CN116487889A - 天线装置 - Google Patents

Abstract

一种天线装置包括：接地板；第一平板寄生元件，其沿着接地板设置于在平面图中与接地板交叠的位置处，第一平板寄生元件远离接地板设置；圆柱形状的第一接地元件，该第一接地元件包括连接至接地板的第一端和连接至第一平板寄生元件的第二端；以及第一单极馈电元件，其包括第一馈电端和第一开口端，第一馈电端设置在接地板侧并且被馈送电力，第一开口端设置为邻近第一平板寄生元件的边缘。

Description

天线装置

技术领域

本公开涉及天线装置。

背景技术

已有传统平面天线(天线装置)，其包括辐射元件、第一接地导体、馈电线、设置在辐射元件和第一接地导体之间的第一介电基板、设置在第一接地导体和馈电线之间的第二介电基板、以及设置在辐射元件和馈电线之间的馈电单元。传统天线装置采用直接馈电使得馈电线连接到辐射元件的直接馈电***(例如，参见专利文献1)。

[相关文献]

[专利文献]

专利文献1：日本特开2001-028511号公报

发明内容

众所周知，天线装置的带宽取决于馈电***。与其中馈电线连接到辐射元件并直接馈送电力的直接耦合馈电***相比，其中馈电线电磁耦合至而不连接到辐射元件并且馈电线经由电磁耦合向辐射元件馈送电力的电磁耦合馈电***提供更宽的带宽。

为了在天线装置中实现更宽的带宽，电磁耦合馈电***比直接馈电***更有优势。

因此，本发明的目的在于提供通过使用电磁耦合馈电***能够实现更宽带宽的天线装置。

根据实施方式的一个方面，一种天线装置包括：接地板；第一平板寄生元件，其沿着接地板设置于在平面图中与接地板交叠的位置处，第一平板寄生元件远离接地板设置；圆柱形状的第一接地元件，该第一接地元件包括连接至接地板的第一端和连接至第一平板寄生元件的第二端；以及第一单极馈电元件，其包括第一馈电端和第一开口端，第一馈电端设置在接地板侧并且被馈送电力，第一开口端设置为邻近第一平板寄生元件的边缘。

能够提供通过使用电磁耦合馈电***能够实现更宽带宽的天线装置。

附图说明

图1是根据实施方式的天线装置100的立体图。

图2A是例示了天线装置100的平面图。

图2B是例示了天线装置100的侧面图。

图3A是天线装置100的等效电路。

图3B是表示天线装置100的反射损失的S11参数的频率特性。

图4是例示了根据本实施方式的第一变型实施方式的天线装置100A的图。

图5是例示了根据本实施方式的第二变型实施方式的天线装置100B的图。

图6是例示了根据本实施方式的第三变型实施方式的天线装置100C的图。

图7A是例示了天线装置100C的平面图。

图7B是例示了天线装置100C的侧面图。

图8是例示了根据本实施方式的第四变型实施方式的天线装置100D的图。

图9是例示了根据本实施方式的第五变型实施方式的天线装置100E的图。

图10A是例示了根据本实施方式的第六变型实施方式的天线装置100F1的图。

图10B是例示了根据本实施方式的第六变型实施方式的天线装置100F2的图。

图11A是例示了根据本实施方式的第六变型实施方式的天线装置100F3的图。

图11B是例示了根据本实施方式的第六变型实施方式的天线装置100F4的图。

具体实施方式

在下文中，将描述根据本公开的天线装置的实施方式。

<实施方式>

在下文中，将定义并描述XYZ坐标系。为了便于说明，将-Z侧称为下侧或向下，将+Z侧称为上侧或向上，但它们并不代表普遍的垂直关系。另外，从+Z侧看XY平面称为平面图。

<天线装置100>

图1是例示了根据实施方式的天线装置100的立体图。图2A是例示了天线装置100的平面图，而图2B是例示了天线装置100的侧面图。天线装置100适于辐射例如第五代移动通信***(5G)等的毫米波段或准毫米波段的无线电波、或者Sub-6的频段无线电波中的无线电波。

天线装置100包括基板101、接地板110、平板寄生元件120、接地元件130和单极馈电元件140。基板101是第一介电体的示例，并且平板寄生元件120是第一平板寄生元件的示例。接地元件130是第一接地元件的示例，并且单极馈电元件140是第一单极馈电元件的示例。平板寄生元件120的下侧是第一侧的示例，并且平板寄生元件120的上侧是第二侧的示例。

在天线装置100中，平板寄生元件120用作辐射元件，接地元件130用作用于校正电流分布的增强元件，而单极馈电元件140用作馈电元件。

基板101是介电基板，并且在Z方向上具有恒定厚度。基板101的下表面是第一表面的示例，而上表面是第二表面的示例。基板101的下表面与接地板110的上表面接触，基板101的上表面与平板寄生元件120的下表面接触。基板101例如可以是包括于布线基板中的绝缘层，并且由树脂基有机材料或陶瓷基无机材料制成。例如，基板101在平面图中具有正方形形状。在平面图中，基板101的四个外边缘中的两个外边缘平行于X方向，并且其余两个外边缘平行于Y方向。

基板101在平面图中不限于正方形形状，并且可以具有任何形状，只要其具有设置接地板110的平面即可，并且例如可以是容纳天线装置100的电子设备的壳体的一部分。如果不需要基板101，则天线装置100可以被构造为不包括基板101。例如，当天线装置100辐射Sub-6的无线电波时，可以采用这种构造。

