第2天线的寄生元件的一部分工作，因此，可以将第2天线的供电元件与作为第1天线的接地电极工作的第2接地导体接近而配置。进而，不需要独立地配置寄生元件。因此，能够实现天线的小型化。

附图说明

图1是实施例1的天线装置的示意侧视图。

图2是实施例1的天线装置所使用的同轴缆线的第1位置的立体图。

图3A是天线模块、同轴缆线以及主基板的一部分的平面图，图3B是第2天线的供电元件的示意图。

图4是模拟对象的天线装置的示意立体图。

图5是模拟对象的天线装置的天线模块以及其附近的立体图。

图6是是表示回波损耗的模拟结果的图表。

图7是表示实施例中的第2天线以及比较例中的第2天线的辐射效率的模拟结果的图表。

图8是实施例2的天线装置的示意侧视图。

图9是实施例2的天线装置所使用的同轴缆线的第1位置的平面图。

具体实施方式

图1示出实施例1的天线装置的示意侧视图。在主基板10的内部和表面配置有第1接地导体11和配线图案12。在图1中，示出配置于表面的第1接地导体11和配线图案12。在主基板10安装有电子电路元件13。

天线模块20包含模块基板21、第1天线22以及第2接地导体23。第1天线22包含例如被支承于模块基板21的多个辐射元件，作为自适应阵列天线工作。多个辐射元件使用例如贴片天线、印制偶极子天线等。天线模块20进一步包含天线共用器、高频发送接收电路、移相器、低噪声放大器、功率放大器等。第2接地导体23相对于第1天线22作为接地电极工作。

通过同轴缆线30对第1天线22进行供电。同轴缆线30包含芯线31和外部导体32。同轴缆线30的天线侧的端部被***到天线模块20与主基板10之间。芯线31的天线侧的端部与天线模块20连接，另一个端部介由主基板10的配线图案12与电子电路元件13连接。

同轴缆线30的外部导体32在第1位置35与第1接地导体11电连接，在第2位置36与第2接地导体23电连接。

第2天线40包含供电元件41和寄生元件42。供电元件41被配置于第2接地导体23的附近。在此，“附近”是指供电元件41和第2接地导体23在第2天线40的工作频带中进行电容耦合的程度的距离。供电元件41也可以为被支承于天线模块20的模块基板21的结构，也可以为被支承于于主基板10的结构。通过配置于主基板10的配线图案对供电元件41进行供电。

第2接地导体23和从第1位置35到第2位置36的外部导体32兼作第2天线40的寄生元件42。设定第1位置35以便包含从第1位置35到第2位置36的外部导体32和第2接地导体23的导体部分在第2天线40的工作频带下谐振。通过制成该构成，能够使外部导体32和第2接地导体23作为寄生元件42工作。

第2天线40以比第1天线22的工作频率低的频率工作。作为一个例子，第1天线22为60GHz频带的WiGig标准的天线，第2天线40为2GHz和5GHz频带的WiFi标准的天线。

图2示出同轴缆线30的第1位置35的立体图。被覆外部导体32的绝缘被膜33在第1位置35被部分地去除，由此，外部导体32露出。露出的外部导体32通过焊锡34与第1接地导体11电连接。为了将外部导体32与第1接地导体11电连接，也可以采用使用焊锡34的结构以外的结构。作为可采用的电连接结构的例子，可以举出用金属板夹持的结构。

图3A示出天线模块20、同轴缆线30和主基板10的一部分的平面图。在主基板10的表面配置有第1接地导体11。在平面视图中，在不与第1接地导体11重叠的位置配置有天线模块20。此外，也可以为天线模块20与第1接地导体11部分地重叠的配置。

在第1位置35，同轴缆线30的外部导体32通过焊锡34与第1接地导体11连接。同轴缆线30的天线侧的端部被***到天线模块20与主基板10之间。

天线模块20包含安装于模块基板21的子模块27。在模块基板21的上表面的一部分的区域和下表面的大致整个区域配置有第2接地导体23。将配置于下表面的第2接地导体23用虚线表示。

子模块27包含子模块基板26以及配置于其表面的多个贴片天线24和多个印制偶极子天线25。在子模块基板也配置有接地导体。多个贴片天线24和多个印制偶极子天线25相当于第1天线22(图1)。多个贴片天线24和多个印制偶极子天线25构成自适应阵列天线。在模块基板21支承有第2天线40(图1)的供电元件41。

图3B示出第2天线40(图1)的供电元件41的示意图。供电元件41包含5GHz频带用的供电元件41B和2GHz频带用的供电元件41C。5GHz频带用的供电元件41B和2GHz频带用的供电元件41C均作为单极天线工作，从共通的供电点41A对供电元件41B、41C进行供电。

在图1和图3A中示出了在主基板10上隔开间隔配置有天线模块20的例子，但也可以为其它配置。主基板10和天线模块20由于用同轴缆线30连接，因此，两者的位置关系的自由度高。

