CN215732211U

CN215732211U - 天线装置及电子设备

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Publication number: CN215732211U
Application number: CN202090000312.1U
Authority: CN
Inventors: 那须贵文; 石塚健一
Original assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Priority date: 2019-09-19
Filing date: 2020-08-13
Publication date: 2022-02-01
Anticipated expiration: 2030-08-13
Also published as: JP6892044B1; WO2021054005A1; US20210320397A1; JPWO2021054005A1; US11901611B2

Abstract

提供一种天线装置及电子设备。天线装置(101A)具备第一辐射元件(10)、辐射效率比第一辐射元件(10)低的第二辐射元件(20)、具有相互电磁场耦合的第一线圈(L1)及第二线圈(L2)的耦合元件(30)、第一相位调整元件(31)、以及第二相位调整元件(32)。第一相位调整元件(31)及第二相位调整元件(32)在第二辐射元件(20)具有的谐振频率下使第一辐射元件(10)感应流经第二辐射元件(20)的电流的规定比例。由此，得到具备设置于有限的设置区域的无供电辐射元件并通过供电辐射元件及无供电辐射元件实现宽频带化的天线装置、以及具备该天线装置的电子设备。

Description

天线装置及电子设备

技术领域

本实用新型涉及与高频电路连接的天线装置及具备该天线装置的电子设备。

背景技术

例如在便携电话机用的天线中，使用频带越来越扩大，要求与宽频带对应的特性。为了实现天线装置的宽频带化，在专利文献1中公开了如下技术：在供电电路与供电辐射元件之间设置耦合元件，并追加与该耦合元件连接的无供电元件。

在先技术文献

专利文献

专利文献1：国际公开第2012/153690号

实用新型内容

实用新型要解决的课题

如专利文献1所示，在附加有无供电辐射元件的构造的天线装置中，需要用于设置无供电辐射元件的空间，但伴随着近年来的显示器的大型化等，辐射元件的设置空间越来越受到限制。因此，通过在有限的区域设置无供电辐射元件而得到良好的辐射特性变得困难。

本实用新型的目的在于，提供一种具备设置于有限的设置区域的无供电辐射元件并通过供电辐射元件及无供电辐射元件而实现宽频带化的天线装置、以及具备该天线装置的电子设备。

用于解决课题的手段

本实用新型的天线装置具备：第一辐射元件；第二辐射元件；第一线圈，其第一端与供电电路连接，第二端与第一辐射元件连接；第二线圈，其第一端与第二辐射元件连接，第二端与接地连接，该第二线圈与第一线圈电磁场耦合；第一相位调整元件，其第一端与供电电路连接，第二端与接地连接，调整流经第一辐射元件的电流与流经第二辐射元件的电流的相位差；以及第二相位调整元件，其第一端与第二线圈的第一端连接，第二端与接地连接，调整流经第一辐射元件的电流与流经第二辐射元件的电流的相位差。

根据上述结构，流经第二辐射元件的电流的一部分被第一辐射元件感应，第二辐射元件的谐振频带的信号通过第一辐射元件而辐射，由此，得到在宽频带的范围内辐射效率高的天线装置。