基板101包括接地元件130所***的贯通孔、以及单极馈电元件140从下端侧***其中的孔部分。接地元件130所***的贯通孔在Z方向上贯穿基板101，并且接地元件130从贯通孔内部的下端延伸到上端而进行填充。因此，基板101的贯通孔的形状与接地元件130的形状相同。

单极馈电元件140从下端侧***其中的孔部分从基板101的下表面起在+Z方向上形成，并延伸到接近(immediately before)基板101的上表面。单极馈电元件140在孔部分中从下端延伸到上端进行填充。因此，基板101的孔部分的形状与单极馈电元件140的形状相同。代替单极馈电元件140从下表面侧***其中的孔部分，可以形成在Z方向上贯穿基板101的贯通孔，并且单极馈电元件140可以形成为从贯通孔的下端延伸到接近上端的位置。

接地板110设置在基板101的整个下表面上，并且是保持在接地电位的金属箔(金属板)。作为金属箔，例如可以使用诸如铜、银、钨合金、钼合金等的金属箔。

接地板110平行于XY平面。接地板110设置于在平面图中与平板寄生元件120、接地元件130以及单极馈电元件140交叠的位置处。接地板110用作作为辐射元件的平板寄生元件120以及单极馈电元件140的接地板，并且还用作用于在+Z方向上反射由平板寄生元件120和单极馈电元件140在-Z方向上辐射的无线电波分量的反射器。

接地元件130的下端连接到接地板110的上表面的中心。接地板110在平面图中相对于中心在+X侧具有开口111。开口111设置为允许布置单极馈电元件140的下端处的馈电端141。

例如，接地板110在平面图中具有正方形形状，但是不限于正方形形状。接地板110可以设置于在平面图中与平板寄生元件120、接地元件130和单极馈电元件140交叠的位置处，并且例如可以是包含天线装置100的电子设备所拥有的具有接地电位的金属层。

平板寄生元件120是设置在基板101的上表面中心的金属箔(金属板)。金属箔可以由例如铜、银、钨合金或钼合金的金属箔制成。平板寄生元件120在平面图中具有正方形形状。平板寄生元件120的四个外边缘中的两个外边缘平行于X方向，并且其余两个外边缘平行于Y方向。平板寄生元件120沿着与XY平面平行的接地板110设置于在平面图中与接地板110交叠的位置处，并且与接地板110分离。平板寄生元件120在平面图中的中心与接地板110在平面图中的中心一致。

平板寄生元件120在+X侧的沿Y方向延伸的边缘侧电容耦合至单极馈电元件140，并且寄生在单极馈电元件140上。平板寄生元件120的下表面的中心连接至接地元件130。由于接地元件130连接至接地板110，所以平板寄生元件120经由接地元件130连接至接地板110。

通过将平板寄生元件120与单极馈电元件140耦合，从单极馈电元件140的馈电端141看到的平板寄生元件120的输入阻抗不仅可以以第一谐振频率f1谐振，而且以第二谐振频率f2谐振。在该构造中，平板寄生元件120的谐振频率不仅具有第一谐振频率f1，而且具有第二谐振频率f2。

因此，平板寄生元件120通过单极馈电元件140馈电，以第一谐振频率f1和第二谐振频率f2谐振，并在+Z方向上辐射无线电波。第二谐振频率f2例如是包含于5G频带中的频率。由平板寄生元件120在-Z方向上发射的无线电波被接地板110反射并在+Z方向上传播。因此，下文中将平板寄生元件120描述为在+Z方向上辐射无线电波。

平板寄生元件120的一个边缘的长度对应于平板寄生元件120的第二谐振频率f2处的波长的电气长度的1/2。与在第二谐振频率f2处的波长的电气长度的1/2相对应的长度并不严格限于在第二谐振频率f2处的波长的电气长度的1/2，而是包括比在第二谐振频率f2处的波长的电气长度的1/2稍短的长度，以用于为了使平板寄生元件120用作在第二谐振频率f2谐振的谐振元件而进行的调整。可以在设计阶段通过调整平板寄生元件120的一个边缘的长度来调整第二谐振频率f2。

接地元件130设置于在平面图中设置在基板101的中心的贯通孔内，并且是下端连接至接地板110的上表面的中心且上端连接到平板寄生元件120的下表面的中心的圆柱状元件。接地元件130的下端是第一端的示例，而接地元件130的上端是第二端的示例。

由于接地元件130平行于Z方向延伸，所以其设置为垂直于接地板110和平板寄生元件120。接地元件130由金属制成。例如，接地元件130可以实现为通过镀覆处理或用金属填充物形成于基板101的贯通孔内部的通路(via)。

由于平板寄生元件120和接地板110之间产生电流分布，通过提供具有连接至平板寄生元件120的下表面的中心的上端和连接至接地板110的上表面的中心的下端的接地元件130，可以校正平板寄生元件120和接地板110之间的电流分布，以获得良好的电流分布。此外，通过校正电流分布，能够总体上获得在高频下稳定天线和提高天线特性的效果。

