CN1906807A - 小型天线 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种适于往便携式终端内置的多频共用天线，可以在保持宽带特性的同时容易地实现小型化和低矮化。本发明的多频共用天线(1)，包括：3层结构的电介质，通过高介电材料组成的电介质层(11、13)挟持着低介电材料组成的中央电介质层(12)的上部和下部来叠层形成；供电用导体图形(21)，形成在中央电介质层(12)和上部的电介质层(13)之间，在3层结构的电介质的规定的侧面，基端与供电点相连；以及接地用导体图形(22)，形成在中央电介质层(12)和下部的电介质层(11)之间，在规定的侧面基端被接地。所形成的供电用导体图形(21)和接地用导体图形(22)，分别具有从基端到前端将多条线形导体连接，来至少在与规定的侧面相对的侧面附近折回的图形。

Description

小型天线
技术领域
本发明主要涉及能在多个频带上共用的多频共用天线，特别涉及能小型化到可内置于便携式终端等中的多频共用天线。
背景技术
近年来，手机等便携式终端已经广泛普及，为了使这些便携式终端构成得较小，使便携式终端所带的天线小型化就变得十分重要。特别是，期待一种不突出到便携式终端外部、可完全内置的天线。此外，就手机的通信方式而言，多种方式已经普及，所以，作为可对应多种方式的便携式终端上使用的天线，希望是能够以多种频率接受和发送信号的多频共用天线。因此，各种可内置于便携式终端上的多频共用天线的方案被提出来(例如，参照专利文献1)。
专利文献1：特开2002-314326
然而，不论是线形天线、面形天线，天线尺寸一旦变小，要保持宽带特性就会十分困难。特别是，如果采取提高天线整体的电介质材料的介电常数来进行小型化的方法，会使保持宽带特性的设计条件难于给出。所以，对于现有结构来说存在的问题是，作为可内置于便携式终端中的多频共用天线，难以在保持宽带特性的同时实现小型化。
发明内容
本发明正是为了解决这样的问题而提出的，其目的是：提供一种适于往便携式终端内置的小型天线，能够通过将3层结构的电介质与供电用及接地用的各导体图形组合起来得到的结构，在保持宽带特性的同时容易实现小型化和低矮化。
本发明的小型天线的第1形式，是这样一种小型天线，其特征在于，具备：3层结构的电介质，其通过由高介电常数材料组成的第2和第3电介质层挟持着低介电常数材料组成的第1电介质层来叠层形成；供电用导体图形，形成在上述第1电介质层和上述第2电介质层之间，在上述3层结构的电介质的规定侧面，基端与供电点相连；以及接地用导体图形，形成在上述第1电介质层和上述第3电介质层之间，在上述规定侧面，基端被接地。
根据本发明，使供电用导体图形和接地用导体图形隔着低电介质层相对，利用2条导体图形间产生的电磁场耦合，形成复合模式，从而可确保宽带特性。这时，由于上下配置的高电介质对各导体图形间的电磁场耦合影响不大，所以，在保持宽带特性的状态下，可以实现大幅度的小型化。
本发明的小型天线的第2形式，是这样一种小型天线，其特征在于，还具备：短路导体，其贯通上述第1电介质层，将上述供电用导体图形的前端与上述接地用导体图形的前端电连接。
根据本发明，通过将供电用导体图形与接地用导体图形的前端短路，可以使供电用导体图形和接地用导体图形适当地耦合，从而使阻抗调整变得容易，在宽带中使用也变得很容易。
本发明的小型天线的第3形式是这样一种小型天线，其特征在于，上述供电用导体图形和上述接地用导体图形具有由线形导体构成的图形，该线形导体形成为可得到多个反射点。
根据本发明，在由低介电材料组成的电介质层的上下，使供电用导体图形和接地用导体图形相对，利用2条导体图形间产生的电磁场耦合，形成复合模式，从而可确保宽带特性。另外，通过以得到多个反射点的方式，让供电用导体图形和接地用导体图形分别具有多个线形导体构成的图形，从而可以保持较小的天线尺寸，使可对多个频率共用的多频共用天线容易实现。
本发明的小型天线的第4形式是这样一种小型天线，其特征在于，上述供电用导体图形和上述接地用导体图形，分别具有从上述基端到前端将多条线形导体连接，且至少在与上述规定侧面相对的侧面附近折回的图形来形成。
根据本发明，通过至少在与上述规定侧面相对的侧面附近折回，可得到多个反射点，使可对多个频率共用的多频共用天线容易实现。
本发明的小型天线的第5形式是这样一种小型天线，其特征在于，在上述3层结构中，至少外层的电介质上，在该电介质的长度方向上设置低介电常数图形，该图形具有比该电介质的介电常数更低的介电常数。
根据本发明，除了上述作用外，还可以减少供电用导体图形和接地用导体图形各自的线形导体之间不需要的电场耦合，确保宽带化效果。
本发明的小型天线的第6形式是这样一种小型天线，其特征在于，上述低介电常数图形，设在上述多个线形导体所构成的图形的2列导体之间。
根据本发明，除了上述作用外，还能在维持低频化的效果的前提下，确保宽带化效果。
本发明的小型天线的第7形式是这样一种小型天线，其特征在于，上述低介电常数图形由气孔(狭槽)构成。
根据本发明，可以容易地得到低介电常数图形。
本发明的小型天线的第8形式是这样一种小型天线，其特征在于，上述供电用导体图形和上述接地用导体图形分别是3列的导体图形，除了在上述规定侧面的附近折回，还在与上述规定侧面相对的侧面附近折回，且在该3列导体图形中，各自的中央的导体图形隔着上述第1电介质在相互重合的位置上相对配置。
