專利名稱：天線裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及天線裝置，更具體地涉及內(nèi)置在諸如移動電話的小型便攜式終端中的表面安裝型天線裝置。
背景技術(shù)：
近些年，用于GPS(全球定位系統(tǒng))或藍(lán)牙的貼片天線(chip antenna)內(nèi)置在諸 如移動電話的小型便攜式終端中。該類型的貼片天線要求尺寸小并且便于諧振頻率調(diào)整和 阻抗匹配。這是因為貼片天線的諧振頻率和輸入阻抗受到印刷電路板的結(jié)構(gòu)、貼片天線周 圍安裝的各種電子組件和殼體的影響。因此，必須針對各模型調(diào)整諧振頻率和輸入阻抗。具體地說，由于以下原因，便于天線的輸入阻抗調(diào)整是非常重要的。當(dāng)輸入阻抗與 饋線側(cè)阻抗不匹配時，天線的VSWR特性劣化并且天線不能發(fā)揮天線本來的性能。為了便 于輸入阻抗的匹配，日本專利申請?zhí)亻_平11-340726號公報公開了具有下面結(jié)構(gòu)的天線裝 置。U形輻射導(dǎo)體、接地導(dǎo)體、饋線到接地短路導(dǎo)體分別形成在基板的上表面、底表面和側(cè)表 面上。通過調(diào)整饋線到接地短路導(dǎo)體的分支點而改變饋線到接地短路導(dǎo)體的電感值，由此 調(diào)整天線的輸入阻抗。同時，日本專利申請?zhí)亻_2006-340368號公報公開了可以有效生成天線與接地導(dǎo) 體之間的電磁場的天線裝置。該天線裝置具有三連接盤(trio-land)結(jié)構(gòu)，在該結(jié)構(gòu)中，由 接地導(dǎo)體圖案在三個側(cè)面處圍繞的區(qū)域中設(shè)置介電塊(dielectric block)，接地導(dǎo)體的一 側(cè)通過介電塊連接到接地導(dǎo)體的相對側(cè)，經(jīng)由介電塊的底面處設(shè)置的輸入盤(input pad) 來提供電力。但是，在日本專利申請?zhí)亻_平11-340726號公報中公開的常規(guī)天線裝置中，在基 體(base)的底面上形成接地導(dǎo)體，并且天線裝置只設(shè)置有由介電材料制成的基體。因此， 為了形成天線操作所需要的λ/4輻射導(dǎo)體，要求制備充分大的基體，甚至需要考慮介電材 料的波長縮短效應(yīng)。在日本專利申請?zhí)亻_2006-340368號公報中公開的常規(guī)天線裝置具有有效地在 介電塊與接地電極之間生成電磁場的三連接盤結(jié)構(gòu)。但是，存在著對三連接盤結(jié)構(gòu)之外的 有效產(chǎn)生電磁場的新穎結(jié)構(gòu)的需求。另外，在該天線裝置中，通過調(diào)整輸入盤與第一連接盤 墊之間的距離來執(zhí)行阻抗匹配。結(jié)果，存在著對可調(diào)整的阻抗范圍的限制。

發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明的目的是提供一種不具有諸如三連接盤結(jié)構(gòu)的特殊結(jié)構(gòu)的天線裝 置，其能夠有效地在由介電材料制成的基體的表面上形成的導(dǎo)體圖案和圍繞導(dǎo)體圖案的接 地圖案之間生成電磁場，便于諧振頻率調(diào)整和輸入阻抗調(diào)整，因此能夠改善其天線特性。為了解決上述問題，根據(jù)本發(fā)明的天線裝置包括天線振子(antennaelement)和 其上安裝天線振子的印刷電路板。天線振子包括基體，其由介電材料制成并具有大致長方 體的形狀；電感調(diào)整圖案，其形成在基體的上表面和側(cè)表面上，并大致為U形；電容調(diào)整圖案，其形成在基體的上表面上，并布置為隔著預(yù)定寬度的間隙面對電感調(diào)整圖案；第一和第二端子電極，它們設(shè)置在基體的底面在縱向方向上的一端處；和第三端子電極，其設(shè)置在底 面的在縱向方向上的另一端處。印刷電路板包括絕緣基板；天線安裝區(qū)域，其為大致矩形 的絕緣區(qū)域，該絕緣區(qū)域設(shè)置在絕緣基板上，接觸絕緣基板的長邊的邊緣；接地圖案，其形 成在絕緣基板的表面上，以限定天線安裝區(qū)域的除了成為所述邊緣的邊之外的三個邊；饋 電線路，其沿著所述邊緣被引入天線安裝區(qū)域；第一至第三連接盤，其對應(yīng)于第一至第三端 子電極，并設(shè)置在天線安裝區(qū)域中；和接地清除區(qū)域，其沒有導(dǎo)體圖案，并形成在位于天線 安裝區(qū)域正下方的絕緣基板的底面和內(nèi)層上。天線振子安裝在接地圖案的第一邊和第二邊 之間，該接地圖案的第一邊和第二邊形成天線安裝區(qū)域的相對邊。電感調(diào)整圖案的一端經(jīng) 由第一端子電極和第一連接盤連接到饋電線路，而電感調(diào)整圖案的另一端經(jīng)由第二端子電 極和第二連接盤連接到接地圖案的、饋電線路的引入側(cè)上的、第一邊。第三端子電極連接到 接地圖案的第二邊。