天线的制作方法

本发明涉及一种天线。

背景技术

以往，公知有一种天线，该天线包括：接地平面；第1谐振器，其连接于以所述接地平面为基准的馈电点；以及第2谐振器，其由所述第1谐振器通过电磁场耦合以非接触的方式馈电。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特许第5686221号公报

技术实现要素：

发明要解决的问题

在第2谐振器具有第1导体部和隔着间隙与第1导体部电容耦合的第2导体部的形态中，在固定了谐振频率的情况下，通过缩小该间隙，夹着该间隙的电容耦合部的电容增加，因此，能够使天线小型化。然而，存在越缩小该间隙则天线的辐射效率越下降的情况。

于是，本发明的一技术方案的目的在于提供一种能够兼顾小型化和辐射效率的提高的天线。

用于解决问题的方案

为了达成上述目的，根据本发明的一技术方案，提供一种天线，

该天线包括：

接地平面；

第1谐振器，其连接于以所述接地平面为基准的馈电点；以及

第2谐振器，其由所述第1谐振器通过电磁场耦合以非接触的方式馈电，

所述第2谐振器具有第1导体部和隔着间隙与所述第1导体部电容耦合的第2导体部，

形成有所述第2谐振器的基材部的介电损耗角正切大于0且是0.01以下。

发明的效果

根据本发明，由于形成有所述第2谐振器的基材部的介电损耗角正切大于0且是0.01以下，因此，即使缩小该间隙，也能够使辐射效率提高。因而，能够兼顾天线的小型化和辐射效率的提高。

附图说明

图1是表示天线的模拟模型的结构的一例子的立体图。

图2是以俯视基材部的方式表示电容耦合部的面配置结构的一例子的图。

图3是以俯视基材部的方式表示电容耦合部的面配置结构的另一例子的图。

图4是以俯视基材部的方式表示电容耦合部的面配置结构的又一例子的图。

图5是表示电容耦合部的层叠配置结构的一例子的图。

图6是表示电容耦合部的层叠配置结构的一例子的图。

图7是表示电容耦合部的层叠配置结构的一例子的图。

图8是表示电容耦合部的层叠配置结构的一例子的图。

图9是以俯视的方式表示天线的模拟时的结构的一例子的图。

图10是表示天线的模拟时的层叠结构的一例子的图。

图11是表示辐射元件和馈电元件的模拟时的结构的一例子的图。

图12是表示电容耦合部的间隙长度与谐振频率之间的关系的一例子的图。

图13是表示介电损耗角正切与辐射效率之间的关系的一例子的图。

图14是示意性地表示在实际的电子设备的样品上搭载的天线的结构的一例子的剖视图。

图15是示意性地表示图14所示的天线中、辐射元件的周边部的剖视图。

图16是以相对于薄膜而言自导体带侧的视点表示图15所示的部分的俯视图。

图17是以俯视的方式表示图14所示的天线的图。

图18是以俯视的方式表示图17所示的天线的辐射元件和导体带的图。

图19是以俯视的方式表示图17所示的天线的馈电元件的图。

图20是表示各材料的相对介电常数和介电损耗角正切的图。

图21是表示对根据薄膜的材料的不同的合计效率进行实际测量得到的结果的一例子的图。

图22是表示对根据薄膜的材料的不同的反射系数进行实际测量得到的结果的一例子的图。

图23是表示以模拟计算图9～图11所示的天线的结构中、馈电元件与辐射元件之间的距离和辐射效率之间的关系得到的结果的一例子的图。

具体实施方式

以下，参照附图说明本发明的实施方式。

图1是表示一实施方式所涉及的天线25的模拟模型的结构的一例子的立体图。天线25搭载于电子设备。电子设备使用天线25进行无线通信。

搭载天线25的电子设备例如是指无线通信模块、固定型电视机或个人电脑等显示设备本身、搭载于显示设备的装置、移动体本身或者搭载于移动体的装置。作为移动体的具体例，可列举可携带的便携式终端装置、汽车等车辆、机器人等。作为便携式终端装置的具体例，可列举移动电话、智能电话、计算机、游戏机、电视机、音乐播放器或视频播放器、可穿戴式设备等。作为可穿戴式设备的具体的形态，可列举手表型、悬挂型、眼镜型等。

天线25例如与蓝牙(注册商标)等无线通信标准、ieee802.11ac等无线lan(localareanetwork局域网)标准相对应。天线25与利用接地14的传输线路的终端12连接。