根据本发明，除了上述作用外，供电用导体图形和接地用导体图形通过分别形成为折回2次的3列导体图形，可以容易地实现可共用在3种频率上的多频共用天线。
本发明的小型天线的第9形式是这样一种小型天线，其特征在于，上述供电用导体图形和上述接地用导体图形，在上述各电介质层的面方向上相互错位地相对配置。
根据本发明，除了上述作用外，还可在上下相对的供电用导体图形和接地用导体图形之间，根据错位的量适当控制电场耦合和磁场耦合，抑制不需要的耦合，提高天线特性。
本发明的小型天线的第10形式是这样一种小型天线，其特征在于，上述供电用导体图形和上述接地用导体图形，由形状彼此相同的导体图形构成。
根据本发明，除上述作用外，由于上下相对的供电用导体图形和接地用导体图形具有相同的形状，因此共振频率和天线特性的调整变得容易。
本发明的小型天线的第11形式是这样一种小型天线，其特征在于，上述供电用导体图形和上述接地用导体图形的一方或双方，包含曲折线路构成。
根据本发明，除上述作用外，由于使用包含曲折线路的导体图形来构成天线，因此能够在狭窄区域中确保较长的线路长度，即便是低频也可以实现天线的小型化。
本发明的小型天线的第12形式是这样一种小型天线，其特征在于，上述3层结构的电介质，配置在将地板导体在电路基板一角切口得到的切口部，在上述电路基板上，设有与上述供电用导体图形的基端连接的供电点、和与上述接地用导体图形的基端连接的接地点。
根据本发明，除上述作用外，可以使被激励的小型天线与电路基板的地板导体端部之间产生磁流，起到发射源的作用，在保持小型天线的宽带特性的同时，去掉突出出去的结构，实现低矮化。
本发明的小型天线的第13形式是这样一种小型天线，其特征在于，上述3层结构的电介质被配置在上述切口部，使上述各电介质层的面方向与上述电路基板的面方向大致相同。
根据本发明，除上述作用外，由于将3层结构的电介质配置为相对电路基板的切口部双方的面方向一致，所以极为低矮的小形天线就很容易实现，适于便携式终端的小型天线也就可以实现。
本发明的小型天线的第14形式是这样一种小型天线，其特征在于，上述3层结构的电介质被配置在上述切口部，使上述各电介质层的面方向与上述电路基板的面方向大致垂直。
根据本发明，除上述作用外，由于将3层结构的电介质配置为相对电路基板的切口部双方的面方向为垂直的关系，因此所实现的小型天线中，电磁场集中在小型天线与电路基板的表面之间，同时不易受到天线正下方的部件等的影响，进而，其特性在对折机壳打开的状态、关闭的状态下都很稳定。
本发明的小型天线的第15形式是这样一种小型天线，其特征在于，在由上述低介电常数材料组成的电介质层上，使用PEI(聚醚酰亚胺)或液晶聚合物(LCP)等树脂。
根据本发明，除上述作用外，不但成形变得很容易，同时，作为介电材料的特性和热特性也会变得良好。
本发明的小型天线的第16形式是这样一种小型天线，其特征在于，通过调整上述导体图形的上述基端及各上述多个反射点各自之间的空间距离，来调整与上述各反射点对应的共振频率。
根据本发明，除上述作用外，还能容易地得到多频共用天线必要的频带。
本发明的小型天线的第17形式是这样一种小型天线，其特征在于，通过调整上述供电用导体图形的折回位置和上述接地用导体图形的折回位置的相对位置关系，将上述各共振频率上的阻抗调整成为大致相同。
根据本发明，除上述作用外，还能容易地进行用于宽带化的阻抗调整。
本发明的小型天线的第18形式是这样一种小型天线，其特征在于，通过调整上述至少设于外层电介质的上述低介电常数线形图形的位置和长度，来调整上述共振频率和上述阻抗。
根据本发明，除上述作用外，还能容易地进行共振频率调整和用于宽带化的阻抗调整。
根据本发明，由于将3层结构的电介质、供电用导体图形和接地用导体图形组合起来，并将各导体图形构成为将线形导体连接起来具有折回图形，因此通过电磁场耦合的作用，可以在保持宽带特性的同时，容易地实现小型化和低矮化，实现适于往便携式终端内置的多频共用天线。
附图说明
图1是表示第1实施方式的多频共用天线的结构立体图。
图2是表示图1所示的多频共用天线中的天线方向图的结构的图。
图3是表示在第1实施方式的多频共用天线与便携式终端内部的电路基板一起安装的状态下的配置的图。
图4是从图3的A方向看到的侧面图。
图5为了说明第1实施方式的多频共用天线的发射原理，表示多频共用天线被安装在电路基板的状态下其周边所产生的电场矢量的图。
图6是表示上部的供电用导体图形和下部的接地用导体图形的位置关系的2种形式的图。
图7是表示第1实施方式的多频共用天线中，设在外层电介质层上的气孔的图。
图8是表示供电用导体图形和接地用导体图形以及地板导体之间产生的磁场耦合的图。
图9是表示使用曲折线路的实施例中的多频共用天线的天线方向图的结构的图。
图10是表示第2实施方式的多频共用天线被安装在电路基板上的状态的侧面图。
图11是表示第2实施方式的多频共用天线中的天线方向图的结构的图。
图12是表示第3实施方式的多频共用天线中的天线方向图的结构的图。
图13是表示对第1实施方式的多频共用天线验证的天线特性中VSWR的频率特性的图。
图14是表示对第2实施方式的多频共用天线验证的天线特性中VSWR的频率特性的图。
