天线和无线通信设备的制作方法

本发明涉及天线和无线通信设备。

背景技术：

作为小型的天线元件，将使用裂环谐振器(在下文中称为“SRR”)的SRR天线投入实际应用。PTL 1公开了一种SRR天线的实施方法。另一方面，以最新智能电话为代表的无线通信端的天线除了要求元件本身的小型化之外，为在多种频率下进行通信还要求诸如两种频率的多频谐振的巧妙设计。然后，日本专利申请第2012-248169号公开了一种用于将以不同频率谐振的两个SRR天线元件并排布置并且将功率同时馈送至天线元件的方法，以作为一种通过使用SRR天线来与两种频率对应的技术。

[引用列表]

[专利文献]

[PTL 1]国际公开2013-027824号

技术实现要素：

[技术问题]

在日本专利申请第2012-248169号中公开的方法中，将具有不同谐振频率的两个SRR天线元件并排布置，以便与两种频率对应，如图15中图示的示例中示出的，这会妨碍设备的小尺寸设计。

本发明的目的是提供一种小型的并且按照多种频率谐振的天线。

[问题的解决方案]

提供了一种天线，该天线包括：环状的第一导体，该第一导体具有空隙；第二导体，该第二导体布置在环内部，其中，第二导体的两端连接至第一导体，第二导体具有第一间隙；以及第三导体，该第三导体布置在由第一导体的不包括空隙的部分和第二导体围成的区域中，其中，第三导体的两端连接至第一导体，第三导体具有第二间隙，并且其特征在于，通过将由第一导体的包括空隙的部分和第三导体围成的区域的外周的长度乘以空隙的电容而得到的值与通过将由第二导体、第三导体、以及第一导体围成的区域的外周的长度乘以第一间隙的电容而得到的值不同。

[发明的有利效果]

根据本发明，可以提供小型的并且按照多种频率谐振的天线。

附图说明

图1是描绘了根据第一示例性实施例的配置示例的示意图。

图2是描绘了根据第一示例性实施例的配置示例的示意图。

图3是图示了根据第一示例性实施例的操作的示意图。

图4是图示了根据第一示例性实施例的操作的示意图。

图5是图示了根据第一示例性实施例的操作的示意图。

图6是图示了根据第一示例性实施例的操作的示意图。

图7是描绘了根据第二示例性实施例的配置示例的示意图。

图8是描绘了根据第二示例性实施例的配置的变型的示意图。

图9是描绘了根据第三示例性实施例的配置示例的示意图。

图10是描绘了根据第三示例性实施例的配置示例的示意图。

图11是描绘了根据第四示例性实施例的配置示例的示意图。

图12是描绘了根据第五示例性实施例的配置示例的示意图。

图13是图示了根据第五示例性实施例的操作的示意图。

图14是描绘了根据第六示例性实施例的配置示例的示意图。

图15是描绘了相关的配置示例的示意图。

图16是描绘了根据第一示例性实施例的配置的变型的示意图。

图17是描绘了根据第一示例性实施例的配置的变型的示意图。

图18是描绘了根据第六示例性实施例的配置的变型的示意图。

具体实施方式

[第一示例性实施例]

[配置说明]

在下文中，将参照附图对本发明的示例性实施例进行描述。

图1(a)和图1(b)是描绘了根据示例性实施例的配置的示意图。图1(a)是从上表面看到的天线形成表面的俯视图，而图1(b)是从侧面看到的该天线形成表面的横截面图。

如图1(a)和图1(b)中描绘的，天线1由单面镀铜基板20形成。该单面镀铜基板20由铜箔层21和电介质层22组成。通过蚀刻、激光加工等沿着期望的天线形状从铜箔层21剥离铜箔来形成天线1。图1(a)中描绘了通过剥离铜箔而形成的天线。在图1(a)中，黑色部分指示铜箔部分，而白色部分指示剥离了铜箔的部分。