接着，对实施例1的天线装置的优异的效果进行说明。

实施例1的天线装置中，作为第1天线22的接地电极工作的第2接地导体23和同轴缆线30的外部导体32的一部分作为第2天线40的寄生元件42(图2)工作。因此，不需要独立地配置第2天线40用的寄生元件。

通常，如果使导体接近天线的辐射元件，则天线的辐射特性降低。如果使相对低的频率用的天线(低频用天线)的辐射元件接近相对高的频率用的天线(高频用天线)的接地导体，则低频用的天线的辐射特性降低。为了避免辐射特性的降低。优选使低频用的天线远离高频用的天线的接地导体而配置。因此，具有高频用的天线和低频用的天线这两者的天线装置难以小型化。

在上述实施例1中，第2天线40的供电元件41与第1天线22的第2接地导体23接近而配置。因此，能够实现天线装置的小型化。

一端下降到接地的寄生元件42的电长度理想的是相当于工作频率的波长的1/4左右。假定第2接地导体23的尺寸与该理想的尺寸相比过小的情况。在实施例1中，由于不仅第2接地导体23作为寄生元件42利用，同轴缆线30的外部导体32也作为寄生元件42利用，因此，作为寄生元件42，能够确保充分的尺寸。通过使将外部导体32与第1接地导体11连接的第1位置35在同轴缆线30的长度方向移动，能够调整寄生元件42的谐振频率。通过配置寄生元件42，能够提高第2天线40的效率。

在图1中，示出了将同轴缆线30的外部导体32和第1接地导体11仅在第1位置35连接的例子。外部导体32中，比第1位置35更靠近电子电路元件13侧的部分几乎不会影响寄生元件42的功能。因此，可以在比第1位置35更靠近电子电路元件13侧的多个位置将外部导体32和第1接地导体11连接。

接着，参照图4至图7的附图对第2天线40(图1)的特性的模拟结果进行说明。

图4示出模拟对象的天线装置的示意立体图。在长方形的主基板10的上方配置有第1接地导体11。对于主基板10和天线模块20，彼此相邻的一对边(基板端)在厚度方向重叠，天线模块20从主基板10浮起3mm。

天线模块20包含模块基板21和子模块27。从天线模块20与主基板10之间的空间，同轴缆线30(图1)的外部导体32与主基板10的1个边平行地进行延伸。外部导体32在第1位置35与第1接地导体11连接。将第2天线40(图1)的供电元件41配置为沿着模块基板21的1个边。

图5示出模拟对象的天线装置的天线模块20及其附近的立体图。从主基板10的上表面隔开间隔而在主基板10的1个角配置有天线模块20的模块基板21。主基板10中，在不与模块基板21重叠的部分配置有第1接地导体11。

在模块基板21的上表面配置有子模块27。模块基板21的上表面中，在未配置有子模块27的区域配置有第2接地导体23。进而，在模块基板21的下表面的大致整个区域配置有第2接地导体23。将配置于模块基板21的下表面的第2接地导体23用虚线表示。

子模块27包含子模块基板26和配置于其上表面的第1天线22。在子模块基板26配置有接地导体，该接地导体介由多个导体柱28与配置于模块基板21的下表面的第2接地导体23连接。

与模块基板21的1个边接近而配置有第2天线40(图1)的供电元件41。如图3B所示，供电元件41包含5GHz频带用的供电元件41B和2GHz频带用的供电元件41C。在供电点41A连接有供电用的导体43。

将同轴缆线30(图1)的外部导体32从主基板10与模块基板21之间的空间引出。外部导体32在第1位置35与第1接地导体11连接。

通过模拟求出通过供电用的导体43对第2天线40的供电元件41进行供电时的回波损耗S11。

图6示出模拟结果。横轴用单位“MHz”表示频率，纵轴用单位“dB”表示回波损耗S11。如图4和图5所示，图6的实线表示具有在第1位置35将外部导体32与第1接地导体11连接的实施例的结构的天线装置的第2天线40的回波损耗S11。图6的虚线表示未将外部导体32与第1接地导体11连接的比较例中的第2天线40的回波损耗S11。

在以WiFi标准使用的频率2400MHz～2484MHz的频带以及以5150MHz～5850MHz的频带中，实现了充分小的回波损耗S11。在频率5850MHz中，实施例中的第2天线40的回波损耗S11比比较例中的第2天线40的回波损耗S11大，但这是实用上没有问题的程度的大小。

特别是在实施例中可知，在频率2200MHz～3200MHz以下的频带中，实现了比比较例充分小的回波损耗S11。如此，在2GHz频带中，实施例中的第2天线40比比较例中的第2天线40宽频带化。这是因为因寄生元件42(图1)而产生多谐振。通过采用实施例的结构，实现了宽频带化，因此，能够吸收起因于制造上的不均等而可能产生的谐振频率的偏差，维持稳定的通信。

图7示出实施例中的第2天线40和比较例中的第2天线40的辐射效率的模拟结果。通过采用实施例的结构，与比较例的结构相比，在频率2400MHz、2442MHz、2484MHz、5150MHz和5500MHz中，辐射效率变高。在频率5850MHz中，实施例的结构的辐射效率比比较例的结构的辐射效率低，但其差非常小。如此，可知在以WiFi标准使用的频带中，通过作为整体采用实施例的结构，与比较例相比，第2天线40的辐射效率得到改善。