根據(jù)本發(fā)明，使包括天線振子和形成在印刷電路板上的接地圖案的整個印刷電路 板充當(dāng)天線，并使按照該方式安裝的天線振子充當(dāng)LC調(diào)整元件。具體地說，電感調(diào)整圖案 形成的回路在饋電線路處被折疊，并返回到同一位置處的接地圖案。因此，可以有效地生成 電感。利用該結(jié)構(gòu)，無需制備阻抗匹配電路，并且電感和電容還可以彼此獨立地調(diào)整。按照 該方式，可以容易地調(diào)整天線諧振頻率和輸入阻抗。在本發(fā)明中，電感調(diào)整圖案包括第一導(dǎo)體圖案，其形成在基體的上表面上，并被 定位為隔著間隙面對電容調(diào)整圖案；第二導(dǎo)體圖案，其形成在基體的與縱向方向垂直的第 一側(cè)表面上，其一端連接到第一導(dǎo)體圖案，而另一端連接到第一端子電極；以及第三導(dǎo)體圖 案，其形成在基體的第一側(cè)表面上，其一端連接到第一導(dǎo)體圖案，而另一端接地。由第一至 第三導(dǎo)體圖案形成的回路形成電感，并且優(yōu)選地通過改變回路的形狀來調(diào)整該電感。在電 感調(diào)整圖案具有這樣的結(jié)構(gòu)的情況下，可以在諧振頻率不較大地改變的情況下，簡單地通 過改變電感調(diào)整圖案的形狀，而容易地調(diào)整天線的輸入阻抗。在本發(fā)明中，電容調(diào)整圖案包括大致U形的電容調(diào)整圖案，其沿著基體的上表面 的三個邊形成。電容調(diào)整圖案與電感調(diào)整圖案的第一導(dǎo)體圖案之間的間隙形成電容，優(yōu)選 地通過改變電容調(diào)整圖案的形狀調(diào)整該電容。在電容調(diào)整圖案具有上述結(jié)構(gòu)的情況下，簡 單地通過改變電容調(diào)整圖案的形狀，而容易地改變天線的諧振頻率。在本發(fā)明中，天線安裝區(qū)域的長邊在與印刷電路板的縱向方向垂直的方向，并且 天線安裝區(qū)域的縱橫比(水平對垂直的比)優(yōu)選為1.5或更高。在天線安裝區(qū)域的縱橫比 為1.5或更高的情況下，在印刷電路板的中央部分中流動的電路可以增加，并且可以使天 線輻射效率更高。在本發(fā)明中，天線安裝區(qū)域優(yōu)選布置在距印刷電路板的縱向方向上的中央士25% 的范圍內(nèi)。根據(jù)本發(fā)明，在具有所謂接地清除型的天線安裝結(jié)構(gòu)的天線裝置中，可以維持在 印刷電路板上的接地面中流動的電流之間的均衡。因此，可以從包括天線振子的整個印刷 電路板輻射電磁波，可以利用超小型天線來獲得高輻射效率。如上所述，本發(fā)明可以提供能夠在由介電材料制成的基體的表面上形成的導(dǎo)體圖 案與圍繞該導(dǎo)體圖案的接地圖案之間有效產(chǎn)生電磁場的天線，該天線便于諧振頻率調(diào)整和 輸入阻抗匹配，因此，能夠改善其天線特性。


結(jié)合附圖，參照下面對本發(fā)明的詳細(xì)描述，本發(fā)明的上述和其他目的、特征和優(yōu)點將變得明了，在附圖中圖1是根據(jù)本發(fā)明第一實施方式的天線裝置100的結(jié)構(gòu)的示意立體圖；圖2是天線振子10的展開圖；圖3是一示意立體圖，其示出縮短了電容調(diào)整圖案12的邊的長度或者第一和第二 帶狀導(dǎo)體圖案12a和12b的長度LO的狀態(tài)；圖4是一示意立體圖，其示出了在電感調(diào)整圖案13的矩形導(dǎo)體圖案13a中形成切 口 13d的狀態(tài)；圖5A和圖5B是其上安裝有天線振子10的印刷電路板20的圖案布局的示意平面 圖，具體地說，圖5A示出了印刷電路板20的上表面20a的布局，而圖5B示出了印刷電路板 20的底面20b的布局；圖6是示出了天線安裝區(qū)域23的優(yōu)選形成位置的示意平面圖；圖7是安裝在印刷電路板20上的天線振子10的等效電路圖；圖8A至8C是示出了為檢查印刷電路板20上的電流分布所執(zhí)行的仿真的結(jié)果的 示意圖；圖9是示出了在圖8A至圖8C中例示的各位置處布置天線安裝區(qū)域23獲得的輻 射效率的曲線圖；圖10是示出了天線安裝區(qū)域的位置的示意平面圖，用于解釋當(dāng)改變天線安裝區(qū) 域時測量的天線特性；圖IlA和IlB是示出了當(dāng)改變印刷電路板上的天線安裝區(qū)域的位置時的天線特性 的測量結(jié)果的曲線圖。具體地說，圖IlA是回波損耗(returnloss)的測量結(jié)果，而圖IlB 是輻射效率的測量結(jié)果；以及圖12A和12B是示出了當(dāng)改變天線安裝區(qū)域的縱橫比時的天線特性的測量結(jié)果的 曲線圖，具體地說，圖12A是回波損耗的測量結(jié)果，而圖12B是輻射效率的測量結(jié)果。