单极馈电元件140是设置在孔部分内部的圆柱状元件(I状元件)，孔部分在平面图中相对于基板101的中心设置在+X侧。单极馈电元件140是以第一谐振频率f1谐振的馈电元件。第一谐振频率f1例如是包含于5G的频带中的频率。在设计阶段，可以通过调整单极馈电元件140的长度来调整第一谐振频率f1。由于对单极馈电元件140的长度与平板寄生元件120的一个边缘的长度之间的关系没有限制，因此第一谐振频率f1和第二谐振频率f2能够彼此独立地调整。

单极馈电元件140由金属制成。单极馈电元件140可以实现为通过镀覆处理或用金属填充物形成于基板101的贯通孔内部的通路。

单极馈电元件140包括：馈电端141，其设置在接地板110侧并且被馈送电力；以及开口端142，其设置于平板寄生元件120在+X侧的沿Y方向延伸的边缘附近。馈电端141是第一馈电端的示例，并且开口端142是第一开口端的示例。由于单极馈电元件140平行于Z方向延伸，所以单极馈电元件140布置为垂直于接地板110和平板寄生元件120。

开口端142在平面图中的中心(单极馈电元件140在平面图中的中心)的位置与平板寄生元件120在+X侧的沿Y方向延伸的边缘在Y方向上的长度中心的位置一致。因此，平板寄生元件120的开口端142的圆形上表面的一半在平面图中与平板寄生元件120交叠。单极馈电元件140在平面图中相对于平板寄生元件120的位置可以是平板寄生元件120的中心与单极馈电元件140的中心之间的距离在L/2±20％的范围内的位置。L是平板寄生元件120的边缘长度。

此外，由于天线装置100的对称性，开口端142在平面图中的中心(单极馈电元件140在平面图中的中心)的位置可以与平板寄生元件120的在-X侧的在Y方向上延伸的边缘在Y方向上的长度中心的位置一致。

开口端142在Z方向上与平板寄生元件120的下表面以第一谐振频率的波长的1/500至1/50的间隙设置。如上所述，开口端142设置在平板寄生元件120在+X侧的沿Y方向延伸的边缘附近，从而实现单极馈电元件140和平板寄生元件120之间的电容耦合。由于如上所述，开口端142与平板寄生元件120的下表面之间的距离非常窄，因此单极馈电元件140在Z方向上的长度与基板101在Z方向上的厚度大致相等。

此外，通过将单极馈电元件140和平板寄生元件120电容耦合，平板寄生元件120的输入阻抗不仅可以在第一谐振频率f1谐振而且在第二谐振频率f2谐振。单极馈电元件140与平板寄生元件120之间的电容耦合比可以通过开口端142与平板寄生元件120的下表面之间的距离来设置。

馈电端141在平面图中设置于开口111内部，并且单极馈电元件140与接地板110绝缘。馈电端141连接到信号发送和接收单元(未示出)，并且从信号发送/接收单元接收电力。

单极馈电元件140的馈电端141与开口端142之间的长度相当于单极馈电元件140在第一谐振频率f1处的波长的电气长度的1/4。与在第一谐振频率f1处的波长的电气长度的1/4相对应的长度不严格限于在第一谐振频率f1处的波长的电气长度的1/4，而是包括比在第一谐振频率f1处的波长的电气长度的1/4稍短的长度，以用于为了使单极馈电元件140用作以第一谐振频率f1谐振的谐振元件而进行的调整。第一谐振频率f1不同于第二谐振频率f2。

通过将单极馈电元件140和平板寄生元件120电容耦合，平板寄生元件120的输入阻抗成为能够在第一谐振频率f1和第二谐振频率f2二者谐振的值，因此，当由单极馈电元件140馈送电力时，平板寄生元件120在第一谐振频率f1和第二谐振频率f2二者谐振。

<极化方向>

当X方向定义为水平方向，并且Y方向定义为垂直方向时，由单极馈电元件140馈电的平板寄生元件120在水平方向上被激励，因此，天线装置100是辐射水平极化的无线电波的天线装置。

一般情况下，天线装置的带宽取决于馈电***，并且与馈电线连接到辐射元件并直接馈电的直接耦合馈电***相比，利用电磁耦合馈电***可以获得更宽的带宽，在电磁耦合馈电***中，馈电线是电磁耦合而非连接至辐射元件并且馈电线经由电磁耦合向辐射元件馈电。

天线装置100采用电磁耦合馈电***，因为平板寄生元件120由单极馈电元件140馈电。天线装置的带宽通常如下给出，

带宽其中，Q表示品质因数，并且S表示驻波比。因此，当Q值降低时，带宽增加。

图3A是天线装置100的等效电路。在图3A中，接地板110表示为端子，平板寄生元件120表示为电阻器、电感器和电容器的并联电路，并且单极馈电元件140表示为电阻器和电感器的串联电路。由于单极馈电元件140的谐振远弱于平板寄生元件120的谐振，因此单极馈电元件140的等效电路不包括电容器。平板寄生元件120与单极馈电元件140之间的电容耦合由电容器C1表示，单极馈电元件140与接地板110和接地元件130之间的电容由电容器C2表示。

在天线装置100中，作为馈电元件的单极馈电元件140的开口端142位于平板寄生元件120在+X侧的沿Y方向延伸的边缘在Y方向上的长度的中心的正下方。由于单极馈电元件140由通路等形成，因此单极馈电元件140的开口端142的上表面在平面图中的面积非常小，并且与平板寄生元件120的交叠面积非常小。为此，单极馈电元件140的开口端142和平板寄生元件120在等效电容器C1的一个点处耦合。