本实用新型的电子设备的特征在于，具备上述结构的天线装置、供电电路、以及收纳该供电电路的壳体。

根据上述结构，即便在有限的区域设置第二辐射元件，分配给第二辐射元件的频带的电流也流经第一辐射元件，因此，实现了辐射特性的宽频带化。

实用新型效果

根据本实用新型，能够得到具备设置于有限的设置区域的无供电辐射元件并通过供电辐射元件及无供电辐射元件而实现宽频带化的天线装置、以及具备该天线装置的电子设备。

附图说明

图1(A)、图1(B)是示出本实用新型的第一实施方式的天线装置 101A、101B的结构的电路图。

图2(A)是示出第一实施方式的天线装置101A、101B的特性的图，图2(B)是示出作为比较例的天线装置的特性的图。

图3是示出第一实施方式的另一天线装置的特性的图。

图4是示出第一实施方式的天线装置101A、101B与作为比较例的天线装置的辐射效率的频率特性的图。

图5是耦合元件30的立体图。

图6是示出形成在耦合元件30的各层的导体图案的分解俯视图。

图7是示出第二实施方式的电子设备的内部结构的图。

图8是示出第二实施方式的另一电子设备的结构的局部剖视图。

附图标记说明

C31…电容器；

GA…接地导体形成区域；

L1…第一线圈；

L2…第二线圈；

L11…第一导体图案；

L12…第二导体图案；

L21…第三导体图案；

L22…第四导体图案；

L32…电感器；

MS1…第一面；

MS2…第二面；

NGA…接地导体非形成区域；

S11、S12、S21、S22…绝缘基材；

T11…第一线圈的第一端；

T12…第一线圈的第二端；

T21…第二线圈的第一端；

T22…第二线圈的第二端；

V1、V2…层间连接导体；

1…供电电路；

10…第一辐射元件；

20…第二辐射元件；

30…耦合元件；

31…第一相位调整元件；

32…第二相位调整元件；

41…电路基板；

42…内壳体；

43…卡槽；

44…下部壳体；

45…上部壳体；

51、52…壳体/基板问连接部；

101A、101B…天线装置。

具体实施方式

各实施方式所示的“天线装置”能够应用于信号的发送侧、接收侧中的任一方。即便在将该“天线装置”作为辐射电磁波的天线进行说明的情况下，也不限于该天线装置是电磁波的发生源。即便在接收通信对象侧天线装置辐射的电磁波的情况下，即，即便送受的关系相反，也起到同样的作用效果。

《第一实施方式》

首先，对图1(A)所示的天线装置101A进行说明。天线装置101A 具备第一辐射元件10、第二辐射元件20、耦合元件30、第一相位调整元件31、以及第二相位调整元件32。第一辐射元件10是供电辐射元件，第二辐射元件20是无供电辐射元件。

在本实施方式的天线装置101A中，第二辐射元件20的辐射效率比第一辐射元件10的辐射效率低。例如第一辐射元件10在其周围扩展有较宽的电磁场的空间，与此相对，第二辐射元件20的周围的电磁场的空间较窄。这里的“辐射效率”是指辐射功率相对于向辐射元件的输入功率之比。之后详述辐射元件的电磁场的空间与辐射效率的关系。

耦合元件30具备相互电磁场耦合的第一线圈L1及第二线圈L2。第一线圈L1的第一端T11与供电电路1连接，第二端T12与第一辐射元件10 连接。第二线圈L2的第一端T21与第二辐射元件20连接，第二端T22 与接地连接。

第一相位调整元件31的第一端与供电电路1连接，第二端与接地连接。第二相位调整元件32的第一端与第二线圈L2的第一端连接，第二端与接地连接。

第一相位调整元件31及第二相位调整元件32调整流经第一辐射元件 10的电流i10与流经第二辐射元件20的电流i20的相位差。

第一相位调整元件31包括电容器C31，该电容器C31在第二辐射元件20具有的谐振频率下使第一辐射元件10感应流经第二辐射元件20的电流i20的规定比例。

第二相位调整元件32包括使流经第二辐射元件20的谐振电流流入第二线圈L2的电感器L32。如图1(A)、图1(B)所示，谐振电流i21流经第二辐射元件20及第二相位调整元件32，该谐振电流的一部分流经第二线圈L2。因此，谐振电流i21根据电感器L32的电感而变化，从第二辐射元件20向第二线圈L2流动的电流i22发生变化。即，通过谐振电流i21 的一部分向第二线圈L2流入，流经第二线圈L2的电流的相位发生变化。由此，来调整流经第一辐射元件10的电流的相位与流经第二辐射元件20 的电流的相位之差。在图1(A)中，空白的粗箭头示出综合性的电流路径。

第一辐射元件10与第一线圈L1的连接以及第二辐射元件20与第二线圈L2的连接，是电流从第一线圈L1向第一辐射元件10流动时在第一线圈L1产生的磁场的方向与电流从第二线圈L2向第二辐射元件20流动时在第二线圈L2产生的磁场的方向彼此相反的连接。

在高频中以省空间的方式进行基于无供电辐射元件的宽频带化的情况下，第一辐射元件10与第二辐射元件20的电磁场耦合变得过强，有时得不到良好的天线匹配。在该情况下，通过设置以上述那样的极性进行磁场耦合的耦合元件30，能够调整耦合度，能够改善天线匹配。

另一方面，在第一辐射元件10与第二辐射元件20之间分离得比较大等的情况下，仅通过第一辐射元件10及第二辐射元件20得不到充分的电磁场耦合。在该情况下，上述所示的耦合元件30使用第一线圈L1与第二线圈L2的耦合关系相反的耦合元件。由此，能够通过具备第一辐射元件 10及第二辐射元件20而实现宽频带化。