具體實施例方式下面將參照附圖來詳細(xì)地描述本發(fā)明的優(yōu)選實施方式。圖1是根據(jù)本發(fā)明第一實施方式的天線裝置100的結(jié)構(gòu)的示意立體圖。圖2是天 線振子10的展開圖。如圖1所示，根據(jù)該實施方式的天線裝置100包括天線振子10和該天線振子10 安裝在其上的印刷電路板20。天線振子10安裝在設(shè)置在印刷電路板20的一個主要表面 (上表面)上的天線安裝區(qū)域23中。根據(jù)該實施方式的天線裝置100不是只使用天線振子 10執(zhí)行天線操作，而是與印刷電路板20上的接地圖案協(xié)作地執(zhí)行天線操作。在該意義上， 天線振子10可以是LC調(diào)整元件，用于調(diào)整包括印刷電路板20的整個天線裝置的電感分量 (L)和電容分量(C)0天線振子10包括由介電材料制成的基體11和形成在基體11上的多個導(dǎo)體圖案。 基體11具有長方體形狀，其縱向方向為Y方向。在基體11的表面中，上表面1 la、底面1 Ib以及兩個側(cè)表面IlC和Ild平行于Y方向?；w11的側(cè)表面lie和Ilf垂直于Y方向。底 面lib是相對于印刷電路板20的安裝表面。設(shè)置為基準(zhǔn)面的印刷電路板20的主表面限定 了天線振子10的垂直方向。不具體限制基體11的材料。這些材料的示例包括=Ba-Nd-Ti (相對介電常數(shù)80 到120)，Nd-Al-Ca-Ti (相對介電常數(shù)43到46)，Li-Al-Sr-Ti (相對介電常數(shù)38到41)， Ba-Ti (相對介電常數(shù)34到36) ,Ba-Mg-W (相對介電常數(shù)20到22)，Mg-Ca-Ti (相對介電常 數(shù)19到21)，藍(lán)寶石(相對介電常數(shù)9到10)，氧化鋁陶瓷(相對介電常數(shù)9到10)，堇青石 瓷(相對介電常數(shù)4到6)等。通過使用模具燒這些材料的粉末來制造基體11?？梢愿鶕?jù)目標(biāo)頻率適當(dāng)?shù)剡x擇介電材料。當(dāng)相對介電常數(shù)、較高時，可以獲得 較大的波長縮短效應(yīng)并且可以使輻射導(dǎo)體更短。但在這種情況下，輻射效率劣化。因此， 高的相對介電常數(shù)、并不總是適當(dāng)?shù)模珜δ繕?biāo)頻率存在適當(dāng)?shù)南鄬殡姵?shù)。當(dāng)目標(biāo) 頻率例如是2. 4GHz時，針對基體11優(yōu)選地使用具有大約5到30的相對介電常數(shù)ε r的材 料。通過使用這樣的材料，基體11可以制造得尺寸上較小同時保證足夠的輻射效率。作為 具有大約5到30的相對介電常數(shù)ε r的材料，優(yōu)選地使用例如Mg-Ca-Ti電介質(zhì)陶瓷。作 為Mg-Ca-Ti電介質(zhì)陶瓷，特別優(yōu)選地使用包含Ti02、MgO、CaO, MnO和SiO2的Mg-Ca-Ti電 介質(zhì)陶瓷。
如圖2所示，天線振子10上的導(dǎo)體圖案包括形成在基體11的上表面Ila上的電 容調(diào)整圖案12 ；跨越基體11的側(cè)表面(第一側(cè)表面)lie至上表面Ila —體地形成的電感 調(diào)整圖案13 ；形成在基體11的底面lib上的端子電極14至16 ；和形成在基體11的側(cè)表 面Ilf上的接地導(dǎo)體17。至少電容調(diào)整圖案12和電感調(diào)整圖案13形成導(dǎo)體圖案(天線特 性調(diào)整圖案)以調(diào)整天線特性。使用諸如絲網(wǎng)印刷或轉(zhuǎn)印的技術(shù)通過施加導(dǎo)電膠并在預(yù)定 溫度條件下烘干導(dǎo)電膠而可以形成這些導(dǎo)體圖案。導(dǎo)電膠可以是銀、銀-鈀、銀-鉬、銅等。 另選的是，導(dǎo)體圖案可以通過電鍍、濺射等形成。電容調(diào)整圖案12是形成在基體11的上表面Ila上的大致U形的導(dǎo)體圖案。電容 調(diào)整圖案12包括沿著上表面Ila的兩個長邊延伸的帶狀導(dǎo)體圖案12a和12b ；和沿著與 側(cè)表面Ilf共享的短邊延伸的帶狀導(dǎo)體圖案12c。帶狀導(dǎo)體圖案12a和12b中的每一個的 一端連接到帶狀導(dǎo)體圖案12c的兩端，帶狀導(dǎo)體圖案12a和12b中的每一個的另一端是開 放端。帶狀導(dǎo)體圖案12a和12b的開放端延伸到基體11的Y方向端部。因此，靜電電容調(diào) 整圖案12生成的電容可以最大化。但是，當(dāng)不需要使電容最大化時，這些開放端可以比基 體11的Y方向端部位于更內(nèi)側(cè)位置。電感調(diào)整圖案13包括形成在基體11的上表面Ila上的矩形導(dǎo)體圖案(第一導(dǎo) 體圖案)13a ；以及形成在基體11的側(cè)表面lie上的兩個平行的直線導(dǎo)體圖案(第二和第 三導(dǎo)體圖案)13b和13c。這些導(dǎo)體圖案形成了大致U形的導(dǎo)體圖案。直線導(dǎo)體圖案13b的 一端連接到矩形導(dǎo)體圖案13a的寬度方向的一端，直線導(dǎo)體圖案13b的另一端連接到端子 電極14。直線導(dǎo)體圖案13c的一端連接到矩形導(dǎo)體圖案13a的寬度方向的另一端，而直線 導(dǎo)體圖案13c的另一端連接到端子電極15。