图2是图1(a)的放大视图。参照图2，天线1具有孔隙2和孔隙3。通过传输线5将孔隙2和孔隙3分开。传输线5耦合至具有两个端子的馈电点4的一个端子41，这两个端子中的每一个具有定位在孔隙外的一端。馈电点4的另一个端子42耦合至馈电点4附近的铜箔层21。此外，孔隙2按照固定的间隔具有空隙11。辅助导体6和辅助导体7耦合至保持空隙11的导体的端部。辅助导体6和辅助导体7被布置为在孔隙2内部彼此相对。

[操作说明]

接着，将参照附图对根据示例性实施例的操作进行描述。

如图2中图示的，馈送至馈电点4的高频电流流经传输线5并且传输至孔隙2和孔隙3的区域。传输线5的特性阻抗执行与耦合至传输线5的无线电路的阻抗匹配。特性阻抗例如为50欧姆。在本文中，如图2中图示的，操作中的天线1的馈电点是操作中的馈电点8。即使是在通过传输线5从操作中的馈电点8延伸到在铜箔层21中的任意位置处的馈电点4时，无论馈电点4的位置如何，天线的操作不变。注意，在图2中，从操作中的馈电点8到实际馈电点4的传输线5由共面线组成。然而，这部分的传输线5可以是与共面线不同的传输线，诸如是同轴线，从而使得可以将外部导体与同其等电位的铜箔层21焊接。

图3是图示了天线1的操作的示意图。与图2中图示的配置的不同之处在于：图示了操作中的馈电点8，而不是在图2中图示的馈电点4。其它配置与图2中的配置相同。参照图3，呈现了按照第一频率谐振的路线A、按照第二频率谐振的路线B、和用于与处于第一频率和第二频率的馈电线的特性阻抗进行匹配的回路C。在下文中，将分别描述对于路线A、路线B、和回路C的天线1的操作。

在导体之间的空隙11存在于图3中图示的路线A的路径中。定位在空隙11的两端上的辅助导体6和辅助导体7的相对的部分生成电容。该电容与在辅助导体6与辅助导体7之间的间隔距离的倒数成比例，并且与辅助导体6和辅助导体7的相对部分的面积成比例。本文的面积是通过将相对的部分的长度乘以铜箔层的厚度而得到的数值。只要当通过在空隙11处相对的导体的电容是可行时，辅助导体7不是必要的。

而且，在图3中图示的路线A的导体的长度生成电感。如在图3中图示的，当将高频电流馈送至操作中的馈电点8时，路线A形成由等效电路表示的串联谐振电路，如在图4中图示的，在该串联谐振电路中，电感器9和电容器10串联连接至馈电点17。路线A按照第一谐振频率谐振。通常，串联谐振电路的谐振频率与通过将电感乘以电容得到的值的平方根成反比。

因此，第一谐振频率与通过将在辅助导体6与辅助导体7之间的间隔距离的倒数乘以辅助导体6和辅助导体7的相对部分的面积和路线A的导体的长度而得到的值的平方根成反比。

PTL 1中描述了利用路线A的谐振的上述天线，并且将上述天线称为裂环谐振器天线(SRR天线)。

当路线A满足上述条件时，不一定需要将天线局限为SRR天线。

另一方面，根据示例性实施例的天线除了具有上述的按照第一谐振频率谐振的路线A之外，还具有在图3中图示的按照第二谐振频率谐振的路线B。在图3中图示的路线B在辅助导体6的开口尖端与形成孔隙2的铜箔层21之间具有间隙12。该间隙12生成电容。该电容与在辅助导体6的尖端与在尖端附近的孔隙2周围的铜箔层21之间的间隙12的间隔距离的倒数成比例，并且与保持间隙12的导体的正面面积成比例。

而且，路线B的导体的长度生成电感。如在图3中图示的，当将高频电流馈送至操作中的馈电点8时，路线B形成由图4中图示的等效电路表示的串联谐振电路。路线B按照第二谐振频率谐振。如同路线A的说明的情况一样，串联谐振电路的谐振频率与通过将电感乘以电容得到的值的平方根成反比。

因此，第二谐振频率与通过将在辅助导体6的尖端与在尖端附近的孔隙2周围的铜箔层21之间的间隙12的间隔距离的倒数乘以保持间隙12的导体的正面面积和路线B的导体的长度而得到的值的平方根成反比。