图15是表示改变基端前端间的距离来调整多频共用天线的频率特性的例子的图。
图16是表示改变供电用导体图形的曲折折回距离来调整多频共用天线的阻抗特性的例子的图。
图17是表示用于多频共用天线的阻抗调整的史密斯圆图的例子的图。
图中：1、2、76-多频共用天线，11、51-第1电介质层，12、52-第2电介质层，13、53-第3电介质层，21、41、61、91-供电用导体图形，21a、21b、21c、91a、91b、91c-线形导体，21d、41d、81d、93-连接部，22、42、62、92-接地用导体图形，22a、22b、22c、22d、92a、92b、92c-线形导体，22e、42d、82d、94-连接部，23-短路导体，24、44、84-供电用端子，25、45、85-接地用端子，30、70-电路基板，30a、70a-切口部，30b、70b、72-地板导体，31-供电点，32-接地点，41a、41b、81a、81b-曲折线路，42a、42b、82a、82b-线形导体，41c、42c、81c、82c-导体图形，49-供电用导体图形的曲折折回距离，71-气孔，73、74a、74b、75a、75b-磁场耦合，161-频率轨迹，162-频率轨迹的起点，163-频率轨迹的顶点。
具体实施方式
下面，根据附图，说明本发明的优选的实施方式。这里，作为应用本发明的方式，对至少可以共用2个不同频率、且可内置于手机终端等中的小型多频共用天线，说明3个具有代表性的实施方式。
(实施方式1)
首先，参照附图，说明第1实施方式的多频共用天线的结构。图1是表示第1实施方式的多频共用天线1的结构的立体图。此外，图2是表示图1所示的多频共用天线1中的天线方向图(antenna pattern)的结构的图。
如图1所示，第1实施方式的多频共用天线1具备叠层结构，从下层侧起依次由第1电介质层11、第2电介质层12、第3电介质层13这三层构成。另外，在第2电介质层12和第3电介质层13之间，形成作为天线方向图的供电用导体图形21，在第1电介质层11和第2电介质层12之间形成接地用导体图形22。而且，将供电用导体图形21的前端和接地用导体图形22的前端短路的短路导体23，贯通第1电介质层11而形成。而且，上述各电介质层和各导体是一体化的。
在图1中，下部的第1电介质层11和上部的第3电介质层13，都是由高介电常数材料形成的，而只有中央的第2电介质层12由低介电常数材料构成。也就是说，多频共用天线1具备由2层高介电常数材料夹持着低介电常数材料而成的叠层结构。作为各层的介电常数，例如可以将相对介电常数为20以下的介电材料用于第1电介质层11和第3电介质层13，将相对介电常数为4以下的介电材料用于第2电介质层12。另外，可以根据使用频带和所希望的天线特性，适当地决定第1电介质层11、第2电介质层12、第3电介质层13各自的尺寸和介电常数。
这里使用图2，对供电用导体图形21和接地用导体图形22的各图形结构进行说明。如图2(a)所示，供电用导体图形21形成为平面状的图形，从基端到前端，3条线形导体21a、21b、21c连接在一起并折回回来。线形导体21a是横方向长为L1宽为W的长条图形。线形导体21b是与线形导体21a隔开间隔D来并列配置、且横方向长为L2宽为W的长条图形。这种配置形成了以地板端为基准的伪叠层结构。另外，线形导体21c，是为了电连接线形导体21a的一端与线形导体21b的一端而延伸的长度为D的图形。
线形导体21a的基端侧设有供电用端子24。该供电用端子24是用于连接后述的电路基板的供电点的端子。另一方面，线形导体21b的前端侧设有连接部21d。该连接部21d上连接着贯通第2电介质层12的短路导体23的一端。这样，由供电用导体图形21，构成从基端侧的供电用端子24起，以线形导体21a、21c、21b的顺序连接至连接部21d的导体图形。
另外，图2(a)中的长L1、L2、宽W、间隔D等参数，可以根据多频共用天线1的阻抗和各种特性来适当设定。此外，虽然在图2(a)所示的例子中，线形导体21a和线形导体21b的宽W一样，各自的位置关系是平行的，但只要这两者是并列配置的关系即可，也可以是比平行稍偏的位置关系，各自的宽和形状也可以不一样。
接着，如图2(b)所示，接地用导体图形22形成为平面状的图形，从基端到前端，4条线形导体22a、22b、22c、22d连接在一起并折回回来。其中，线形导体22a、22b、22c与图2(a)的供电用导体图形21的线形导体21a、21b、21c是相同的尺寸和配置。
而另一方面，接地用导体图形22中，线形导体22a的基端侧连接着纵向延伸的线形导体22d的一端，这一点与供电用导体图形21有所不同。而且，在线形导体22d的另一端设有接地用端子25。该接地用端子25是用于连接后述的电路基板的地板导体的端子。供电用端子24与接地用端子25的位置之所以不同，是为了如图2所示，在将多频共用天线1与电路基板连接时形成不重叠的配置。这样，由接地用导体图形22，构成从基端侧的接地用端子25开始，以线形导体22d、22a、22c、22b的顺序连接至连接部22e的导体图形。
如图2所示，供电用导体图形21和接地用导体图形22，以相互类似的形状构成，各自都在一处具有折回图形。通过将类似的图形相近配置，能使两条线路之间具有复合模式，实现宽带化。此外，通过考虑与地板端的位置关系，并设置折回部分，可以如后所述，在多频共用天线1的频率特性上呈现多个峰值，使其对多个频率共振。