除了連接到第二和第三導(dǎo)體圖案13b和13c的 邊，矩形導(dǎo)體圖案13a三個邊布置為隔著具有均勻?qū)挾鹊拈g隙g面對大致U形的電容調(diào)整 圖案12。利用該結(jié)構(gòu)，在電容調(diào)整圖案12和矩形導(dǎo)體圖案13a之間形成電容，因此，這兩個 圖案可以電磁耦合。為了減小電容，應(yīng)該縮短電容調(diào)整圖案12的邊的長度或第一和第二帶狀導(dǎo)體圖案12a和12b的長度L0，如圖3所示。電感調(diào)整圖案13形成了大致U形的回路，并形成具有該結(jié)構(gòu)的電感。為了增加電 感，應(yīng)該使回路尺寸更大。為此，在矩形導(dǎo)體圖案13a中形成切口 13d，如圖4所示。切口 13d是設(shè)置在直線導(dǎo)體圖案13b和13c之間的空間的擴(kuò)展部分。利用該結(jié)構(gòu)，大致U形的電 感調(diào)整圖案13的回路尺寸變得更大，因此可以使電感更大。端子電極14至16形成在基體11的底面lib上。更具體地說，端子電極14和15 形成在底面lib的Y方向上的一端處，而端子電極16形成在其另一端。沿著底面lib的整 個寬度方向形成端子電極16，而在底面lib的寬度方向(X方向)上彼此相隔預(yù)定距離地 形成端子電極14和15。S卩，當(dāng)?shù)酌鎙ib的寬度為W時，端子電極16的寬度是W，端子電極 14和15的每一個的寬度小于W/2。在該實施方式中，在基體11的底面lib上不形成端子 電極14至16之外的任何導(dǎo)體圖案，并且基體11的底面lib的大部分是絕緣區(qū)域。接地導(dǎo)體17形成在基體11的側(cè)表面(第二側(cè)表面)Ilf的整個表面上，并使其上 端連接到電容調(diào)整圖案12。利用該結(jié)構(gòu)，電容調(diào)整圖案12和接地導(dǎo)體17形成一體的導(dǎo)體 圖案，電容調(diào)整圖案12經(jīng)由接地導(dǎo)體17連接到端子電極16。形成在基體11的各表面上的這些導(dǎo)體圖案優(yōu)選地形成為關(guān)于平行于基體11的側(cè) 表面Ilc和Ild的平面雙邊對稱。通過按照該方式形成這些導(dǎo)體圖案，即使天線振子10圍 繞垂直于基體11的上表面和底面的軸(Z軸)旋轉(zhuǎn)180度，天線振子10的導(dǎo)體圖案結(jié)構(gòu)從 印刷電路板20的邊緣來看時也大致與其不被旋轉(zhuǎn)時的形狀相同。因此，天線特性不隨著天 線振子10的定向而很大地改變，從而可以使天線設(shè)計更容易。圖5A和圖5B是其上要安裝天線振子10的印刷電路板20的圖案布局的示意平面 圖。圖5A示出了印刷電路板20的上表面20a的布局，而圖5B示出了印刷電路板20的底 面20b的布局。具體地說，圖5B透明地示出從上表面20a側(cè)觀察時的底面20b的布局。如圖5A和圖5B所示，印刷電路板20具有形成在絕緣基板21的上表面和底面上 的導(dǎo)體圖案。更具體地說，在印刷電路板20的上表面20a上設(shè)置大致矩形的天線安裝區(qū)域 23，該天線安裝區(qū)域23具有在縱向方向(Y方向)上與印刷電路板20的邊緣20e接觸的一 個邊以及由接地圖案22限定的另外3個邊。天線安裝區(qū)域23是排除接地圖案22的矩形 絕緣區(qū)域，并且在天線安裝區(qū)域23中設(shè)置3個連接盤24至26。如果天線安裝區(qū)域23布置 在印刷電路板20的邊緣20e上，從天線振子10觀察時一半空間是不存在印刷電路板(接 地圖案)的自由空間。這可以改善天線裝置100的輻射效率。連接盤24至26連接到天線振子10的端子電極14至16，并具有與相應(yīng)端子電極 14至16的寬度相同的寬度。連接盤24連接到饋電線路27，而連接盤25和26連接到最近 位置處的接地圖案22。利用連接盤的該結(jié)構(gòu)，天線振子10使Y方向上的天線安裝區(qū)域23 的兩邊上的接地圖案部分之間的短路，并充當(dāng)整個接地圖案22的LC調(diào)整元件。接地清除區(qū)域28為在平面圖中與上表面20a上的天線安裝區(qū)域23具有大致相同形狀的絕緣區(qū)域，接地清除區(qū)域28設(shè)置在印刷電路板20的底面20b上。由于在底面20b 上的接地清除區(qū)域28上未安裝任何組件，因此在接地清除區(qū)域28中未形成諸如連接盤的 任何導(dǎo)體圖案。如果印刷電路板20是多層板，則必須不僅在底面20b上而且在內(nèi)層中形成 這樣的接地清除區(qū)域28。換言之，不存在接地圖案的絕緣區(qū)域需要擴(kuò)展到天線安裝區(qū)域23 的正下方。這樣的安裝結(jié)構(gòu)被稱為“接地清除型”，而具有覆蓋天線安裝區(qū)域23的正下方區(qū)域的接地圖案的結(jié)構(gòu)被稱為“地上型(on-ground type)”。天線振子10安裝在天線安裝區(qū)域23中，天線安裝區(qū)域23比貼片天線寬，通過部 分地去除印刷電路板20上存在的接地圖案22而形成。