如上所述，通过利用相对于第1天线22作为接地电极工作的第2接地导体23和同轴缆线30的外部导体32作为第2天线40的寄生元件42，能够实现第2天线40的宽频带化、高效率化。进而，能够实现包含工作频率相对高的第1天线22和工作频率相对低的第2天线40的天线装置的小型化。

在上述实施例1中示出了工作频率相对高的第1天线22以WiGig标准的60GHz频带工作，工作频率相对低的第2天线40以WiFi标准的2GHz频带和5GHz频带工作的例子。第1天线22和第2天线40的工作频率并不限定于上述的例子。但是，第1天线22的工作频率与第2天线40的工作频率接近时，得不到采用实施例1的结构的充分的效果。第1天线22的工作频率为第2天线40的工作频率的10倍以上时，能够得到实施例1的显著的效果。

在上記实施例1中，由多个贴片天线24和多个印制偶极子天线25构成第1天线22，但也可以采用其它构成的天线作为第1天线22。进而，在实施例1中，示出了第2天线40的供电元件为单极天线的例子，但也可以采用其它构成的天线作为供电元件。

接着，参照图8和图9对实施例2的天线装置进行说明。以下，对与参照图1～图7说明的实施例1的不同点进行说明，对于共通的构成，省略说明。

在图8示出实施例2的天线装置的示意侧视图。在实施例2中，在第1位置35，同轴缆线30的外部导体32介由阻抗元件37与第1接地导体11连接。

在图9示出第1位置35的平面图。在第1接地导体11设置有开口部14。在开口部14的内部配置有连接盘15。同轴缆线30的外部导体32通过焊锡34与连接盘15电短路。阻抗元件37的一个端子与连接盘15连接，另一个端子与第1接地导体11连接。

阻抗元件37使用电感器或电容器。通过对阻抗元件37的阻抗值进行调整，能够对寄生元件42(图1)的谐振频率进行调整。如果增大阻抗元件37的感应成分，则谐振频率变低，如果增大电容成分，则谐振频率变高。

在图1所示的实施例1中，寄生元件42的谐振频率通过第2接地导体23和外部导体32的几何学形状和尺寸、第1位置35和第2位置36的配置来决定。在天线装置组装后，不容易将它们变更。因此，在组装后，难以对寄生元件42的谐振频率进行微调。

与此相对，在实施例2中，通过对阻抗元件37的阻抗进行调整，能够对寄生元件42的谐振频率进行微调。第2天线40的工作频率低时，即使改变阻抗元件37的阻抗值，谐振频率的变化也小。第2天线40的工作频率为1GHz～6GHz的范围时，通过阻抗元件37对谐振频率进行调整的方法特别有效。

各实施例为例示，能够进行在不同的实施例中示出的构成的部分的置换或组合是不言而喻的。对于通过多个实施例的同样的构成得到同样的作用效果，没有按实施例依次提及。进而，本发明并不受上述的实施例限制。例如，能够进行各种变更、改良、组合等对本领域技术人员而言是显而易见的。

符号说明

10主基板

11第1接地导体

12配线图案

13电子电路元件

14开口部

15连接盘

20天线模块

21模块基板

22第1天线

23第2接地导体

24贴片天线

25印制偶极子天线

26子模块基板

27子模块

28导体柱

30同轴缆线

31芯线

32外部导体

33绝缘被膜

34焊锡

35第1位置

36第2位置

37阻抗元件

40第2天线

41供电元件

41A供电点

41B 5GHz频带用的供电元件

41C 2GHz频带用的供电元件

42寄生元件

43供电用的导体

Claims (5)

1.一种天线装置，其中，具有主基板、天线模块、同轴缆线以及第2天线，

所述主基板配置有第1接地导体，

所述天线模块配置有第1天线和相对于所述第1天线作为接地电极工作的第2接地导体，

所述同轴缆线是包含芯线和外部导体并对所述第1天线进行供电的同轴缆线，所述外部导体在第1位置与所述第1接地导体电连接，在第2位置与所述第2接地导体连接，

所述第2天线以比所述第1天线的工作频率低的频率工作，包含供电元件和寄生元件，

所述第2接地导体和从所述第1位置到所述第2位置的所述外部导体兼作所述第2天线的所述寄生元件。

2.根据权利要求1所述的天线装置，其中，所述第1天线的工作频率为所述第2天线的工作频率的10倍以上。

3.根据权利要求1或2所述的天线装置，其中，在所述第1位置，所述外部导体介由阻抗元件与所述第1接地导体电连接。

4.根据权利要求1或2所述的天线装置，其中，所述第2天线的工作频率为1GHz～6GHz的范围。

5.根据权利要求1或2所述的天线装置，其中，所述天线模块包含模块基板，

所述第2接地导体被设置于所述模块基板，

所述第1天线和所述第2天线的所述供电元件被支承于所述模块基板。

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