另外，由于供电用导体图形21和接地用导体图形22，通过短路导体23将前端相互连接了起来，因此构成了一体化连接的立体天线方向图，作为第1实施方式的多频共用天线1发挥功能。另外，第1实施方式虽然表示了由短路导体23将供电用导体图形21和接地用导体图形22连接起来的结构，但在不设置短路导体23、并将供电用导体图形21和接地用导体图形22的各个前端开放的情况下，也可以构成多频共用天线1。
另外，对于图2(b)中的长L1、L2、宽W、间隔D等参数、线形导体22a、22b的位置关系和形状而言，可以同图2(a)的情况一样，适当地进行设定。这种情况下，供电用导体图形21和接地用导体图形22的各参数和形状不一定设定得一样，也可以进行令双方各不相同的设定。
下面，通过图3和图4，说明多频共用天线1与便携式终端内部的电路基板一起安装的状态下的配置。图3是表示多频共用天线1被安装在电路基板30的状态下的配置的图，图4是从图3的A方向上看到的截面图。图3中，设置于便携式终端内部的电路基板30中，安装有无线电路和控制电路，且整体上包含具有GND电平的地板导体30。在该电路基板30的上方一角，设有将地板导体30b切口的切口部30a，形状与多频共用天线1的安装部分大致相同，所以能够将多频共用天线1设置在切口部30a上。
而且，多频共用天线1，配置得与电路基板30的切口部30a的形状相吻合。这时，如图4所示，形成如下位置关系：第1电介质层11紧挨电路基板30位于其上，第2电介质层12和第3电介质层13配置在第1电介质层11的上方。另外，优选切口部30a的尺寸至少设定得与多频共用天线1的天线尺寸相同或略大。
如图3所示，在电路基板30中与多频共用天线1接近的部分上，设有供电点31和接地点32。供电用端子24和接地用端子25从多频共用天线1上突出出去，供电用端子24与供电点31连接，接地用端子25与接地点32连接。这样，多频共用天线1，作为安装了电路基板30的便携式终端的收发天线发挥功能。
下面，说明第1实施方式的多频共用天线1的发射原理。在第1实施方式中，通过多频共用天线1自身的结构和往电路基板30的安装状态，可以在无损于宽带特性的前提下实现多频共用天线1的低矮化。图5是为了说明多频共用天线1的发射原理，表示多频共用天线1在安装在电路基板30上的状态下其周边产生的电场矢量的图。
如图5所示，激励多频共用天线1后，在电路基板30上形成地板导体30b的区域的端部(图5的位置P)与多频共用天线1的侧面之间会产生边缘(fringing)电场。在电场矢量与向外的法线矢量的外积所定义的方向(图5中与纸面垂直的方向)上产生磁流。该磁流在位置P上沿多频共用天线1的侧面分布。这样，对于第1实施方式的多频共用天线1而言，图5的等价磁流槽作为发射源发挥主导作用，比起一般的线形天线与平面天线的动作更接近，因而适于低矮化。
下面，说明多频共用天线1中供电用导体图形21和接地用导体图形22在叠层方向上的位置关系。作为上部的供电用导体图形21与下部的接地用导体图形22的位置关系，图6表示了2种方式。图6(a)表示如下情况的例子，即，供电用导体图形21的线形导体21a、21b的位置与接地用导体图形22的线形导体22a、22b的位置，在各电介质层的面方向上，相互重叠地相对配置。与此相对，图6(b)表示如下情况的例子，即，供电用导体图形21的线形导体21a、21b与接地用导体图形22的线形导体22a、22b，在各电介质层的面方向上，相互错位地相对配置。
一般，在相互接近的导体之间，会产生磁场耦合和电场耦合。对于第1实施方式的多频共用天线1，虽然存在供电用导体图形21或接地用导体图形22中的面方向(横向)上的耦合，但通过上述位置关系，从发射原理的方面来看，供电用导体图形21与接地用导体图形22之间的磁场耦合的影响是决定性的。这种情况下，接地用导体图形22，通过与供电用导体图形21的磁场耦合而被激励。与此相对，从发射原理的方面来看，供电用导体图形21的线形导体21a、21b之间和接地用导体图形22的线形导体22a、22b之间的电磁场耦合，成为不需要的耦合。
另一方面，如图6(a)所示，虽然以最近的距离相对配置供电用导体图形21和接地用导体图形22会产生电场耦合，但由于电场耦合会随着天线内部Q值的上升而增加，所以过强的话有时就无法确保所希望的宽带特性。因此，如图6(b)所示，通过在面方向上错位地进行相对配置，可以正确地调整电场耦合的强度。此外，在图6(b)的配置中，对于不需要的磁场耦合，可以根据错位的程度调整耦合的强弱，从而能够进行优化来得到所希望的天线特性。
此外，在图7中，为了提高天线的特性，至少要在上述3层结构的外层电介质上，设置作为低介电常数图形的气孔(狭槽)。气孔71从外层电介质11和13的各个表面贯通到背面，设置在外层电介质11和13的长度方向上。
通过在供电用导体图形21和接地用导体图形22的外侧，设置高介电材料组成的电介质层11和13，可以实现共振频率的低频化，但另一方面，在供电用导体图形21的线形导体21a、21b之间，和接地用导体图形22的线形导体22a、22c之间，不需要的耦合有时会增强。