按照这种方式，天线1具有双频谐振特性，这来源于两种不同形状的路线A和路线B。

接着，将对回路C进行描述。回路C的导体的长度在馈电点8的两个端子之间生成电感。天线1通过来源于回路C的导体的长度的电感执行与耦合至处于第一频率和第二频率的馈电点8的馈电线的特性阻抗的阻抗匹配。

在上文，已经描述了根据第一示例性实施例的天线1的操作。

接着，将参照图5和图6对天线1的设计示例进行图示。

设计目标是：假设第一频率为f0并且第二频率为2.7ⅹf0，并且实现在处于第一频率和第二频率的馈电点8处观察到的-10dB或者更低的反射损失。注意，通过与路线A的谐振频率f0对应的空间波长La来规范下文中指示的相应大小。

将在图5中指示的相应大小假设为Xa＝0.088·La、Xb＝0.044·La、Xc＝0.026·La、Y＝0.028·La、和D＝0.00080·La。而且，将辅助导体6、辅助导体7、和传输线5中任一个的宽度假设为0.0040·La。将辅助导体6的长度假设为L6＝0.026·La，将辅助导体7的长度假设为L7＝0.020·La，并且将铜箔的厚度假设为0.00080·La。

图6是图示了以通过基于这些设计值来执行数值计算的反射损失(回波损失)为形式的天线1的馈电点处的阻抗的图表。如图6中图示的，作为目标的第一频率(f0)和第二频率(2.7ⅹf0)谐振。在第一频率和第二频率下的反射损失为-10dB或者更低，这是目标。

在本文中，如图3中图示的，天线的孔隙的形状为矩形。然而，可以将孔隙的形状设计为与矩形不同的形状，诸如，圆形或者多边形。

如上所述，根据第一示例性实施例的天线可以与一个元件按照多种频率谐振。因此，如日本专利申请第2012-248169号中描述的，与通过两个元件来实现与两种频率对应的情况相比，根据示例性实施例的天线是小型的并且可以与多种频率对应。

[第二示例性实施例]

接着，将参照附图对本发明的第二示例性实施例进行描述。

[配置说明]

图7是描绘了根据示例性实施例的配置的示意图。当将在图7中图示的天线形状与图3中图示的用于描述第一示例性实施例的天线形状进行比较时，辅助导体7的尖端部在弯曲部分13处弯曲，并且弯曲部分13的尖端部与保持间隙12的孔隙2的外周相对。

[操作说明]

即使当具有图3中图示的根据第一示例性实施例的天线形状的间隙12的间隔距离与图7中图示的间隙12的间隔距离为相同大小时，与图3中图示的天线形状相比，在图7中图示的天线形状具有与辅助导体7的尖端处的孔隙3的外周相对的更大导体部分。因此，在辅助导体7的尖端部与图7中图示的天线形状中的孔隙2的外周之间生成的电容大于在图3中图示的天线形状的电容。

根据第二示例性实施例的天线的等效电路与在图4中图示的根据第一示例性实施例的等效电路相同，并且是串联谐振电路。如在第一示例性实施例中描述的，串联谐振电路的谐振频率与通过将电感乘以电容得到的值的平方根成反比。因此，当在间隙12处生成的电容增加时，伴随着辅助导体7的尖端部的形状的变化，需要降低电感，以便按照相同的谐振频率谐振。在本文中，通过由在图3中图示的路线A指示的电气长度来确定在图7和图3中图示的电感。即，当在间隙12处生成的电容增加时，需要降低通过在图3中图示的路线A指示的电气长度，以便按照相同频率谐振，并且因此，天线形状变得更小。

因此，与在图3中图示的根据第一示例性实施例的天线形状相比，可以使在图7中图示的根据第二示例性实施例的天线形状的尺寸减小。

[第三示例性实施例]

接着，将参照附图对本发明的第三示例性实施例进行描述。

[配置说明]