作为传输线路的具体例，可列举微带线、带线、带接地平面的共面波导(在与形成有信号线的导体面相反的一侧的表面配置有接地平面而成的共面波导)、共面带线等。

天线25包括接地14、馈电元件21以及辐射元件22。

接地14为接地平面的一例子。接地外缘14a为接地14的直线的外缘的一例子。接地14例如为在与xy平面平行的基板13形成的接地图案。

基板13为以电介质为主要成分的构件。作为基板13的具体例，可列举fr4(flameretardanttype，阻燃剂型4)基板。基板13可以是具有挠性的柔性基板。基板13具有第1基板表面和与第1基板表面相反的一侧的第2基板表面。例如，在第1基板表面安装有电子电路，在第2基板表面形成有接地14。另外，接地14既可以形成于第1基板表面，也可以形成于基板13的内部。

安装于基板13的电子电路例如为包含经由天线25接收信号的接收功能和经由天线25发送信号的发送功能中的至少一个功能的集成电路。电子电路例如由ic芯片来实现。

馈电元件21为连接于以接地平面为基准的馈电点的第1谐振器的一例子。馈电元件21连接于传输线路的终端12。终端12为以接地14为接地基准的馈电点的一例子。

馈电元件21既可以配置于基板13，也可以配置于基板13以外的部位。在馈电元件21配置于基板13的情况下，馈电元件21例如为在基板13的第1基板表面形成的导体图案。

馈电元件21向自接地14分开的方向延伸，并连接于以接地14为接地基准的馈电点(终端12)。馈电元件21为相对于辐射元件22能够以非接触的方式高频地耦合而馈电的线状导体。在附图中，例示有由向与接地外缘14a成直角的方向延伸的直线状导体和与接地外缘14a并行地延伸的直线状导体形成为l字状的馈电元件21。在附图的情况下，馈电元件21以终端12为起点自端部21a延伸后在曲折部21c弯折，并延伸到顶端部21b。顶端部21b为没有连接其他的导体的开放端。在附图中，例示出l字状的馈电元件21，但馈电元件21的形状还可以是直线状、曲折状、环状等其他的形状。

辐射元件22为接近第1谐振器的第2谐振器的一例子。辐射元件22例如自馈电元件21分开配置，通过馈电元件21谐振从而作为辐射导体发挥功能。辐射元件22例如通过与馈电元件21电磁场耦合从而以非接触的方式被馈电而作为辐射导体发挥功能。电磁场耦合是指利用电磁波进行的非接触耦合。

辐射元件22具有以沿着接地外缘14a的方式延伸的导体部分。在附图中，作为导体部分示出有导体元件41、51、52。导体部分位于自接地外缘14a分开的位置。由于辐射元件22具有沿着接地外缘14a延伸的导体部分，因此，例如能够容易地调整天线25的指向性。

馈电元件21和辐射元件22例如以彼此能够电磁场耦合的距离分开配置。辐射元件22具有自馈电元件21接受馈电的馈电部。在附图中，作为馈电部而示出有第1导体元件41。辐射元件22在馈电部经由馈电元件21通过电磁场耦合以非接触的方式馈电。通过这样地馈电，辐射元件22作为天线25的辐射导体发挥功能。

辐射元件22由馈电元件21通过电磁场耦合以非接触的方式馈电，由此，使与半波长偶极天线相同的谐振电流(在一侧的顶端部23与另一侧的顶端部24之间以驻波状分布的电流)在辐射元件22上流动。即，辐射元件22由馈电元件21通过电磁场耦合以非接触的方式馈电，由此作为偶极天线发挥功能。

辐射元件22具有第1导体元件41、第2导体元件51以及第3导体元件52。第2导体元件51为第1导体部的一例子。第3导体元件52为第2导体部的一例子。

第1导体元件41具有连接于第2导体元件51的一端和连接于第3导体元件52的另一端。第2导体元件51相对于第1导体元件41在该一端折返并延伸，第3导体元件52相对于第1导体元件41在该另一端折返并延伸。

第2导体元件51的第1顶端部23和第3导体元件52的第2顶端部24隔着间隙60分开。也就是说，辐射元件22的形状为在间隙60开放的开环，辐射元件22为具有间隙60的开环谐振天线。第2导体元件51所具有的第1顶端部23为辐射元件22的一侧的顶端部，第3导体元件52所具有的第2顶端部24为辐射元件22的另一侧的顶端部。