在接地清除型的情況下，在天線振 子10的下方什么都不安裝，所以要保證大的基板區(qū)域。但是，由于根本不存在接地面，因而 可以降低天線(基體)的高度。另一方面，在地上型的情況下，在安裝面上和在安裝面的下 方存在的區(qū)域上存在接地面。盡管天線振子的高度大于接地清除型的情況下的高度，但多 層板的底面可以用作組件安裝區(qū)域，而多層板的上表面作為天線安裝面，內(nèi)層作為接地圖 案層。天線安裝區(qū)域23是在垂直于印刷電路板20的縱向方向的方向(X方向)上延伸 的矩形區(qū)域。其中Wa表示天線安裝區(qū)域23的各長邊的長度，而Wb表示天線安裝區(qū)域23 的各短邊的長度，優(yōu)選滿足下面的關(guān)系Wa/Wb ^ 1. 5。更具體地說，其中短邊的長度Wb為 3毫米，長邊的長度Wa優(yōu)選地為4. 5毫米或更大。通過將天線安裝區(qū)域23的縱橫比設(shè)置 為1.5或更高，可以增加在印刷電路板20的中央部分中流動的電流。因此，可以使天線的 輻射效率更高，更具體地說，可以保證50%或更高的輻射效率。圖6是示出了天線安裝區(qū)域23的優(yōu)選形成位置的示意平面圖。如圖6所示，天線安裝區(qū)域23與印刷電路板20的在縱向方向(Y方向)延伸的邊 緣20e接觸。在該情況下，天線安裝區(qū)域23設(shè)置距印刷電路板20的縱向方向上的中點(基 準(zhǔn)點)P±25%的范圍內(nèi)。天線安裝區(qū)域23的基準(zhǔn)點也可是印刷電路板20的短邊的中點。 按照該方式，當(dāng)天線安裝區(qū)域23設(shè)置在距印刷電路板20的其縱向方向上的中點(基準(zhǔn)點) P士25%的范圍內(nèi)時，當(dāng)從天線安裝區(qū)域23觀察時，可以保持印刷電路板20在其縱向方向 上的兩個邊上的區(qū)域中流動的電流之間的均衡。因此，可以使輻射效率更高，更具體地說， 可以保證50%或更高的輻射效率。如圖1所示，當(dāng)天線振子10安裝在印刷電路板20時，從電感調(diào)整圖案13分支的 直線導(dǎo)體圖案13b的一端經(jīng)由連接盤24連接到饋電線路27，而直線導(dǎo)體圖案13c的一端經(jīng) 由連接盤25連接到接地圖案22。接地導(dǎo)體17的下端經(jīng)由連接盤26連接到接地圖案22。 結(jié)果，天線振子10安裝在印刷電路板20上，使限定天線安裝區(qū)域23的兩個相對邊23a和 23b的接地圖案的一個部分和另一部分之間短路。從饋電線路27向連接到饋電線路27的電感調(diào)整圖案13供應(yīng)饋電電流II。饋電 電流Il接著經(jīng)由電感調(diào)整圖案13流入接地圖案22。由于從饋電線路27延伸的回路上的 電感調(diào)整圖案13連接到與饋電線路27在相同方向延伸的接地圖案22，可以有效地生成電 感。另外，由于電感調(diào)整圖案13的矩形導(dǎo)體圖案13a經(jīng)由間隙g電容性地耦合到電容調(diào)整 圖案12，隨著饋電電流Il變化的介電電流12流入電容調(diào)整圖案12。介電電流12接著經(jīng) 由接地導(dǎo)體17流入印刷電路板20上的接地圖案22，并作為來自整個接地圖案的電磁波被 輻射。下面，詳細(xì)地描述通過使用印刷電路板20上的整個接地圖案來形成電磁場的原 因。在藍(lán)牙天線的情況下，例如諧振頻率f為2. 43GHz (諧振波長λ = 12. 35厘米)， 并且需要的帶寬BW為3. 5%。在通過使用2. OmmX 1. 2mmX 1. Omm的基體而構(gòu)成具有2毫米 天線長度L的藍(lán)牙天線的情況下，天線長度L的波長比(a)滿足a = 2JiL/X = 0.1023。在輻射效率(n)為0.5(η = 0.5，輻射效率為50% )的情況下，Q因子(Q)滿足Q = n (l+3a2)/a3(l+a2) = 476. 8365。另夕卜，在 VSWR(S)為 2 (S = 2)的情況下，帶寬(Bff)被計算為(3-1>100/(7^0)[%]并且冊=0.1%。即，當(dāng)藍(lán)牙天線的長度為2(L = 2)時，天線不能滿足帶寬3.5%。如上所述，天線長度L小于λ /2 π的非常小的貼片天線理論上不能獲得比單天線 振子利用上述公式所獲得的天線特性更好的天線特性。因此，對于非常小的貼片天線十分 重要的是允許整個接地圖案22有效充當(dāng)天線，利用流入印刷電路板20上的接地圖案22的 電流。圖7是安裝在印刷電路板20上的天線振子10的等效電路圖。如圖7所示，天線振子10是插入饋電線路與地之間的LC并聯(lián)電路。電容Cl主要 由電容調(diào)整圖案22與電感調(diào)整圖案13的矩形導(dǎo)體圖案之間的間隙g形成的，電感Ll是通 過電感調(diào)整圖案13的回路形成。在該等效電路中，天線的諧振頻率可以通過調(diào)整電容Cl而 改變。當(dāng)間隙寬度變小時，電容Cl變大，而諧振頻率變低。