例如，作为比较，在下文中考虑以下情况：其中，代替单极馈电元件140，使用开口端142沿平板寄生元件120的下表面在-X方向上弯曲以形成L形状的单极馈电元件。在这种情况下，沿着平板寄生元件120的下表面的部分和L状单极馈电元件平行延伸的部分的面积增加，并且平板寄生元件120和L状单极馈电元件之间的耦合量增加。在这种情况下，沿着平板寄生元件120的下表面的部分和L状单极馈电元件平行延伸的部分的等效电路可以通过划分延伸部分来表示。换言之，由无穷小单极元件(无穷小电阻分量和无穷小电感分量的串联电路)、无穷小电容器C1、无穷小电容器C2构成的划分后的平行延伸部分可以表示为以梯状连接的电路(梯型电路)。因此，天线装置的Q值根据平板寄生元件120和L状单极之间的耦合等效电路的元件数量的增加而增加。

相反，在天线装置100中，单极馈电元件140的开口端142位于平板寄生元件120在+X侧的沿Y方向延伸的边缘在Y方向上的长度的中心的正下方，并且单极馈电元件140的开口端142的上表面与平板寄生元件120在平面图中交叠的面积非常小。因此，开口端142与平板寄生元件120在单个电容器C1的一个点处耦合，以及如图3A所示，仅存在电容器C1和C2的一个串联电路，并且Q值变低。由于Q值以此方式变低，因此能够实现更宽的带宽。

包括单极馈电元件140的天线装置100的Q值约为包括L状单极馈电元件的天线装置的Q值的1/2。这种低Q值可以通过将平板寄生元件120的中心与单极馈电元件140的中心之间的距离设置在L/2±20％的范围内，并且将开口端142与平板寄生元件120的下表面之间的距离设置为在第一谐振频率处的波长的1/500至1/50来实现。

图3B是表示天线装置100的反射损失的S11参数的频率特性。由实线所示的天线装置100的S11参数的频率特性是通过电磁场模拟而获得的，并且表示在馈电端处反射功率与输入功率之比。

在图3B中，由虚线表示用于进行比较的、从天线装置100中省略了平板寄生元件120的参考天线装置的S11参数的频率。参考天线装置的S11参数的频率特性可以理解为仅单极馈电元件140和接地元件130的S11参数的频率特性。

如实线的特性所示，例如，在参数S11为-10dB的级别处，从低于第一谐振频率f1的频率到高于第二谐振频率f2的频率的频带fb为-10dB或更低。频带fb是包括含有第一谐振频率f1的频带和含有第二谐振频率f2的频带两者的频带。如上所述，确认了天线装置100在包含第一谐振频率f1和第二谐振频率f2两者的频带fb中实现了-10dB或更低的S11参数，并且确认了天线装置100实现了更宽的带宽。

此外，如图3B中的虚线所示，仅单极馈电元件140的S11参数的频率特性在第一谐振频率f1处为约-3dB的局部最小值，并且S11参数的值相对大。如上所述，仅单极馈电元件140的谐振非常微弱，并且已经发现通过与平板寄生元件120耦合，能够以更宽的带宽和更低的反射损失在S11参数中实现良好的频率特性，如实线所示。这是因为单极馈电元件140和平板寄生元件120电容耦合，使得平板寄生元件120具有能够在第一谐振频率f1和第二谐振频率f2处谐振的输入阻抗。

如上所述，天线装置100包括接地板110、平板寄生元件120、具有连接到接地板110的下端和连接到平板寄生元件120的上端的圆柱形状的接地元件130、以及具有馈电端141和开口端142的单极馈电元件140，使得能够实现更宽的带宽。

因此，通过使用电磁耦合馈电***，能够提供能够实现更宽带宽的天线装置100。

通过减小开口端142和平板寄生元件120的交叠面积以使得单极馈电元件140的开口端142和平板寄生元件120在单个等效电容器C1的一个点处耦合的构造，获得低Q值，并且因此能够实现更宽的带宽。

此外，由于平板寄生元件120和接地板110通过在平板寄生元件120的中心处的接地元件130连接，所以平板寄生元件120的电流分布被校正并成为优选的电流分布，并且能够更可靠地实现低Q值和更宽的带宽。

由于馈电端141与开口端142之间的长度对应于单极馈电元件140在第一谐振频率f1处的波长的电气长度的1/4，因此平板寄生元件120的输入阻抗不仅可以在第一谐振频率f1谐振，而且可以在第二谐振频率f2谐振。因此，通过使用电磁耦合馈电***，能够提供能够实现包括第一谐振频率f1的频带和第二谐振频率f2的频带的更宽带宽的天线装置100。

此外，由于平板寄生元件120在平面图中具有正方形形状，并且平板寄生元件120的一个边缘的长度等于平板寄生元件120在第二谐振频率f2处的波长的电气长度的1/2，因此平板寄生元件120在第二谐振频率f2处谐振，即使在包括第二谐振频率f2的频带中也能够实现更宽的带宽。

接地元件130在平面图中位于平板寄生元件120的中心，并且单极馈电元件140在平面图中位于平板寄生元件120的四个边缘之一的中心。因此，通过接地元件130能够校正平板寄生元件120的电流分布，并且能够在一个点处实现单极馈电元件140与平板寄生元件120之间的耦合，使得能够降低Q值，并且能够实现更宽的带宽。