在本实施方式中，第2导体元件51和第3导体元件52隔着间隙60电容耦合。在图1的情况下，第1顶端部23和第2顶端部24隔着间隙60电容耦合。也就是说，辐射元件22具有由第1顶端部23和第2顶端部24隔着间隙60而成的电容耦合部。

第1顶端部23和第2顶端部24在第2导体元件51和第3导体元件52的各自的长度方向上相对。间隙60在该长度方向上形成于第1顶端部23与第2顶端部24之间。

辐射元件22设于介电性的基材部30。基材部30例如为具有平面部的基板。辐射元件22的一部分或辐射元件22的全部既可以设于基材部30的表面，也可以设于基材部30的内部。

在固定了辐射元件22的谐振频率的情况下，间隙60的间隙长度越短，则由第2导体元件51和第3导体元件52隔着间隙60而成的电容耦合部的电容越增加，因此，能够使辐射元件22小型化。利用辐射元件22的小型化，能够使天线25小型化。间隙60以直线形成，但还可以以梳状的叉指构造(日语：インターディジタル構造)形成。

然而，在辐射元件22的电容耦合部的间隙长度变短时，天线25的辐射效率η劣化。辐射效率η表示辐射功率相对于向天线25的馈电功率(日语：供給電力)的比率。辐射效率η的劣化起因于形成有辐射元件22的基材部30的介电损耗角正切(tanδ)。

于是，在本实施方式中，基材部30的介电损耗角正切(tanδ)设定为大于0且是0.01以下。由此，在固定了辐射元件22的谐振频率的情况下，即使缩小间隙60，相比于tanδ大于0.01的情况，也能够使辐射效率η提高。因而，能够兼顾天线25的小型化和辐射效率η的提高。

而且，在将天线25所发送或所接收的电波的波长设为λ时，馈电元件21与辐射元件22之间的最短距离大于0且是0.117×λ以下，在兼顾天线25的小型化和辐射效率η的提高的方面是优选的。更优选是0.07×λ以下，进一步优选是0.04×λ以下。

图2是以俯视基材部30的方式表示电容耦合部的面配置结构的一例子的图，以自基材部30的第1表面33的法线方向的视点表示。第1表面33的法线方向为与z轴(参照图1)平行的方向。辐射元件22和间隙60位于第1表面33上。第1顶端部23和第2顶端部24在第2导体元件51和第3导体元件52的各自的元件宽度方向上相对。间隙60在该元件宽度方向上形成于第1顶端部23与第2顶端部24之间。

图3是以俯视基材部30的方式表示电容耦合部的面配置结构的另一例子的图，以自基材部30的第1表面33的法线方向的视点表示。辐射元件22和间隙60位于第1表面33上。第1顶端部23和第2顶端部24在第2导体元件51和第3导体元件52的各自的长度方向上相对。间隙60在该长度方向上形成于第1顶端部23与第2顶端部24之间。第1顶端部23相对于第2导体元件51的长度方向呈直角弯曲，第2顶端部24相对于第3导体元件52的长度方向呈直角弯曲。

图4是以俯视基材部30的方式表示电容耦合部的面配置结构的又一例子的图，以自基材部30的第1表面33的法线方向的视点表示。辐射元件22和间隙60位于第1表面33上。天线25包括位于第1表面33上的第4导体元件26。第4导体元件26为第3导体部的一例子。第4导体元件26隔着间隙60与第2导体元件51和第3导体元件52电容耦合。

第1顶端部23和第2顶端部24在第2导体元件51和第3导体元件52的各自的长度方向上相对，并隔着第1间隙60电容耦合。第1间隙60在该长度方向上形成于第1顶端部23与第2顶端部24之间。

第2导体元件51的第1顶端部23和第4导体元件26的一侧的顶端部在第2导体元件51和第4导体元件26的各自的元件宽度方向上相对，并隔着第2间隙60电容耦合。第2间隙60在该元件宽度方向上形成于第1顶端部23与该一侧的顶端部之间。

第3导体元件52的第2顶端部24和第4导体元件26的另一侧的顶端部在第3导体元件52和第4导体元件26的各自的元件宽度方向上相对，并隔着第3间隙60电容耦合。第3间隙60在该元件宽度方向上形成于第2顶端部24与该另一侧的顶端部之间。

根据图2～图4的结构，第1顶端部23和第2顶端部24与具有0.01以下的介电损耗角正切的基材部30的第1表面33接触，因此，辐射效率η的相对于缩短了间隙60的间隙长度后的长度的提高程度增加。