使用图8来说明电磁场耦合的概念。在磁场耦合中，存在：多频共用天线76与地板导体72之间的磁场耦合73、供电用导体图形21的线形导体21a与接地用导体图形22的线形导体22a之间的磁场耦合74a、同样线形导体21b与22b之间的磁场耦合74b、供电用导体图形21的线形导体21a与21b之间的磁场耦合75a、以及接地用导体图形22的线形导体22a与22b之间的磁场耦合75b。同时，还必须考虑电场耦合。其中，75a和75b是不需要的耦合，要想进行宽带化，需要满足以下条件。
(74a和74b的耦合)＞(73的耦合)＞(75a和75b)…(式1)
另一方面，如果在供电用导体图形21和接地用导体图形22的外侧设置高介电材料组成的电介质层11和13，不需要的耦合75a和75b增强，(式1)的关系就变为：
(75a和75b)＞(74a和74b的耦合)＞(73的耦合)…(式2)宽带特性有恶化的危险。
因此，通过在外层电介质11和13上设置气孔(狭槽)71来作为低介电常数图形，可以优化宽带特性。此外，通过设置气孔71，不会损害低频化效果。另外，虽然图7中只在外层电介质11和13上设置了气孔71，但在中央的电介质层12上设置气孔也同样可以实现宽带化的效果。
在图7中，供电用导体图形11和接地用导体图形12分别是折回一次的两列导体图形。在两列导体图形的情况下，气孔71优选设置在相当于两列导体图形之间的位置的、外层电介质11和13的面方向上。这样，可以更为有效地降低不需要的磁场耦合75a和75b。
由于可以降低不需要的耦合，所以作为在电介质层设置气孔的另一效果，可减小导体图形的间隔。其结果，可以使天线宽度变窄，进一步使天线小型化。
下面，对第1实施方式的多频共用天线1，根据上述基本结构和原理说明一个具体的实施例，该多频共用天线1可以共用手机用规格即GSM、DCS、PCS这3个频带。在本实施例中，供电用导体图形21使用曲折(meander)线路来构成多频共用天线1。
图9是表示上述实施例的多频共用天线1的天线方向图的结构的图。如图9(a)所示，供电用导体图形41，用与图2(a)的线形导体21a、21b相对应的曲折线路41a、41b构成。此外，导体图形41c，将曲折线路41a的一端与曲折线路41b的一端电连接。此外，在曲折线路41a的基端侧设有供电用端子44，曲折线路41b的前端侧设有连接部41d。
另一方面，如图9(b)所示，接地用导体图形42没有使用曲折线路，由线形导体42a、42b和将这些线形导体42a、42b电连接的导体图形42c构成。此外，在线形导体42a的基端侧设有接地用端子45，在线形导体42b的前端侧设有连接部42d。
进一步，在供电用导体图形41的规定位置形成有多个抽头(stub)46，同时，在接地用导体图形42的规定位置也形成有多个抽头47。这些抽头46、47具有调整多频共用天线1阻抗的功能。因此，优选以使多频共用天线1的阻抗得到优化的方式，对抽头46、47的位置、个数、形状、尺寸等进行适当设定。
这样，在图9的实施例中，由于多频共用天线1的曲折线路41a、41b包含周期性的折回图形而形成，所以可以增加天线的实质长度。因此，本实施例的多频共用天线1，不论是以同一天线尺寸来将共振频率设定得较低的情况、还是对同一共振频率将天线尺寸设定得较小的情况下，都是有利的结构。
另外，对于图9的实施例的多频共用天线1而言，基本上使用图1所示的叠层结构，按照图3和图4所示的配置方法来将其安装在电路基板30上即可。但是，将图9与图2对比可知，供电用端子44和接地用端子45的位置关系与图2相反，所以，需要将电路基板30上的供电点31、接地点32的位置关系也反过来。以这种位置关系进行连接的情况下，多频共用天线1的基本动作也是不变的。
(第2实施方式)
下面，参照附图，说明第2实施方式的多频共用天线的结构。在该第2实施方式中，基本构成与第1实施方式通用，所以其详细说明就省略了。另一方面，在第2实施方式中，多频共用天线往电路基板的安装方法与第1实施方式是不同的。
对于第2实施方式的多频共用天线2，图10与图4同样，是表示安装在电路基板70上的状态的侧面图。图10的电路基板70与图3的电路基板30相同，设有将地板导体70b切口的切口部70a。这里，第1实施方式中配置为，多频共用天线1各层的面方向与电路基板30的面方向一致；与其相对，第2实施方式配置为，多频共用天线2各层的面方向与电路基板70的面方向垂直。而且，从接近电路基板70的地板导体70b侧起，依次配置第1电介质层51、第2电介质层52、第3电介质层53。此外，供电用导体图形61在第2电介质层52与第3电介质层53之间形成，接地用导体图形62在第1电介质层51与第2电介质层52之间形成。
这样，第2实施方式与第1实施方式相比，多频共用天线2相对电路基板70的配置方向相差90°。因此，虽然基本发射原理与第1实施方式相同，但边缘电场的产生状态却有所不同，该不同是配置的体现。根据第2实施方式的配置方法，激励多频共用天线2时产生的电场矢量，主要分布在电路基板70的地板导体70b的表面，对从地板端背面向多频共用天线2的电场矢量的贡献很小。因此具有的优点是，即使在多频共用天线2正下方的切口部70a的部分上配置有金属部件等的情况下，也能减轻其影响。此外，在装载于对折机壳的情况下，可以使打开机壳的状态和关闭机壳的状态下的特性变化减少。