开口端142与平板寄生元件120在单极馈电元件140的延伸方向上的距离为在第一谐振频率f1处的波长的1/500至1/50。能够提供这样的天线装置100，其能够可靠地实现开口端142和平板寄生元件120之间的电容耦合，并且能够由单极馈电元件140向平板寄生元件120馈送电力。此外，如图3B所例示地，能够通过根据开口端142与平板寄生元件120的下表面之间的距离来设置单极馈电元件140和平板寄生元件之间的电容耦合比率，来设置第一谐振频率f1的频带和第二谐振频率f2的频带与整体频带的比率。

此外，基板101包括：与接地板110的表面接触的第一表面(下表面)；以及与平板寄生元件120在接地板110侧的表面接触的第二表面(上表面)。因此，接地板110和平板寄生元件120能够被稳定地保持，并且通过稳定平板寄生元件120的电流分布，通过使用电磁耦合馈电***能够提供能实现更宽频宽的天线装置100。

由于接地元件130设置为垂直于接地板110和平板寄生元件120，因此通过稳定平板寄生元件120的电流分布，能够提供通过使用电磁耦合馈电***能够实现更宽带宽的天线装置100。

此外，由于单极馈电元件140设置为垂直于接地板110和平板寄生元件120，因此能够形成稳定的电磁耦合馈电***，并且能够提供能够实现更宽带宽的天线装置100。

在以上描述中，已经说明了天线装置100的极化方向是水平的构造。然而，当使单极馈电元件140在平面图中的中心的位置与平板寄生元件120在+Y侧或-Y侧的沿X方向延伸的边缘在X方向上的长度的中心的位置一致时，能够实现辐射垂直极化的无线电波的天线装置100。

在以上描述中，已经说明了其中平板寄生元件120和接地板110通过在平板寄生元件120的中心处的接地元件130连接的构造。然而，只要平板寄生元件120的电流分布没有受到不利影响，接地元件130的位置可以从平板寄生元件120的中心偏移。

在以上描述中，已经说明了天线装置100包括基板101的构造。然而，基板101并非必须设置于接地板110和平板寄生元件120之间。例如，接地板110和平板寄生元件120可以设置在壳体等的内壁上，以彼此相对。

<第一变型实施方式>

图4是例示了根据本实施方式的第一变型实施方式的天线装置100A的图。天线装置100A具有向图1、图2A和图2B所示的天线装置100添加单极馈电元件140B的构造。单极馈电元件140B是第二单极馈电元件的示例。

天线装置100A的单极馈电元件140A与图1、图2A和图2B所示的天线装置100的单极馈电元件140相同。除了以上之外的构造与天线装置100的构造相同。为此，与天线装置100的组件大致相同的组件用相同的附图标记指代并省略其描述。

单极馈电元件140B与单极馈电元件140A类似地具有馈电端141和开口端142。单极馈电元件140B的馈电端141和开口端142分别是第一馈电端和第二开口端的示例。单极馈电元件140B的开口端142在平面图中的中心(单极馈电元件140B在平面图中的中心)的位置与平板寄生元件120在-X侧的沿Y方向延伸的边缘在Y方向上的长度中心的位置一致。

单极馈电元件140B在平面图中的位置是通过将单极馈电元件140A的在平面图中相对于平板寄生元件120的中心的位置绕平板寄生元件120的中心旋转180度而获得的位置。换言之，单极馈电元件140B在平面图中的位置是平板寄生元件120在平面图中的四个边缘当中的与设置有单极馈电元件140A的边缘相对的边缘的长度中心的位置。

为了提供单极馈电元件140B，基板101可以设置有对应于单极馈电元件140B的第二贯通孔，并且接地板110可以设置有对应于单极馈电元件140B的第二开口111。

在天线装置100A中，彼此具有180度相移的不同无线电波被输入到单极馈电元件140A、140B的馈电端141。平板寄生元件120在X方向上的长度等于在第二谐振频率f2处的波长的电气长度的1/2，并且平板寄生元件120可以在第一谐振频率f1和第二谐振频率f2处谐振。因此，通过输入相位相差180度的第一谐振频率f1，由单极馈电元件140A和140B馈送电力的平板寄生元件120在水平方向上辐射无线电波。

如上所述，在天线装置100A中，彼此具有180度相移的无线电波被输入单极馈电元件140A和140B的馈电端141，使得天线装置100A能够相对于水平方向在极化方向上实现更高精度，并且通过使用电磁耦合馈电***能够实现更宽的带宽。

如果单极馈电元件140A和140B在平面图中的中心与平板寄生元件120在+Y侧和-Y侧的沿X方向延伸的端边缘在X方向上的长度的中心一致，能够实现辐射垂直极化的无线电波的天线装置100A。

<第二变型实施方式>

图5是例示了根据本实施方式的第二变型实施方式的天线装置100B的图。天线装置100B具有将图4所示的天线装置100A的单极馈电元件140A、140B的位置改变为能够实现水平极化和垂直极化的双极化以及圆极化二者的位置的构造。由于除了以上之外的组件与天线装置100A的组件大致相同，因此与天线装置100A的组件大致相同的组件用相同的附图标记指代并省略其描述。