當(dāng)間隙寬度變大時，電容Cl變 小，而諧振頻率變高。此外，天線裝置100的輸入阻抗可以通過調(diào)整電感Ll來改變，而不改 變諧振頻率。當(dāng)電感圖案13的回路尺寸變大時，電感Ll變大，而輸入阻抗也變大。當(dāng)電感 圖案13的回路尺寸變小時，電感Ll變小，而輸入阻抗也變小。圖8A至8C是示出了為檢查印刷電路板20上的電流分布所執(zhí)行的仿真的結(jié)果的 圖案圖。圖8A示出了天線安裝區(qū)域23位于基準(zhǔn)點P(0%)處(實例XI)的情況下獲得的 結(jié)果，圖8B示出了天線安裝區(qū)域23位于-25%的位置處(實例X2)的情況下獲得的結(jié)果， 而圖8C示出了天線安裝區(qū)域23位于印刷電路板20的短邊的中點處(實例X3)的情況下 獲得的結(jié)果。待通過仿真評價的印刷電路板20具有形成在除天線安裝區(qū)域23之外的整個 基板表面上的接地圖案。圖中的箭頭指示電流流動的方向，箭頭的色調(diào)指示電流的強(qiáng)度，較 黑的箭頭指示較大的電流，較淺的箭頭指示較小的電流。如圖8A所示，當(dāng)天線安裝區(qū)域23位于基準(zhǔn)點P處時，印刷電路板20上的電流分 布表明，從天線安裝區(qū)域23看，沿印刷電路板20的縱向方向的右側(cè)區(qū)域和左側(cè)區(qū)域中流動 的電流之間保持均衡。因此，可以從包括天線振子10的整個印刷電路板更有效地輻射電磁波。另一方面，如圖8B所示，當(dāng)天線安裝區(qū)域23位于_25%的位置處時，印刷電路板 20上的電流分布表明，印刷電路板20的包括天線安裝區(qū)域23的左半部分中的電流分布與 其余的右半部分中的電流分布有很大不同。左半部分中的電流強(qiáng)度較高而在右半部分中較 低。由于從天線安裝區(qū)域23看，沿印刷電路板20的縱向方向的右側(cè)區(qū)域中流動的電流和 左側(cè)區(qū)域中流動的電流之間未保持均衡，可容易地預(yù)測到電磁波輻射效率降低。此外，如圖8C所示，當(dāng)天線安裝區(qū)域23接觸印刷電路板20的短邊并位于短邊的 中點處時，從天線安裝區(qū)域23看，電流分布在右側(cè)區(qū)域與左側(cè)區(qū)域之間保持均衡。但是，遠(yuǎn) 離天線安裝區(qū)域23的區(qū)域中流動的電流的強(qiáng)度很低。因此，很難有效地從整個基板輻射電 磁波，該輻射效率被認(rèn)為低于在圖8A中例示的情況下獲得的輻射效率。圖9是示出了通過分別在圖8A至圖8C中例示的各位置處布置天線安裝區(qū)域23 而獲得的輻射效率的曲線圖。如圖9所示，在天線安裝區(qū)域23位于圖8A所示的位置處的實例Xl的情況下，天線的輻射效率最高。例如，在接近2. 43GHz的頻率時輻射效率為大約0.8。在天線安裝區(qū)域 23位于圖8C所示的位置處的實例X3的情況下，輻射效率為第二高，大約0. 73。在天線安 裝區(qū)域23位于圖8B所示的位置處的實例X2的情況下，輻射效率最低。如上所述，在根據(jù)該實施方式的天線裝置100中，天線振子10布置在天線安裝區(qū) 域23內(nèi)，該天線安裝區(qū)域23是印刷電路板20的安裝面的一側(cè)上的接地清除區(qū)域，并且在 天線振子10正下方不存在接地圖案。利用該結(jié)構(gòu)，包括天線振子10的整個印刷電路板20 可以充當(dāng)天線。具體地說，有效地在由介電材料制成的基體11的表面上形成的導(dǎo)體圖案和 圍繞該導(dǎo)體圖案的接地圖案之間產(chǎn)生電磁場，因此，可以改善天線特性。為了使整個印刷電 路板充當(dāng)天線，調(diào)整諧振頻率和輸入阻抗是很重要的。但在該實施方式中，通過改變天線振 子10上的電容調(diào)整圖案12和電感調(diào)整圖案13的形狀而可以容易和獨立地執(zhí)行這樣的調(diào)整根據(jù)該實施方式，天線安裝區(qū)域23形成有長的矩形區(qū)域，該區(qū)域在垂直于印刷電 路板20的縱向方向的方向上延伸，并且天線安裝區(qū)域23的縱橫比為1.5或更高。因此，可 以增加印刷電路板20的中央?yún)^(qū)域中流動的電流，并可以保證50%或更高的輻射效率。此外，根據(jù)該實施方式，天線安裝區(qū)域23與沿著印刷電路板20的縱向方向(Y 方向)延伸的邊緣20e接觸，并布置在距印刷電路板20縱向方向上的中央點(基準(zhǔn)點) P士25%的范圍內(nèi)。因此，可以更有效地在由介電材料制成的基體的表面上形成的導(dǎo)體圖案 和圍繞該導(dǎo)體圖案的接地圖案之間產(chǎn)生電磁場，因此，可以進(jìn)一步改善天線特性。此外，根據(jù)該實施方式，采用了接地清除型的天線安裝結(jié)構(gòu)。利用該結(jié)構(gòu)，即使減 小基體11的高度，輻射效率也不會如地上型的情況下那樣地變低。因此，可以降低天線體 的高度。參照具體實施方式