图5～图8是表示电容耦合部的层叠配置结构的一例子的图。图5～图8中的(a)是表示与层叠方向平行的截面的一例子的图。图5～图8中的(b)是表示基材部30的第1表面33侧的结构的一例子的图。图5～图8中的(c)是表示基材部30的第2表面34侧的结构的一例子的图。第2表面34是与第1表面33相反的一侧的表面。

在图5中，第2导体元件51、第3导体元件52以及间隙60位于第1表面33上。第1导体元件41位于第2表面34上。第1顶端部23和第2顶端部24在第2导体元件51和第3导体元件52的各自的长度方向上相对。间隙60在该长度方向上形成于第1顶端部23与第2顶端部24之间。

第1导体元件41具有经由第1通路31与第2导体元件51的第1外侧端部连接的一端和经由第2通路32与第3导体元件52的第2外侧端部连接的另一端。第1通路31和第2通路32贯通基材部30。

根据图5的结构，第1顶端部23和第2顶端部24与具有0.01以下的介电损耗角正切的基材部30的第1表面33接触，因此，辐射效率η的相对于缩短了间隙60的间隙长度后的长度的提高程度增加。

在图6中，第3导体元件52位于第1表面33上。第2导体元件51和间隙60位于基材部30的内部。第1导体元件41位于第2表面34上。第1顶端部23和第2顶端部24在第2导体元件51和第3导体元件52的各自的元件宽度方向上相对。间隙60在该元件宽度方向上形成于第1顶端部23与第2顶端部24之间。

在图7中，第1顶端部23相对于第2导体元件51的长度方向呈直角弯曲，第2顶端部24相对于第3导体元件52的长度方向呈直角弯曲。间隙60具有位于基材部30的第1表面33上的部分和位于基材部30的内部的部分。

在图8中，第4导体元件26隔着间隙60与第2导体元件51和第3导体元件52电容耦合。与图4的情况相同地形成有三处间隙60。各间隙60位于基材部30的内部。

根据图6～图8的结构，由于间隙60位于基材部30的内部(介电损耗角正切为0.01以下)，因此，辐射效率η的相对于缩短了间隙60的间隙长度后的长度的提高程度增加。

图9是以俯视的方式表示天线25的模拟时的结构的一例子。图10是表示天线25的模拟时的层叠结构的一例子的图。馈电元件21和接地14配置于馈电元件层16，辐射元件22和基材部30配置于辐射元件层15。图11是表示辐射元件22和馈电元件21的模拟时的结构的一例子的图。

在图9～图11中，对于本模拟时的各部分的尺寸，将单位设为mm，于是设为：

l11：40；

l12：60；

l13：20；

l14：2；

l15：14；

l16：15.5；

l17：2.5；

l18：1.9；

l19：1.7；

l20：2.9。

图12是表示根据基材部30的介电损耗角正切(＝tanδ)的不同的、电容耦合部的间隙长度与谐振频率之间的关系的图。横轴的gap表示第1顶端部23与第2顶端部24之间的间隙60的间隙长度。纵轴的谐振频率表示天线25的谐振频率。如图12所示，即使将介电损耗角正切从0.0001变化到0.1，只要是同一间隙长度，谐振频率就几乎不产生变化。

图13是表示根据间隙60的间隙长度的不同的、介电损耗角正切与辐射效率η之间的关系的一例子的图。图13表示间隙长度gap为0.05mm、0.1mm、0.5mm、1mm的四个情况。

在间隙长度为0.05mm和0.1mm的情况下，未被标记的部位表示天线25未作为天线发挥功能的区域。

如图13所示，在基材部30的介电损耗角正切(tanδ)大于0且是0.01以下时，即使缩小间隙60，与tanδ大于0.01的情况相比，辐射效率η提高。因而，兼顾了天线25的小型化和辐射效率η的提高。

图14是示意性地表示在实际的电子设备的样品上搭载的天线25的结构的一例子的剖视图。接地114是接地14的一具体例，馈电元件121是馈电元件21的一具体例，辐射元件122是辐射元件22的一具体例。基板113是作为基板13的一具体例的fr4基板。终端112是终端12(馈电点)的一具体例。薄膜130是介电损耗角正切大于0且是0.01以下的基材部30的一具体例。

辐射元件122隔着薄膜130安装于玻璃板118的内侧表面。玻璃板118为电子设备的里盖。基板113利用至少一个安装部119安装于电子设备的金属制的壳体117。接地114经由至少一个连接部120在壳体117上接地。