图1(B)所示的天线装置101B是将第一相位调整元件31的电容器 C31设置在耦合元件30内的例子。即，耦合元件30具备相互电磁场耦合的第一线圈L1及第二线圈L2以及电容器C31。

图2(A)是示出第一实施方式的天线装置101A、101B的特性的图，图2(B)是示出作为比较例的天线装置的特性的图。作为该比较例的天线装置从图1(A)、图1(B)所示的天线装置101A、101B中去除了第一相位调整元件31及第二相位调整元件32。

在图2(A)、图2(B)中，分别示出流经第一辐射元件10的电流i10、流经第二辐射元件20的电流i20、以及从供电电路1观察到的天线装置的反射系数S11。比较例的天线装置的第二辐射元件20的谐振频率是 4.5GHz，第一辐射元件10的谐振频率是3.9GHz。另外，本实施方式的天线装置101A、101B的第二辐射元件20的谐振频率是4.7GHz，第一辐射元件10的谐振频率是4.1GHz。

在图2(B)所示的比较例的天线装置中，流经第二辐射元件20的电流i20在4.5GHz附近产生峰值。而且，4.5GHz下的反射系数S11为-5dB 而较低。但是，流经第一辐射元件10的电流i10在4.5GHz下小于i20的 1/2。即，在4.5GHz频带下，流经辐射效率较低的第二辐射元件20的电流较大，但流经辐射效率较高的第一辐射元件10的电流较小。因此，该比较例的天线装置的4.5GHz频带下的辐射效率较低。

在本实施方式的天线装置101A、101B中，电容器C31在第二辐射元件20的谐振频率下使流经第一辐射元件10的电流增大。另外，电感器 L32使流经第二辐射元件20的谐振电流流入第二线圈L2，由此，来调整流经第一辐射元件10与第二辐射元件20的电流的相位。由此，在图2(A) 所示的例子中，如图中圆形记号所示，流经第二辐射元件20的电流i20 与流经第一辐射元件10的电流i10在4.7GHz附近相等。而且，4.7GHz 下的反射系数S11为-5dB而较低。即，在4.7GHz频带下，流经第二辐射元件20的电流被第一辐射元件10感应，不仅从第二辐射元件20高效地辐射，还从第一辐射元件10高效地辐射。在该例中，在第二辐射元件20的谐振频率4.7GHz下，被第一辐射元件10感应的电流量与流经第二辐射元件20的电流量相等。

图3是示出第一实施方式的另一天线装置的特性的图。在图3中，分别示出流经第一辐射元件10的电流i10、流经第二辐射元件20的电流i20。该天线装置的第二辐射元件20的谐振频率是2.69GHz，第一辐射元件10 的谐振频率是2.46GHz。

在图3中，三根虚线中的中央示出第二辐射元件20的谐振频率是2.69GHz，左右的虚线示出±5％(±67.5MHz)的频带。在该例中，如图中椭圆所示，在上述±5％中，流经第一辐射元件10的电流i10成为流经第二辐射元件20的电流i20的谐振频率下的电流值的50％以上。即，在 2.7GHz频带下，流经第二辐射元件20的电流被第一辐射元件10感应，不仅从第二辐射元件20高效地辐射，还从第一辐射元件10高效地辐射。

这样，如果在第二辐射元件20具有的谐振频率下被第一辐射元件10 感应的电流为流经第二辐射元件20的电流量的50％以上，则流经第二辐射元件20的电流被第一辐射元件10感应，从第一辐射元件10高效地辐射，由此，第二辐射元件20的谐振频率附近的辐射效率变高，实现宽频带化。

在本实施方式的天线装置101A、101B中，如图2(A)、图2(B)所示，流经辐射效率好的第一辐射元件10的谐振频率4.1GHz附近的电流i10 在图2(A)和图2(B)中相同。而且，流经第二辐射元件20的电流i20 与流经第一辐射元件10的电流i10在4.1GHz附近也相等。此外，4.1GHz 下的反射系数S11为-4dB而较低。即，在4.1GHz频带下，流经第二辐射元件20的电流被第一辐射元件10感应，不仪从第二辐射元件20高效地辐射，还从第一辐射元件10高效地辐射。

图4是示出本实施方式的天线装置101A、101B和作为比较例的天线装置的辐射效率的频率特性的图。图4中的A是本实施方式的天线装置 101A、101B的特性，B是作为比较例的天线装置的特性。在本实施方式的天线装置101A、101B中，第二辐射元件20具有的谐振频率(使用频带的高频侧)的电流大多流经辐射效率高的第一辐射元件10，因此，构成在使用频带的整个区域(例如3.9GHz～4.8GHz的宽频带)中具有高辐射效率的天线装置。