這樣示出和描述了本發(fā)明，但是應(yīng)該注意，本發(fā)明決不限于描 述的結(jié)構(gòu)的細(xì)節(jié)，而是在不脫離所附權(quán)利要求的范圍的情況下可以進(jìn)行改變和變型。例如，基體11可以具有大致長方體形狀，盡管上述實施方式中使用長方體的基體 11。只要在基體的各表面上形成上述導(dǎo)體圖案，基體11的角部可以切掉，或者基體11可以 是局部中空的。另外，印刷電路板20例如可以不是完全矩形的平板，而可以具有在邊緣或 角上形成的切口。
實施例(實施例1)改變天線安裝區(qū)域在印刷電路板上的位置，并同時測量天線特性。印刷電路板的 尺寸是80mmX37mmX lmm,天線安裝區(qū)域的尺寸是3. OmmX 4. 5mm,天線振子的貼片尺寸是 2. OmmX 1. 2mmX 1. 0mm。如圖10所示，實例Sl具有位于距電路板的基準(zhǔn)點50%的位置處 或位于電路板的角部處的天線安裝區(qū)域。實例S2具有位于電路板的基準(zhǔn)點(0%)處的天 線安裝區(qū)域，實例S3具有位于距電路板的基準(zhǔn)點25%的位置處或位于電路板的基準(zhǔn)點與 角部之間的中點處的天線安裝區(qū)域，實例S4具有位于距電路板的基準(zhǔn)點37. 5%的位置處 或位于實例Sl的天線安裝區(qū)域與實例S3的天線安裝區(qū)域之間的中點處的天線安裝區(qū)域。 天線振子的基體的相對介電常數(shù)ε r為37，并可以調(diào)整天線振子上的導(dǎo)體圖案以使得實例 Sl至S4中每一個的諧振頻率成為2. 43GHz，而輸入阻抗成為50 Ω。此后，利用網(wǎng)絡(luò)分析器通過信號線施加2. 3GHz至2. 6GHz之間的信號，并測量天線裝置的回波損耗(return loss) 和輻射效率。圖IlA和IlB示出了測量結(jié)果。如圖IlA所示，實例Sl至S4中每一個的回波損耗在2. 43GHz左右的頻率處成為 最小。具體地說，實例S2具有最小的回波損耗，其余按順序是實例S3、實例S4和實例Si。 另外，曲線圖示出了 只有實例S2未被包括在由邊界線“spec”限定的區(qū)域中，該邊界線確 定是否滿足了希望頻帶中的回波損耗為_6dB或更小的要求。該曲線圖還示出，實例S3剛 剛滿足該要求。如圖IlB所示，實例Sl至S4中每一個的輻射效率在2. 43GHz左右的頻率處成為最高。具體地說，實例S2具有最高的輻射效率，其余按順序是實例S3、實例S4和實例Si。 另外，曲線圖示出了 只有實例S2未被包括在由邊界線“spec”限定的區(qū)域中，該邊界線確 定是否滿足希望頻帶中的輻射效率為_3dB(50%)或更高的要求。該曲線圖還示出，實例 S3剛剛滿足該要求。(示例 2)改變天線安裝區(qū)域的縱橫比并同時測量天線特性。印刷電路板的尺寸是 80mmX37mmXlmm，并且天線安裝區(qū)域位于印刷電路板的縱向方向上的基準(zhǔn)點(0%)處。 天線安裝區(qū)域的尺寸(WaXWb，圖5A中示出)在實例S5中是3mmX5mm，在實例S6中是 3mmX 4. 5mm，在實例S7中是3mmX4mm。天線振子的貼片尺寸是2. OmmX 1. 2mmX 1. 0mm,而 天線振子的基體的相對介電常數(shù)、為37。調(diào)整天線振子上的導(dǎo)體圖案，以使得實例S5至 S7中每一個的諧振頻率成為2. 43GHz，而輸入阻抗成為50 Ω。此后，利用網(wǎng)絡(luò)分析器通過信 號線施加2. 3GHz至2. 6GHz之間的信號，并測量天線裝置的回波損耗和輻射效率。圖12A 和12B示出了測量結(jié)果。如圖12A所示，實例S5至S7每一個的回波損耗在2. 43GHz左右的頻率處成為最 小。具體地說，實例S5具有最小的回波損耗，其余按順序是實例S6和實例S7。另外，曲線 圖示出實例S5和實例S6未被包括在由邊界線“spec”限定的區(qū)域中，該邊界線確定是否 滿足在希望頻帶中回波損耗為_6dB或更小的要求。該曲線圖還示出，實例S7不能滿足該 要求。如圖12B所示，實例S5至S7每一個的輻射效率在2. 43GHz左右的頻率處成為最 高。具體地說，實例S5具有最高的輻射效率，其余按順序是實例S6和實例S7。另外，曲線 圖示出，實例S5和實例S6未被包括在由邊界線“spec”限定的區(qū)域中，該邊界線確定是否 滿足在希望頻帶中輻射效率為_3dB(50%)或更高的要求。該曲線圖還示出，實例S7不能 滿足該要求。
權(quán)利要求