图15是示意性地表示图14所示的天线25中、辐射元件122的周边部的剖视图。辐射元件122是具有间隙60的开环谐振天线。导体带126是上述的第4导体元件26的一具体例。在图14中，省略了对导体带126的图示。导体带126以与形成间隙60的两侧的导体元件电容耦合的方式隔着薄膜130与间隙60相对配置。即，开环谐振天线(辐射元件122)具有在相对于薄膜130垂直的方向上能够与导体带126电容耦合的构造。根据这样的形态，开环的间隙部分(间隙60)没有直接面对玻璃板118，因此，能够抑制由玻璃板118的介电损耗角正切引起的辐射效率的下降。导体带126设于玻璃板118的内侧表面与薄膜130之间，并与玻璃板118的内侧表面和薄膜130这两者接触。

为了抑制介电损耗角正切低于薄膜130的介电损耗角正切的玻璃板118的影响，辐射元件122以与玻璃板118之间分开距离的方式相对于薄膜130位于与玻璃板118相反的一侧。

图16是自相对于薄膜130而言导体带126侧的视点表示图15所示的部分的俯视图。在图16中，省略了对玻璃板118的图示。导体带126的两端部隔着薄膜130与形成间隙60的两侧的导体元件相对。

图17是以俯视的方式表示图14所示的天线25的图。图18是以俯视的方式表示图17所示的天线25的辐射元件122和导体带126的图。图19是以俯视的方式表示图17所示的天线25的馈电元件121的图。

图20是表示各材料的相对介电常数和介电损耗角正切(tanδ)的图。图21是表示对根据薄膜130的材料的不同的合计效率进行实际测量得到的结果的一例子的图。图22是表示对根据薄膜130的材料的不同的反射系数s11进行实际测量得到的结果的一例子的图。合计效率表示辐射效率η与反射系数s11的乘积。也就是说，合计效率表示考虑了天线25的回波损耗的辐射效率。

如图22所示，在将介电损耗角正切为0.01以下的材料b、c使用于薄膜130的情况下，能够以期望的谐振频率得到良好的阻抗匹配。而且，如图21所示，对合计效率而言，介电损耗角正切为0.008的材料b的合计效率优异于材料a的合计效率，介电损耗角正切为0.001的材料c的合计效率优异于材料b的合计效率。

另外，在图21、图22中测量合计效率和反射系数时，对于图14～图19所示的各部分的尺寸，将单位设为mm，于是设为：

l24：2.3；

l25：3.9；

l39：1；

l40：1.5；

l30：1.3；

l31：1.3；

l35：1.2；

l36：2；

l37：0.4；

l38：0.4；

l33：14.4；

l34：13.6；

l41：10.5；

l42：59.5；

l43：18.5；

l44：1；

l45：1；

l46：0.5；

l47：60；

l48：3.5。

而且，薄膜130的厚度为50μm。

图23是表示在图9～图11所示的天线25的结构中、通过以模拟计算馈电元件21与辐射元件22之间的距离和辐射效率之间的关系而得到的结果的一例子的图。图23表示tanδ为0.01的情况。横轴表示馈电元件21与辐射元件22之间的最短距离d。纵轴表示辐射效率η。gap表示第1顶端部23与第2顶端部24之间的间隙60的间隙长度。λ表示天线25发送或接收的电波的波长。

如图23所示，若最短距离d为0.117×λ，则在间隙长度为1mm时，辐射效率η为50％以上。在间隙长度为0.5mm或0.1mm时，辐射效率η小于50％，但通过将tanδ变更成小于0.01的值，能够将辐射效率η设为50％以上。

而且，若最短距离d是0.07×λ以下，则即使“tanδ＝0.01且间隙长度＝0.5mm”，也能够将辐射效率η设为50％以上。而且，若最短距离d是0.04×λ以下，则即使“tanδ＝0.01且间隙长度＝0.1mm”，也能够将辐射效率η设为50％以上。

另外，在图23中，模拟时的各部分的尺寸与测量了图9～图11时的上述值相同。

以上，利用实施方式说明了天线，但本发明并不限定于上述实施方式。在本发明的范围内能够进行与其他的实施方式的一部分或全部的组合、替换等各种变形和改良。

本国际申请主张基于2016年4月15日申请的日本国专利申请第2016－081706号的优先权，日本国专利申请第2016－081706号的全部内容引用至本国际申请。

附图标记说明

12、终端；14、接地；21、馈电元件；22、辐射元件；23、第1顶端部；24、第2顶端部；25、天线；26、第4导体元件；30、基材部；41、第1导体元件；51、第2导体元件；52、第3导体元件；60、间隙。