图9是描绘了根据示例性实施例的配置的示意图。在图9中图示的天线形状与在图3中图示的用于描述第一示例性实施例的天线形状不同，不同之处在于图9包括围绕辅助导体6附近的孔隙2的、在辅助导体6的尖端与导体1之间的芯片部分的电容器15。

[操作说明]

在第一示例性实施例中，在辅助导体6的尖端与围绕孔隙2的铜箔层21之间的间隙12处生成电容。另一方面，在第三示例性实施例中，通过将芯片部分的电容器15加载到间隙12中，即使在如第一示例性实施例中描述的保持间隙12的导体之间的电容不足时，也可以使天线的外部形状的尺寸减小。

注意，在PTL 1中描述了用于将芯片部分的电容器16加载到空隙11中的方法。如同在图10中图示的间隙12的情况一样，可以将在空隙11处的电容用作芯片部分的电容器16。

[第四示例性实施例]

接着，将参照附图对本发明的第四示例性实施例进行描述。

[配置说明]

图11是描绘了根据示例性实施例的配置的示意图。在图3中图示的用于描述第一示例性实施例的天线1形成在第一导体形成表面31上。在第一导体形成表面31的上表面上，通过保持具有恒定厚度的电介质层来布置第二导体形成表面32。在第二导体形成表面32上，形成了通过从图3中图示的天线1的导体形状中移除传输线5和馈电点4而得到的导体形状。

而且，在第一导体形成表面31上的导体和在第二导体形成表面32上的导体经由印刷基板的多个通孔进行导通，并且因此，在高频率下这两个导体被保持为等电位。

[操作说明]

在根据第四示例性实施例的天线中，第一导体形成表面31和第二导体形成表面32经由多个通孔进行导通，并且因此，天线的配置与在第一导体形成表面31与第二导体形成表面32之间的间隔填有导体以形成天线的配置等效。因此，与根据第一示例性实施例的仅通过一个导体形成表面形成的天线相比，根据第四示例性实施例的通过经由通孔连接的两个导体形成表面形成的天线在空隙11处的导体之间具有更大的正面面积，并且具有更大的电容。

出于相同的理由，与根据第一示例性实施例的天线相比，根据第四示例性实施例的天线在间隙12处具有更大的电容。如同第二示例性实施例的操作说明中描述的那样，当电容越大时，可以将天线的外部形状制得越小。

按照这种方式，可以将根据第四示例性实施例的天线制得比根据第一示例性实施例的天线更小。

[第五示例性实施例]

接着，将参照附图对第五示例性实施例进行描述。

[配置说明]

图12是描绘了根据第五示例性实施例的配置的示意图。

如图12中图示的，天线51布置在天线1附近的位置处。天线1具有与根据第一示例性实施例的天线1的配置相同的配置。然而，操作目标的频率仅仅是在图3中图示的用于描述第一示例性实施例的路线A的谐振频率(在下文中称为“频率F1”)。路线B的谐振频率不是天线1的操作目标的频率。而且，天线51的谐振频率(在下文中称为“频率F51”)是比天线1的频率更高的频率。

注意，在图12中，将天线51图示为单极天线。然而，天线51可以是其它类型的天线，诸如，SRR天线。

[操作说明]

接着，将参照图3、图12、和图13对根据示例性实施例的操作进行描述。

在图12中图示的天线1与天线51之间的空间中存在电磁耦合，并且天线1的存在可能对天线51的特性产生不利影响。为了避免空间中的电磁耦合，存在用于在频率F52下将天线1设置为高电抗的方法。

例如，可以在天线1与馈线之间配置阻抗调整电路以匹配在频率F1下的馈电线的特性阻抗并且形成在频率F51下具有高电抗的电路。然而，当频率F1不足以与频率F51分开时，上述方法难以实现。

如从图3可以看出，即使在第一示例性实施例中描述的路线B的形状发生变化时，天线1的路线A的谐振频率(频率F1)的阻抗几乎不发生变化。另一方面，伴随着路线B的形状的变化，可以改变在频率51下的阻抗。即，通过改变来源于图3中图示的路线B的电气长度的电感和在间隙12处生成的电容，可以将在频率F51下的天线的电抗设计为高值，并且该电抗可以使天线具有几乎开路的阻抗。