单极馈电元件140B在平面图中的中心位置与平板寄生元件120在-Y侧的沿X方向延伸的边缘在X方向上的长度的中心的位置一致。单极馈电元件140B在平面图中的位置是通过将单极馈电元件140A在平面图中关于平板寄生元件120的中心的位置绕平板寄生元件120的中心顺时针旋转90度而获得的位置。换言之，单极馈电元件140B在平面图中的位置是平板寄生元件120在平面图中的四个边缘当中的与设置有单极馈电元件140A的边缘相邻的边缘的长度的中心的位置。

为了获得圆极化，在天线装置100B中，彼此具有90度相移的无线电波被输入单极馈电元件140A和140B的馈电端141。通过将相位比单极馈电元件140B的相位超前90度的无线电波输入单极馈电元件140A，能够辐射在平面图中在逆时针方向圆极化的无线电波。通过向单极馈电元件140B提供相位比单极馈电元件140A的相位超前90度的无线电波，能够辐射在平面图中在顺时针方向圆极化的无线电波。

可以提供天线装置100B，其能够利用向单极馈电元件140A和140B的馈电端141馈送彼此具有90度相移的无线电波来辐射圆极化无线电波，并且通过使用电磁耦合馈电***能够实现更宽的带宽。

天线装置100B可以包括两个单极馈电元件140A和两个单极馈电元件140B。两个单极馈电元件140A的第二单极馈电元件可以与图4所示的单极馈电元件140B设置在相同的位置。两个单极馈电元件140B的第二单极馈电元件的位置可以与平板寄生元件120在+Y侧的沿X方向延伸的边缘在X方向上的长度的中心的位置一致。

在这种情况下，具有180度相移的无线电波可以输入到两个单极馈电元件140A，具有180度相移的无线电波可以输入到两个单极馈电元件140B，并且具有90度相移的无线电波可以输入到单极馈电元件140A和140B，以实现圆极化。换言之，在平面图中在顺时针方向或逆时针方向上相位相差90度的无线电波可以输入到总共四个单极馈电元件140A和140B。可以提供天线装置100B，其能够以更高精度实现圆极化，并且通过使用电磁耦合馈电***实现更宽带宽。此外，总共4个单极馈电元件140A和140B能够分为两组，每组包括一个单极馈电元件140A和一个单极馈电元件140B，以实现顺时针圆极化或逆时针圆极化的双重极化。

此外，为了获得水平极化和垂直极化的双重极化，具有相同相位的无线电波输入到单极馈电元件140A和140B的馈电端141，使得能够从单极馈电元件140A辐射水平极化的无线电波，以及能够从单极馈电元件140B辐射垂直极化的无线电波。在这种情况下，能够使基带流加倍，并且能够提供能够通过使用电磁耦合馈电***实现更宽带宽并且能够以更大数量的流进行通信的天线装置100B。

<第三变型实施方式>

图6是例示了根据本实施方式的第三变型实施方式的天线装置100C的图。图7A是例示了天线装置100C的平面图。图7B是例示了天线装置100C的侧面图。

天线装置100C具有向图1、图2A和图2B所示的天线装置100添加基板101B、平板寄生元件120B和接地元件130B的构造。基板101B、平板寄生元件120B和接地元件130B分别是第二介电体、第二平板寄生元件和第二接地元件的示例。基板101B的下表面是第三表面的示例，并且基板101B的上表面是第四表面的示例。

基板101A、平板寄生元件120A和接地元件130A分别与图1、图2A和图2B所示的基板101、平板寄生元件120和接地元件130相同。由于除了以上之外的组件与天线装置100A的组件大致相同，因此与天线装置100A的组件大致相同的组件用相同的附图标记指代并且省略其描述。

基板101B叠置在基板101A和平板寄生元件120A上。基板101B在平面图中的尺寸与基板101A在平面图中的尺寸相同，并且设置为与基板101A对齐。基板101B具有接地元件130B***的贯通孔。基板101B与基板101A一起可以是容纳天线装置100的电子设备的壳体的一部分。

平板寄生元件120B是设置在基板101B的上表面的中心处的金属箔(金属板)。作为金属箔，例如可以使用诸如铜、银、钨合金、钼合金等的金属箔。例如，平板寄生元件120B在平面图中具有正方形形状并且在尺寸上大于平板寄生元件120A。

平板寄生元件120B的四个外边缘中的两个外边缘平行于X方向，并且其余两个外边缘平行于Y方向。平板寄生元件120B在平面图中与接地板110交叠的位置处经由基板101B设置在平板寄生元件120A上。平板寄生元件120B在平面图中的中心与平板寄生元件120A在平面图中的中心一致。

平板寄生元件120B电容耦合到平板寄生元件120A。从单极馈电元件140经由平板寄生元件120A向平板寄生元件120B馈电，平板寄生元件120B以第三谐振频率f3谐振，并且在+Z方向上辐射无线电波。第三谐振频率f3例如是包含于5G的频带中的频率。第三谐振频率f3不同于第一谐振频率f1和第二谐振频率f2。

在这种情况下，例如，由于平板寄生元件120B在平面图中比平板寄生元件120A的尺寸更大，因此第三谐振频率f3低于第二谐振频率f2。当第三谐振频率f3被设置为高于第二谐振频率f2时，天线装置100C可以设计为使得平板寄生元件120B在平面图中比平板寄生元件120A小。设计平板寄生元件120B以使其在平面图中比平板寄生元件120A小意味着使平板寄生元件120B的一侧的长度短于平板寄生元件120A的一侧的长度。