下面，对第2实施方式的多频共用天线2说明一个具体的实施例，该多频共用天线2与第1实施方式的情况相同，可以在GSM、DCS、PCS这3个频带上共用。在本实施例中，与图9同样，使用曲折线路来构成多频共用天线2。
图11是表示上述实施例的多频共用天线2的天线方向图的结构的图。如图11(a)所示，供电用导体图形81与图9(a)同样，用曲折线路81a、81b构成。此外，导体图形81c，将曲折线路81a的一端与曲折线路81b的一端电连接。此外，在曲折线路81a的基端侧设有供电用端子84，曲折线路81b的前端侧设有连接部81d。
另一方面，如图11(b)所示，接地用导体图形82没有使用曲折线路，由线形导体82a、82b和将这些线形导体82a、82b电连接的导体图形82c构成。此外，在线形导体82a的基端侧设有接地用端子85，在线形导体82b的前端侧设有连接部82d。
第2实施方式的情况下，也通过包含曲折线路41a、41b来构成多频共用天线2的天线方向图，从而与第1实施方式的情况同样，能够缩小天线的尺寸。另外，由于第2实施方式的多频共用天线2被配置为与电路基板70的面方向相垂直，所以优选将供电用导体图形81、接地用导体图形82的宽度构成得较小。
另外，虽然在图6和图10中，将与本发明相关的多频共用天线设置在电路基板的设有设置图形的面的相反侧，但也可以配置在相同的面上，虽然这样多少需要进行一些调整。
(第3实施方式)
下面，参照附图，说明第3实施方式的多频共用天线的结构。在该第3实施方式中，基本构成也与第1实施方式通用，所以其详细说明就省略了。在第3实施方式中，作为3频率对应，上述供电用导体图形和上述接地用导体图形由3列线形导体来构成。
图12(a)和图12(b)，分别表示第3实施方式的供电用导体图形91和接地用导体图形92。这些导体图形分别由3列线形导体构成，该线形导体除了在与供电用端子93、接地用端子94相对的侧面附近折回之外，还在供电用端子93、接地用端子94附近折回，在该3列线形导体中，各自的中央的导体图形91b、92b，隔着上述的中央的电介质12在相互重合的位置上相对配置。
供电侧图形91和接地侧图形92的形状无需相同，除了将中央的线形导体91b和92b统一以外，可以改变宽度将位置错开，以便调整阻抗。
另外，虽然对可在多个频带共用的多频共用天线，在上述各实施方式中，说明了应用本发明的情况，但并不仅限于此，只要具备图1所示的3层结构的电介质、供电用导体图形、接地用导体图形即可，可以将本发明广泛地应用在具有对特定频率的宽带特性的小型天线上。
此外，虽然上述各实施方式中的各天线方向图，构成为连接2个或3个线形导体来包含1个折回图形或2个折回图形，但在天线方向图构成为连接更多的线形导体、包含多个折回图形的情况下，也可以广泛地应用本发明。
下面，参照附图，说明上述各实施方式中的本发明的多频共用天线的调整方法。多频共用天线中，作为天线特性需要调整共振频带和阻抗。
作为评价共振频带的一个手段可以使用VSWR，作为多频共用天线的使用频带，可以设想VSWR在大约3以下的范围。这里首先，以将第1实施方式的多频共用天线1的天线特性与图9的结构相结合的多频共用天线1为例进行说明。图13是表示对第1实施方式的多频共用天线1验证的天线特性中VSWR的频率特性图。此外，表1表示多频共用天线1的设计条件，其中在实验验证图13的VSWR频率特性时，设想使用的是GSM、DCS、PCS三个频带。
[表1]
 项目   设计条件
 第1电介质层的介电常数   18.2
 第2电介质层的介电常数   4.5
 第3电介质层的介电常数   18.2
 天线尺寸：长   28.5mm
 天线尺寸：宽   7.5mm
 天线尺寸：高   3mm
在根据表1所示的设计条件，使用第1实施方式的多频共用天线1求出频率与VSWR的关系的结果，得到频率在500～2500MHz范围内如图13所示的图线。另外，在进行这样的实验验证时，在多频共用天线1的前段，附加用于将阻抗完全匹配的外部匹配电路。由图13所示的图线可知，频率900MHz附近出现VSWR峰值，同时，在频率1700～1900的范围内也出现VSWR的峰值。
作为多频共用天线1的使用频带，当设想VSWR是3以下的范围时，图13中，低频侧可确保94MHz带宽，高频侧可确保280MHz带宽，从各自的相对频带比来看，低频侧相当于10.3％，高频侧相当于15.6％。根据这些低频侧和高频侧分别确保的频率范围可以确认，GSM、DCS、PCS中的频带全都可以使用。
在第1实施方式中，要想得到图13所示的天线特性，按照表1所示的天线尺寸进行设定即可，这种情况下，天线体积是对应641m3。与此相对，要想用以往的结构确保同等程度的天线特性，需要10倍以上的天线体积。因此，第1实施方式的多频共用天线1，用来确保所希望的天线特性的天线体积可以控制在以往结构的10分之1以下，对天线尺寸的小型化具有很大效果。
下面，对第2实施方式的多频共用天线2的天线特性进行说明。图14是以应用图11的结构的多频共用天线2为例，与第1实施方式的图13同样，表示通过实验验证的VSWR的频率特性的图。另外，设图14的这个实验验证，是在赋予与第1实施方式的表1相同的设计条件的情况下进行的。