图13是在史密斯图上图示了通过基于上文描述而设计的天线1的数值分析的阻抗的示意图。将天线1图示为几乎匹配在频率F1下的传输线的特性阻抗。将在天线51的谐振频率F51下的天线1的阻抗图示为几乎是具有高电抗的开路阻抗。

按照这种方式，在天线1与天线51之间的空间中的电磁耦合变稀。然后，能够在几乎不改变在频率F1下的天线1的阻抗的情况下，避免天线1对天线51的特性产生不利影响。

注意，在不改变路线A的导体的长度的情况下，当路线B的导体的长度相对于图13中图示的天线1的形状增加时，指示频率F1的点不移动，但是指示频率F51的点几乎沿着图表的迹线顺时针移动。而且，最接近开路阻抗的频率高于频率F15。

[第六示例性实施例]

接着，将参照图14对本发明的第六示例性实施例进行描述。

根据示例性实施例的天线1包括：环状的第一导体62，该第一导体具有空隙61；第二导体64，该第二导体布置在环内部，其中，第二导体的两端均耦合至第一导体62，并且第二导体具有第一间隙63。此外，天线1包括第三导体66，该第三导体布置在由第一导体62的不包括空隙61的部分和第二导体64围成的区域中，其中，第三导体的两端均耦合至第一导体62，并且第三导体具有第二间隙65。

然后，天线1具有基于上文的配置的第一值和第二值。

第一值是通过将由第一导体62的包括空隙61的部分和第三导体66围成的区域的外周的长度乘以空隙61的电容而得到的值。

另一方面，第二值是通过将由第二导体64、第三导体66、以及第一导体62围成的区域的外周的长度乘以第一间隙63的电容而得到的值。

在根据示例性实施例的天线1中，第一值与第二值不同。

按照这种方式，根据第六示例性实施例的天线可以与一个元件按照多种频率谐振。因此，如日本专利申请第2012-248169号中描述的，与通过两个元件来实现与两种频率对应的情况相比，根据示例性实施例的天线是小型的并且可以与多种频率对应。

在上文，已经描述了本发明的优选示例性实施例。然而，本发明不限于上述示例性实施例，并且可以如下扩展或者修改。

例如，可以修改本发明的第一示例性实施例，从而使得，如图16中图示的，辅助导体6从空隙11的端部朝传输线5偏移，并且耦合至孔隙的内周。

而且，可以修改本发明的第一示例性实施例，从而使得，如图17中图示的，可以通过使传输线5的带状线延伸到孔隙内部中来移动操作中的馈电点8。

可替代地，在本发明的第二示例性实施例中，如图7中图示的，辅助导体6具有在弯曲部13处弯曲的尖端的形状。另一方面，如图8中图示的，通过使尖端从与弯曲部13对应的部分变形成像尖端部分14那样从左至右放大的形状，可以增加在尖端部分14周围的导体1和孔隙2形成的电容。因此，与图7中图示的天线1的形状相比，可以使天线1的形状的尺寸减小。

此外，当满足本发明的第六示例性实施例中描述的条件时，可以实现将天线变形成图18中图示的形状。

在上文，已经通过作为示例性示例的上述示例性实施例解释了本发明。然而，本发明不限于上述示例性实施例。即，可以在本发明的范围内应用本领域的技术人员所理解的各个方面。

本发明要求于2014年9月19日提交的日本专利申请第2014-190945号的优先权，其公开内容全部并入本文。

[附图标记列表]

1 天线

2 孔隙

3 孔隙

4 馈电点

5 传输线

6 辅助导体

7 辅助导体

8 操作中的馈电点

9 电感器

10 电容器

11 空隙

12 间隙

13 弯曲部分

14 尖端部分

15 电容器

16 电容器

17 馈电点

20 单面镀铜基板

21 铜箔层

22 电介质层

31 第一导体形成表面

32 第二导体形成表面

41 端子

42 端子

51 天线

61 空隙

62 第一导体

63 第一间隙

64 第二导体

65 第二间隙

66 第三导体