平板寄生元件120B的一侧的长度对应于在第三谐振频率f3处的波长的电气长度的1/2。与在第三谐振频率f3处的波长的电气长度的1/2相对应的长度并不严格限定为在第三谐振频率f3处的波长的电气长度的1/2，而是包括比在第三谐振频率f3处的波长的电气长度的1/2稍短的长度，以用于为了使平板寄生元件120B用作在第三谐振频率f3谐振的谐振元件而进行的调整。

接地元件130B设置在基板101B的贯通孔中。由于基板101B的贯通孔与基板101A的贯通孔连通，因此接地元件130B的下端连接至接地元件130A的上端。接地元件130B经由接地元件130A接地。

由于平板寄生元件120B在第三谐振频率f3谐振并且在+Z方向上辐射无线电波，因此与图1、图2A和图2B所示的天线装置100相比，能够实现更宽的带宽。

因此，通过使用电磁耦合馈电***，能够实现能够具有更宽带宽的天线装置100C。天线装置100C可以不包括接地元件130B。在这种情况下，平板寄生元件120B可以寄生地耦合到平板寄生元件120A并且经由平板寄生元件120A被馈电。

<第四变型实施方式>

图8是例示了根据本实施方式的第四变型实施方式的天线装置100D的图。天线装置100D具有其中图1、图2A和图2B所示的天线装置100的接地板110和平板寄生元件120形成为圆形形状的构造。平板寄生元件120的直径是与平板寄生元件120在第二谐振频率f2处的波长的电气长度的1/2相对应的长度。圆形形状的平板寄生元件120经由单极馈电元件140馈电，以第二谐振频率f2谐振，并且在+Z方向上辐射无线电波。

如上所述，类似于图1、图2A和图2B所示的天线装置100，包括圆形形状的平板寄生元件120的天线装置100D能够通过使用电磁耦合馈电***实现更宽的带宽。

<第五变型实施方式>

图9是例示了根据本实施方式的第五变型实施方式的天线装置100E的图。天线装置100E是图1、图2A和图2B所示的天线装置100的用于倾斜极化的变型实施方式。在天线装置100E中，单极馈电元件140的位置与图1、图2A和图2B所示的天线装置100的单极馈电元件140的位置不同。

在天线装置100E中，单极馈电元件140的开口端142的中心(单极馈电元件140在平面图中的中心)的位置与平板寄生元件120在+X侧和+Y侧的角部(顶点)的位置一致。

因此，单极馈电元件140在平面图中的中心与平板寄生元件120的角部一致，使得能够实现倾斜极化。

在使用水平极化和垂直极化的正交极化复用传输中，地面、建筑物等的反射特性依据极化而不同，因此，在极化之间，接收信号功率可能存在差异。然而，如果两个单极馈电元件140布置在平板寄生元件120的两个角部，则能够实现+45°极化和-45°极化的两个倾斜极化。+45°极化和-45°极化的两个倾斜极化、以及顺时针极化和逆时针极化的两个圆极化能够均衡两个***的接收信号功率。例如，通过执行极化MIMO传输，能够使两个***的接收信号功率相等。

因此，通过使用电磁耦合馈电***，能够提供即使在Sub-6的频带中也能够实现更宽带宽的天线装置100。

<第六变型实施方式>

图10A和图10B分别例示了根据实施方式的第六变型实施方式的天线装置100F1和100F2。作为示例，图10A所示的天线装置100F1包括四个图5所示的天线装置100A。在图10A中，单极馈电元件140A坐落于接地元件130的+X侧或-X侧，并且单极馈电元件140B坐落于接地元件130的+Y侧或-Y侧。

在图10A所示的四个天线装置100A中，通过向图10A所示的单极馈电元件140A和140B馈送具有0°和90°的相位的无线电波以及经由单极馈电元件140A和140B向平板寄生元件120馈送电力，用四个天线装置100A能够实现顺时针圆极化，并且由于四个天线装置100A的单极馈电元件140A和140B的位置相对于四个天线装置100A的中心顺时针偏移了90°，因此能够提高圆极化的轴比，并且能够提高顺时针和逆时针的交叉极化鉴别，以实现更宽的带宽。与仅提供一个天线装置100A的情况相比，带宽的增加更有效数倍。通过切换各个天线装置100A的0°和90°的相位，能够实现逆时针圆极化。

即使图10A所示的每个天线装置100A中的单极馈电元件140A和140B的布置改变为如图10B所示，也能够以类似方式发射圆极化无线电波。

图11A和图11B分别例示了根据本实施方式的第六变型实施方式的天线装置100F3和100F4。天线装置100F3、100F4的构造分别与天线装置100F1、100F2的构造相同。天线装置100F3和100F4通过水平极化和垂直极化的双极化来辐射无线电波。

在天线装置100F3中，左上侧的天线装置100A的单极馈电元件140A和左下侧的天线装置100A的单极馈电元件140B辐射具有0°和180°相位的无线电波，而左上侧的天线装置100A的单极馈电元件140B和右上侧的天线装置100A的单极馈电元件140A辐射具有0°和180°相位的无线电波。以此方式，在Y方向和X方向上彼此相邻的两个天线装置100A的单极馈电元件140A、140B对称地布置，并且发射相位相差180°的无线电波。这也适用于图11B所示的天线装置100F4。