一種天線裝置，該天線裝置包括天線振子；以及安裝了所述天線振子的印刷電路板，其中所述天線振子包括基體，其由介電材料制成并具有大致長方體的形狀；電感調(diào)整圖案，其形成在所述基體的上表面和側(cè)表面上，并且大致為U形；電容調(diào)整圖案，其形成在所述基體的所述上表面上，并被布置為隔著預(yù)定寬度的間隙面對所述電感調(diào)整圖案；第一端子電極和第二端子電極，它們設(shè)置在所述基體的底面的縱向方向上的一端處；和第三端子電極，其設(shè)置在所述底面的所述縱向方向上的另一端處，所述印刷電路板包括絕緣基板；天線安裝區(qū)域，其為大致矩形的絕緣區(qū)域，設(shè)置在所述絕緣基板的表面上，接觸所述絕緣基板的長邊的邊緣；接地圖案，其形成在所述絕緣基板的表面上，以限定所述天線安裝區(qū)域的除了成為所述邊緣的邊之外的三個邊；饋電線路，其沿著所述邊緣被引入所述天線安裝區(qū)域；第一連接盤至第三連接盤，它們對應(yīng)于所述第一端子電極至第三端子電極，并設(shè)置在所述天線安裝區(qū)域中；和接地清除區(qū)域，其沒有導(dǎo)體圖案，并形成在所述絕緣基板的位于所述天線安裝區(qū)域正下方的底面和內(nèi)層上，所述天線振子安裝在所述接地圖案的第一邊和第二邊之間，所述接地圖案的第一邊和第二邊形成了所述天線安裝區(qū)域的相對兩邊，所述電感調(diào)整圖案的一端經(jīng)由所述第一端子電極和所述第一連接盤連接到所述饋電線路，所述電感調(diào)整圖案的另一端經(jīng)由所述第二端子電極和所述第二連接盤連接到所述接地圖案的、在所述饋電線路的引入側(cè)上的所述第一邊，以及所述第三端子電極連接到所述接地圖案的所述第二邊。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的天線裝置，其中 所述電感調(diào)整圖案包括第一導(dǎo)體圖案，其形成在所述基體的所述上表面上，并布置為隔著間隙面對所述電容 調(diào)整圖案；第二導(dǎo)體圖案，其形成在所述基體的與所述縱向方向垂直的第一側(cè)表面上，其一端連 接到所述第一導(dǎo)體圖案，而另一端連接到所述第一端子電極；以及第三導(dǎo)體圖案，其形成在所述基體的所述第一側(cè)表面上，其一端連接到所述第一導(dǎo)體 圖案，而另一端接地，由所述第一導(dǎo)體圖案至第三導(dǎo)體圖案形成的回路形成電感，并且通過改變所述回路的 形狀來調(diào)整所述電感。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的天線裝置，其中，所述第二導(dǎo)體圖案和所述第三導(dǎo)體圖案彼此平行。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的天線裝置，其中，所述第一導(dǎo)體圖案具有切口，該切口是設(shè)置 在所述第二導(dǎo)體圖案和所述第三導(dǎo)體圖案之間的空間的延伸部分。
5.根據(jù)權(quán)利要求2至4中任一項所述的天線裝置，其中所述電容調(diào)整圖案包括大致U形的導(dǎo)體圖案，所述大致U形的導(dǎo)體圖案沿著所述基體 的所述上表面的三個邊形成，所述電容調(diào)整圖案與所述電感調(diào)整圖案的所述第一導(dǎo)體圖案之間的所述間隙形成電 容，并且通過改變所述電容調(diào)整圖案的形狀可調(diào)整所述電容。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的天線裝置，其中所述電容調(diào)整圖案包括兩個帶狀導(dǎo)體圖案，該兩個帶狀導(dǎo)體圖案平行于所述基體的所 述上表面的長邊，并且所述帶狀導(dǎo)體圖案的開放端延伸到所述基體的所述縱向的端部。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的天線裝置，其中所述電容調(diào)整圖案包括兩個帶狀導(dǎo)體圖案，該兩個帶狀導(dǎo)體圖案平行于所述基體的所 述上表面的長邊，并且所述帶狀導(dǎo)體圖案的開放端位于比所述基體的所述縱向的端部更內(nèi)側(cè)的位置。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的天線裝置，其中所述天線安裝區(qū)域的長邊的方向垂直于所述印刷電路板的縱向方向，并且所述天線安 裝區(qū)域的縱橫比為1. 5或更高。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的天線裝置，其中所述天線安裝區(qū)域被布置在距所述印刷電路板的所述縱向方向上的中央士25%的范 圍內(nèi)。
全文摘要
本發(fā)明涉及天線裝置。天線裝置設(shè)置有天線振子，該天線振子包括基體、形成在基體的上表面和側(cè)表面上并具有大致U形的電感調(diào)整圖案、形成在基體的上表面上并布置為面對電感調(diào)整圖案的電容調(diào)整圖案、以及設(shè)置在基體的底面上的第一和至第三端子電極。天線振子安裝在接地圖案的第一邊和第二邊之間，接地圖案的第一邊和第二邊形成了所述天線安裝區(qū)域的相對邊。電感調(diào)整圖案的一端連接到饋電線路，其另一端連接到接地圖案的第一邊，第三端子電極連接到接地圖案的第二邊。
文檔編號H01Q1/48GK101820101SQ20101012615
公開日2010年9月1日 申請日期2010年2月26日 優(yōu)先權(quán)日2009年2月27日
發(fā)明者下田秀昭, 柴田哲也, 鈴木圭 申請人:Tdk株式會社