接着，示出图1(B)所示的天线装置101B具备的耦合元件30的结构。图5是耦合元件30的立体图，图6是示出形成在耦合元件30的各层的导体图案的分解俯视图。

本实施方式的天线装置101B具备的耦合元件30是安装于电路基板的长方体状的芯片部件。在图5中，分离地图示出耦合元件30的外形及其内部的构造。耦合元件30的外形以双点划线表示。在耦合元件30的外表面形成有第一线圈的第一端T11、第一线圈的第二端T12、第二线圈L2 的第一端T21及第二线圈L2的第二端T22。另外，耦合元件30具备第一面MS1和与该第一面相反的一侧的面即第二面MS2。

在耦合元件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5中，在层叠方向上分离地表示出形成有上述各导体图案的绝缘基材S11、S12、S21、S22。

如图6所示，从距安装面近的层开始依次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的第一端与第一线圈的第二端T12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的第二端与第一线圈的第一端T11连接。另外，第三导体图案L21的第一端与第二线圈的第二端T22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的第二端与第二线圈的第一端T21连接。

另外，第一线圈L1的从第一端T11向第二端T12卷绕的卷绕方向与第二线圈L2的从第一端T21向第二端T22卷绕的卷绕方向相同。即，电流从第一线圈L1向第一辐射元件10流动时在第一线圈L1中产生的磁场的方向与电流从第二线圈L2向第二辐射元件20流动时在第二线圈L2中产生的磁场的方向处于彼此相反的关系。

如图5、图6所示，第二导体图案L12与第三导体图案L21在层叠方向上相邻地并行，在该第二导体图案L12与第三导体图案L21之间产生寄生电容。该寄生电容是第一相位调整元件31的电容器C31。

这样，通过由产生在第一线圈L1与第二线圈L2之间的寄生电容构成第一相位调整元件31的电容器C31，能够削减向电路基板安装的安装部件数量。另外，通过产生上述寄生电容，也具有第一线圈L1与第二线圈 L2的电磁场的耦合系数提高这样的效果。

需要说明的是，在图1(B)所示的天线装置101B中，在电容器C31 的电容不足的情况下，如图1(A)所示，也可以在耦合元件30的外部附加电容器C31。

《第二实施方式》

在第二实施方式中，示出具备本实用新型的天线装置的电子设备的例子。

图7是示出第二实施方式的电子设备的内部结构的图。该电子设备例如是便携电话机等通信终端。该电子设备在其外壳体的内部具备内壳体42 及电路基板41。

在电路基板41形成有接地导体非形成区域NGA，在该接地导体非形成区域NGA设置有第二辐射元件20。该第二辐射元件20是形成于电路基板41的导体图案。

内壳体42是树脂成型体，在该内壳体42设置有第一辐射元件10。该第一辐射元件10例如是形成于柔性基板的导体图案，通过在内壳体42粘贴柔性基板而设置第一辐射元件10。或者，例如通过LDS (Laser-Direct-Structuring，激光直接成型)法在内壳体42的表面形成导体图案，由此构成第一辐射元件10。

第一辐射元件10沿着绝缘体设置，与第二辐射元件20相比，与电路基板41的接地导体形成区域GA分离。即，在第一辐射元件10的周围扩展有较宽的电磁场的空间，因此，第一辐射元件10的辐射效率高。与此相对，第二辐射元件20设置于电路基板41的有限面积的接地导体非形成区域NGA，因此，第二辐射元件20的周围的电磁场的空间较窄。因此，辐射效率比第一辐射元件10低。

以下举出辐射元件的辐射效率的类型。

(1)辐射元件与接地导体的面方向及厚度方向(层叠方向)的间隔越大，辐射效率越高。

(2)在辐射元件与接地导体之间产生的电容越小，辐射效率越高。

(3)在直至电子设备的壳体的端部、侧部的附近都存在接地导体的情况下，辐射元件的配置位置越与壳体的端部、侧部分离，辐射效率越高。

如图7所示，在电路基板41形成有壳体/基板间连接部51，在内壳体 42形成有壳体/基板间连接部52。第一辐射元件10与第二辐射元件20经由壳体/基板间连接部51、52而连接。

图8是示出第二实施方式的另一电子设备的结构的局部剖视图。该电子设备在下部壳体44与上部壳体45之间具备电路基板41及内壳体42等。另外，在电路基板41与下部壳体44之间设置有卡槽43。在该卡槽43中例如安装SIM卡等卡装置。