例如，左上侧的天线装置100A的单极馈电元件140A和左下侧的天线装置100A的单极馈电元件140B发射具有0°和180°相位的垂直极化无线电波，使得能够抵消在水平方向上的交叉极化分量。左上侧的天线装置100A的单极馈电元件140B和右上侧的天线装置100A的单极馈电元件140A发射在水平方向上具有0°和180°相位的无线电波，从而抵消在垂直方向上的交叉极化分量。这也适用于其它元件。

由于具有这种对称布置的单极馈电元件140A和140B发射具有180°相位差的无线电波，因此提高了线极化波的轴比，并且改善了交叉极化鉴别，使得能够实现更宽的带宽。带宽的增加比仅提供单个天线装置100A的情况更有效数倍。

尽管以上已经描述了根据本公开的示例性实施方式的天线装置，但是本公开不限于具体公开的实施方式，并且在不脱离权利要求中描述的主题的情况下，可以进行各种修改和变型。

Claims (13)

1.一种天线装置，该天线装置包括：

接地板；

第一平板寄生元件，该第一平板寄生元件沿着所述接地板设置于在平面图中与所述接地板交叠的位置处，所述第一平板寄生元件远离所述接地板设置；

第一接地元件，该第一接地元件呈圆柱形状，该第一接地元件包括连接至所述接地板的第一端和连接至所述第一平板寄生元件的第二端；以及

第一单极馈电元件，该第一单极馈电元件包括第一馈电端和第一开口端，所述第一馈电端设置在接地板侧并且被馈送电力，并且所述第一开口端设置为邻近所述第一平板寄生元件的边缘。

2.根据权利要求1所述的天线装置，其中，所述第一馈电端与所述第一开口端之间的长度为与所述第一单极馈电元件在第一谐振频率处的波长的电气长度的1/4相对应的长度。

3.根据权利要求2所述的天线装置，其中，所述第一平板寄生元件在平面图中具有正方形形状，并且

所述第一平板寄生元件的一个边缘的长度是与所述第一平板寄生元件在第二谐振频率处的波长的电气长度的1/2相对应的长度。

4.根据权利要求3所述的天线装置，其中，所述第一接地元件坐落于所述第一平板寄生元件在平面图中的中心，并且

所述第一单极馈电元件坐落于所述第一平板寄生元件在平面图中的四个边缘中的一个边缘的长度的中心。

5.根据权利要求4所述的天线装置，该天线装置还包括第二单极馈电元件，该第二单极馈电元件包括第二馈电端和第二开口端，所述第二单极馈电元件设置于所述第一平板寄生元件在平面图中的四个边缘中的与所述一个边缘相邻的边缘的长度中心的位置处，或者设置于所述第一平板寄生元件在平面图中的四个边缘中的与所述一个边缘相对的边缘的长度中心的位置处，所述第二馈电端设置在所述接地板侧并且被馈送电力，并且所述第二开口端设置为邻近所述第一平板寄生元件的边缘。

6.根据权利要求2所述的天线装置，其中，所述第一平板寄生元件在平面图中具有圆形形状，并且

所述第一平板寄生元件的直径是与所述第一平板寄生元件在第二谐振频率处的波长的电气长度的1/2相对应的长度。

7.根据权利要求1所述的天线装置，其中，所述第一接地元件坐落于所述第一平板寄生元件在平面图中的中心，并且

所述天线装置还包括：

第二单极馈电元件，该第二单极馈电元件包括第二馈电端和第二开口端，该第二单极馈电元件坐落于通过将所述第一单极馈电元件在平面图中关于所述第一平板寄生元件的位置的位置绕所述第一平板寄生元件的中心顺时针或逆时针旋转90度或180度而获得的位置，所述第二馈电端设置在所述接地板侧并且被馈送电力，所述第二开口端设置为邻近所述第一平板寄生元件的边缘。

8.根据权利要求2至7中任一项所述的天线装置，其中，所述第一开口端与所述第一平板寄生元件在所述第一单极馈电元件的延伸方向上的距离为第一谐振频率的波长的1/500至1/50。

9.根据权利要求1至8中任一项所述的天线装置，该天线装置还包括：

第一介电体，该第一介电体包括与所述接地板的表面接触的第一表面和与所述第一平板寄生元件的在所述接地板侧的表面接触的第二表面。

10.根据权利要求1至9中任一项所述的天线装置，其中，所述第一接地元件在垂直于所述接地板和所述第一平板寄生元件的方向上设置。

11.根据权利要求10所述的天线装置，其中，所述第一单极馈电元件在垂直于所述接地板和所述第一平板寄生元件的方向上设置。

12.根据权利要求1至11中任一项所述的天线装置，该天线装置还包括：

第二平板寄生元件，该第二平板寄生元件沿着所述第一平板寄生元件设置于在平面图中与所述接地板交叠的位置处，该第二平板寄生元件相对于所述第一平板寄生元件设置在与所述接地板所坐落于的第一侧相对的第二侧上；以及

第二接地元件，该第二接地元件连接所述第一平板寄生元件和所述第二平板寄生元件，所述第二接地元件设置在所述第一接地元件的延长线上。

13.根据权利要求12所述的天线装置，该天线装置还包括：

第二介电体，该第二介电体包括第三表面和第四表面，所述第三表面与所述第一平板寄生元件在所述第二平板寄生元件侧的表面接触，并且所述第四表面与所述第二平板寄生元件在所述第一平板寄生元件侧的表面接触。