使用第2实施方式的多频共用天线2求出频率与VSWR的关系的结果，得到频率在500～2500MHz范围内的如图14所示的图线。另外，在多频共用天线2的前段附加外部匹配电路这一点，与第1实施方式的情况相同。根据该图线可知，概略上得到与第1实施方式的图13相近的倾向，显现VSWR的2个峰值。由此，作为VSWR大致为3以下的多频共用天线2的使用频带，低频侧可确保91MHz的带宽，高频侧可确保383MHz的带宽，从各自的相对频带比来看，低频侧相当于9.8％，高频侧相当于21.2％。根据这些低频侧和高频侧分别确保的频率范围可以确认，GSM、DCS、PCS中的频带全都可以使用。
以下，参照第1实施方式的多频共用天线1的天线特性，说明天线特性的调整方法。就共振频率的调整而言，在图13所示的图线中，将设计条件等调整为VSWR为3以下的频带达到所希望的频带。作为设计条件，图15表示一个实施例，表现在对图9所示的基端前端间距离48进行调整时VSWR的变化。根据图15(a)可知，当减小基端前端间距离时，会使低频侧的共振频率降低。另一方面，如图15(b)所示，高频侧的共振频率，随着基端前端间距离的减小而向高频侧移动。但是，由于高频侧的共振频率变化较小，另外高频侧共振频率的调整可以通过其他设定条件的调整等很容易地调整，所以，优选通过调整基端前端间距离，来调整低频侧的共振频率。
下面，将使用史密斯圆图(smith chart)的方法作为阻抗调整方法加以说明。图17是史密斯圆图的一个实施例，在反射系数平面上，矢量S161表示从原点(中心)指向频率轨迹起点的矢量，矢量S162表示从中心指向频率轨迹顶点的矢量。此外，轨迹163、164，分别表示低频区的频率轨迹和高频区的频率轨迹。就阻抗调整而言，目的是为了实现频率的宽带化，可以将|S|和|R-S|、即矢量S和R-S各自的大小，当作宽带化指标使用。在上述VSWR＜3的条件下，满足：
|S|＝0.5且|R-S|＝1.0(式3)
时，频带最大。因此，就阻抗调整而言，尽量接近上述条件地调整设计条件，就可以实现频率的宽带化。
作为用于调整阻抗的设计条件之一，有图9中的曲折折起的距离49。图16表示在改变曲折折回距离49时的|R-S|变化的一个实施例。图16(a)、(b)，分别表示低频区、高频区所对应的|R-S|的变化。根据图16，优选对曲折折回距离进行调整，使得尽量接近|R-S|＝1.0的条件，同时使低频区、高频区所对应的|R-S|程度相同。也就是说，使图17中的低频区的频率轨迹163和高频区的频率轨迹164成为大小程度相同的圆形。另外，虽然通过如此进行阻抗调整，可能会大大偏离式3中的另一个条件即|S|＝0.5，但使用外部匹配电路，可容易地进行该调整。
作为多频共用天线的天线特性的调整手段，除上述以外，还可以通过改变权利要求3和权利要求4所述的气孔位置和长度，来调整共振频带和阻抗。
上述各实施方式中的本发明的小型天线1，形成3层构造，即，高介电常数材料构成的电介质层11和13挟持着低介电常数材料构成的中央电介质层12的上部和下部。其中，优选使用PEI(聚醚酰亚胺)或LCP(液晶聚合物)等树脂，来作为中央的低介电常数材料构成的电介质层12。此外，将混合了陶瓷的树脂用于外层的高介电常数材料。
在中央电介质层12的两个表面上，形成有供电用导体图形21和接地用导体图形22，而这种双面印刷基板的基材，一般使用玻璃环氧树脂。本发明的小型天线1的中央的低介电常数材料，使用PEI或LCP之类的树脂来代替玻璃环氧树脂，以下，对其效果进行说明。玻璃环氧树脂是热固化性树脂，因而具有即使背加热也不易变形的性质。与此相对，用作外层高介电常数材料的PPS是热可塑性的，具有若过热则容易变形的特征。由此，内层和外层的热特性就相差很大，特别是线膨胀率有很大的差别，因此，存在成形困难这样一个课题。此外，因温度环境导致破裂也是一个课题。
对此，若使用PEI或LCP之类的热可塑性树脂来代替玻璃环氧树脂作为内层的低介电常数材料，可以使内层和外层的热特性、特别是线膨胀率程度相同，不仅成形容易，对温度环境的耐力也会大幅改善。
此外，还存在以下课题，即，由于玻璃环氧树脂的介电损耗因数的值很大，所以在高频区使用的情况下，电介质损失增大，发射效率低。与其相对，PEI或LCP之类的树脂中，介电损耗因数相对于玻璃环氧树脂低大约1位，所以，使用PEI或LCP，可以改善热损失。进一步，就本发明的3层结构的玻璃环氧树脂天线1而言，中央电介质层12的厚度对天线特性来说是很重要的参数，而通用玻璃环氧树脂基板的厚度不但难以调整，而且很不均匀。而在使用PEI或LCP之类的树脂的情况下，具有容易调整厚度的效果。
以下，说明本发明的小型天线1的制造方法。本发明的小型天线1形成为3层构造，高介电常数材料组成的电介质层11和13挟持着低介电常数材料组成的中央电介质层12的上部和下部来叠层形成，在上述中央电介质层12与上述上部的电介质层13之间，形成有供电用导体图形21；另外在上述中央电介质层12与上述下部的电介质层11之间，形成有接地用导体图形22。
上述结构的本发明的小型天线1，可以采取以下方法进行制造，即，将供电用导体图形21和接地用导体图形22，分别形成在中央的由低介电常数材料组成的电介质层12的上部和下部，然后用外层的由高介电常数材料组成的电介质层11和13将其挟住。