在内壳体42形成有第一辐射元件10，在电路基板41形成有第二辐射元件20。这些第一辐射元件10及第二辐射元件20的结构如图7所示。

第二辐射元件20设置于在卡装置的俯视下与卡装置的安装部重叠的位置。在电路基板41的卡槽43的周围未设置接地导体，因此，能够增大接地导体与第二辐射元件20的间隔，由此，能够提高第二辐射元件20的辐射效率。

需要说明的是，在图7、图8所示的例子中，示出了第二辐射元件20 形成于电路基板41的例子，但第一辐射元件10及第二辐射元件20也可以均设置于电子设备的壳体。在该结构中，能够提高第一辐射元件10及第二辐射元件20单体的辐射效率。

最后，上述的实施方式的说明在所有方面是例示，并非是限制性的说明。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，而非上述的实施方式。此外，在本实用新型的范围内包含与权利要求书同等的范围内的从实施方式的变更。

Claims

1.一种天线装置，其特征在于，

所述天线装置具备：

第一辐射元件；

第二辐射元件；

第一线圈，其第一端与供电电路连接，第二端与所述第一辐射元件连接；

第二线圈，其第一端与所述第二辐射元件连接，第二端与接地连接，该第二线圈与所述第一线圈电磁场耦合；

第一相位调整元件，其第一端与供电电路连接，第二端与接地连接，调整流经所述第一辐射元件的电流与流经所述第二辐射元件的电流的相位差；以及

第二相位调整元件，其第一端与所述第二线圈的第一端连接，第二端与接地连接，调整流经所述第一辐射元件的电流与流经所述第二辐射元件的电流的相位差。

2.根据权利要求1所述的天线装置，其特征在于，

所述第一相位调整元件及所述第二相位调整元件在所述第二辐射元件具有的谐振频率下使所述第一辐射元件感应流经所述第二辐射元件的电流的规定比例，

在所述第二辐射元件具有的谐振频率下被所述第一辐射元件感应的电流是流经所述第二辐射元件的电流量的50％以上。

3.根据权利要求1或2所述的天线装置，其特征在于，

所述第一相位调整元件包括电容器，

所述第二相位调整元件包括电感器。

4.根据权利要求3所述的天线装置，其特征在于，

所述电容器在所述第二辐射元件的谐振频率下使流经所述第一辐射元件的电流增大，

所述电感器使流经所述第二辐射元件的谐振电流流入所述第二线圈。

5.根据权利要求1或2所述的天线装置，其特征在于，

所述第一线圈及所述第二线圈构成为相互电磁场耦合的耦合元件，

所述第一相位调整元件包括产生在所述第一线圈的第一端与所述第二线圈的第二端之间的寄生电容。

6.根据权利要求1或2所述的天线装置，其特征在于，

所述第一辐射元件设置于电子设备的壳体，所述第二辐射元件形成于配置在所述壳体内的电路基板。

7.根据权利要求6所述的天线装置，其特征在于，

所述电路基板具有接地导体图案，

所述电路基板的所述第二辐射元件的形成位置在所述接地导体图案的非形成区域内。

8.根据权利要求1或2所述的天线装置，其特征在于，

所述第一辐射元件及所述第二辐射元件设置于电子设备的壳体。

9.根据权利要求1或2所述的天线装置，其特征在于，

所述第一辐射元件与所述第一线圈的连接以及所述第二辐射元件与所述第二线圈的连接是电流从所述第一线圈向所述第一辐射元件流动时在所述第一线圈产生的磁场的方向与电流从所述第二线圈向所述第二辐射元件流动时在所述第二线圈产生的磁场的方向彼此相反的连接。

10.根据权利要求1或2所述的天线装置，其特征在于，

所述第一辐射元件与所述第一线圈的连接以及所述第二辐射元件与所述第二线圈的连接是电流从所述第一线圈向所述第一辐射元件流动时在所述第一线圈产生的磁场的方向与电流从所述第二线圈向所述第二辐射元件流动时在所述第二线圈产生的磁场的方向相同的连接。

11.一种电子设备，其特征在于，

所述电子设备具备：

权利要求1至10中任一项所述的天线装置；

所述供电电路；以及

收纳该供电电路的壳体。

12.根据权利要求11所述的电子设备，其特征在于，

所述壳体具备卡装置的安装部，

所述第二辐射元件的形成位置在所述卡装置的俯视下与所述卡装置的安装部重叠。