以下，说明形成供电用导体图形21和接地用导体图形22的中央的由低介电常数材料组成的电介质层12的制造方法。将玻璃环氧树脂作为基板的制造方法是，在整个面都镀有铜箔的玻璃环氧树脂镀铜板两面，依次实施抗蚀剂涂布、图形曝光、图形蚀刻、抗蚀剂剥离、表面处理来形成图形。
与此相对，在将PEI或LCP之类的树脂作为上述中央的低介电常数材料使用的情况下，第1制造方法是，对按天线形状射出成形的部分进行化学蚀刻，然后对铜进行全面无电解镀敷或全面电镀。接着，依次实施薄膜抗蚀剂(film resist)的贴附、图形曝光、图形蚀刻、抗蚀剂剥离、表面处理之类的步骤，来形成图形。在这样的第1制造方法中，虽然整面镀上铜以后，图形以外的部分之后会去除，但由于用于图形部分的铜是占全体的1/3～1/4左右，所以大部分的铜会被除去。
因此，第2制造方法是，对按天线形状射出成形的树脂，作为一例，通过电晕放电来仅对图形部分进行表面处理。接着，为了得到铜电镀的固着效果(anchor effect)，首先要对进行过表面处理的部分，实施无电解镀敷核印刷或电介质涂料印刷。然后，进行无电解或电解镀敷来实施表面处理，并完成图形。这样的第2制造方法具有的显著效果是，不但大幅减少了铜的使用量而降低了成本，还简化了制造工序。
产业上利用的可能性
将3层结构的电介质与2条相对的导体图形组合起来，通过电磁场耦合作用可以保持宽带特性，同时容易实现小型化和低矮化，适宜应用于便携式终端。

Claims (18)

1.一种小型天线，其特征在于，具备：
3层结构的电介质，其通过由高介电常数材料组成的第2和第3电介质层挟持着低介电常数材料组成的第1电介质层来叠层形成；
供电用导体图形，形成在所述第1电介质层和所述第2电介质层之间，在所述3层结构的电介质的规定侧面，基端与供电点相连；以及，
接地用导体图形，形成在所述第1电介质层和所述第3电介质层之间，在所述规定侧面，基端被接地。
2.根据权利要求1所述的小型天线，其特征在于，还具备：
短路导体，其贯通所述第1电介质层，将所述供电用导体图形的前端与所述接地用导体图形的前端电连接。
3.根据权利要求1或2所述的小型天线，其特征在于，
所述供电用导体图形和所述接地用导体图形具有由线形导体构成的图形，该线形导体形成为可得到多个反射点。
4.根据权利要求1～3的任意一项所述的小型天线，其特征在于，
所述供电用导体图形和所述接地用导体图形，分别具有从所述基端到前端将多条线形导体连接，且至少在与所述规定侧面相对的侧面附近折回的图形来形成。
5.根据权利要求1～4的任意一项所述的小型天线，其特征在于，
在所述3层结构中，至少外层的电介质上设置低介电常数图形，该图形具有比该电介质的介电常数更低的介电常数。
6.根据权利要求5所述的小型天线，其特征在于，
所述低介电常数图形，设在所述多个线形导体所构成的图形的2列导体之间。
7.根据权利要求5或6所述的小型天线，其特征在于，
所述低介电常数图形，由气孔(狭槽)构成。
8.根据权利要求1～7的任意一项所述的小型天线，其特征在于，
所述供电用导体图形和所述接地用导体图形分别是3列的导体图形，除了在所述规定侧面的附近折回，还在与所述规定侧面相对的侧面附近折回，且在该3列导体图形中，各自的中央的导体图形隔着所述第1电介质在相互重合的位置上相对配置。
9.根据权利要求1～7的任意一项所述的小型天线，其特征在于，
所述供电用导体图形和所述接地用导体图形，在所述各电介质层的面方向上相互错位地相对配置。
10.根据权利要求1～9的任意一项所述的小型天线，其特征在于，
所述供电用导体图形和所述接地用导体图形，由形状彼此相同的导体图形构成。
11.根据权利要求1～10的任意一项所述的小型天线，其特征在于，
所述供电用导体图形和所述接地用导体图形的一方或双方，包含曲折线路构成。
12.根据权利要求1～11的任意一项所述的小型天线，其特征在于，
所述3层结构的电介质，配置在将地板导体在电路基板一角切口得到的切口部，在所述电路基板上，设有与所述供电用导体图形的基端连接的供电点、和与所述接地用导体图形的基端连接的接地点。
13.根据权利要求12所述的小型天线，其特征在于，
所述3层结构的电介质被配置在所述切口部，使所述各电介质层的面方向与所述电路基板的面方向大致相同。
14.根据权利要求12所述的小型天线，其特征在于，
所述3层结构的电介质被配置在所述切口部，使所述各电介质层的面方向与所述电路基板的面方向大致垂直。
15.根据权利要求1～14的任意一项所述的小型天线，其特征在于，
在由所述低介电常数材料组成的电介质层上，使用PEI(聚醚酰亚胺)或液晶聚合物(LCP)等树脂。
16.根据权利要求3～11的任意一项所述的小型天线，其特征在于，
通过调整所述导体图形的所述基端及各所述多个反射点各自之间的空间距离，来调整与所述各反射点对应的共振频率。
17.根据权利要求3～11或16的任意一项所述的小型天线，其特征在于，
通过调整所述供电用导体图形的折回位置和所述接地用导体图形的折回位置的相对位置关系，将所述各共振频率上的阻抗调整成为大致相同。
18.根据权利要求5～7的任意一项所述的多频共用天线，其特征在于，
通过调整所述至少设于外层电介质的所述低介电常数线形图形的位置和长度，来调整所述共振频率和所述阻抗。
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