通信装置

技术领域

本公开涉及一种通信装置，更具体地说，涉及一种在具备贴片天线的通信装置中使天线特性稳定化的技术。

背景技术

在日本特开2017-40497号公报(专利文献1)中公开了用于使配置于卫星电波钟表等电子设备的内部的贴片天线免受因落下等引起的冲击的耐冲击构造。在日本特开2017-40497号公报(专利文献1)中，在贴片天线与保持构件之间，形成有在贴片天线的边角部及端角部形成了避让部的空隙。在对电子设备施加冲击而使贴片天线在电子设备的内部进行了相对移动的情况下，利用避让部来避免贴片天线的边角部及端角部与保持构件碰撞。另外，通过在保持构件的面部设置平缓的凸部形状，能够扩大在保持构件的面部与贴片天线的平面区域发生了碰撞的情况下的碰撞面积，从而能够使施加于贴片天线的应力扩散。能够利用这些结构来防止贴片天线的损坏。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2017-40497号公报

发明内容

发明要解决的问题

在具有通信功能的电子设备中，一般设置有用于覆盖天线模块的覆盖构件。如日本特开2017-40497号公报(专利文献1)那样的耐冲击用的保持构件、或者电子设备主体的壳体等与这样的覆盖构件对应。

当在天线模块中的辐射元件的辐射面与覆盖构件之间广泛地形成了空间时，在覆盖构件变形的情况下，有可能电波的辐射方向上的介电常数变化由此天线频率变化，无法实现期望的天线特性。

因此，期望的是，在覆盖构件与辐射元件之间配置构件来使覆盖构件与辐射元件的间隔固定，但是，当以广泛地覆盖辐射元件的方式配置构件时，反而存在天线频率变化而使天线特性下降、或者耐冲击性下降的担忧。

本公开是为了解决这样的问题而完成的，其目的在于在通信装置中抑制天线特性的下降并且使覆盖构件与辐射元件之间的距离固定。

用于解决问题的方案

本公开所涉及的通信装置具备：电介质基板；平板形状的辐射元件，其形成于电介质基板；覆盖构件，其覆盖电介质基板；以及按压构件。按压构件被配置为与覆盖构件及电介质基板接触。在辐射元件形成有被供给来自馈电电路的高频信号的馈电点。在从电介质基板的法线方向俯视的情况下，按压构件与电介质基板在辐射元件的比馈电点靠中央侧的区域接触。

发明的效果

根据本公开所涉及的通信装置，电介质基板和配置于覆盖构件与辐射元件之间的按压构件在辐射元件的比馈电点靠中央侧的区域接触。由于辐射元件的中央部分的电场强度比周围部分的电场强度弱，即使按压构件与该部分接触，对辐射元件的阻抗的影响也小。因此，能够抑制天线特性的下降并且使覆盖构件与辐射元件之间的距离固定。

附图说明

图1是实施方式1所涉及的通信装置的框图。

图2是图1的通信装置中的天线模块的截面图及俯视图。

图3是用于说明肋的配置对反射损耗的影响的图。

图4是示出阵列天线中的肋的配置的例子的图。

图5是用于说明图4的例子中的增益的图。

图6是变形例1的通信装置的截面图。

图7是变形例2的通信装置的截面图。

图8是变形例3的通信装置的截面图。

图9是变形例4的通信装置的截面图。

图10是变形例5的通信装置的截面图。

图11是变形例6的通信装置的截面图。

图12是变形例7的通信装置的截面图。

图13是变形例8的通信装置的截面图。

图14是变形例9的通信装置的截面图。

图15是变形例10的通信装置的截面图。

具体实施方式

下面，参照附图来详细说明本公开的实施方式。此外，对图中相同或相当的部分标注相同的附图标记，并且不重复其说明。

[通信装置的基本结构]

图1是本实施方式所涉及的通信装置10的框图的一例。通信装置10例如是便携式电话、智能手机或平板电脑等便携式终端、具备通信功能的个人计算机、或者基站等。本实施方式所涉及的天线模块100中使用的频带的电波的一例例如是以28GHz、39GHz及60GHz等为中心频率的毫米波带的电波，但也能够应用上述以外的频带的电波。

参照图1，通信装置10具备天线模块100和构成基带信号处理电路的BBIC 200。天线模块100具备作为馈电电路的一例的RFIC 110和天线装置120。通信装置10将从BBIC 200传递到天线模块100的信号上变频为高频信号后从天线装置120辐射，并且将利用天线装置120接收到的高频信号下变频后利用BBIC 200对信号进行处理。

在图1中，为了易于说明，仅示出了与构成天线装置120的多个辐射元件121中的4个辐射元件121对应的结构，省略了与具有相同结构的其他辐射元件121对应的结构。此外，在图1中，示出了天线装置120由配置成二维的阵列状的多个辐射元件121形成的例子，但辐射元件121未必是多个，也可以是由1个辐射元件121形成天线装置120的情况。另外，也可以是多个辐射元件121配置成一列的一维阵列。在本实施方式中，以辐射元件121是具有大致正方形的平板形状的贴片天线为例来进行说明，但辐射元件121的形状也可以是圆形、椭圆形或者如六边形那样的其他多边形。

RFIC 110具备开关111A～111D、113A～113D、117、功率放大器112AT～112DT、低噪声放大器112AR～112DR、衰减器114A～114D、移相器115A～115D、信号合成/分波器116、混频器118以及放大电路119。

在发送高频信号的情况下，开关111A～111D、113A～113D被切换到功率放大器112AT～112DT侧，并且开关117与放大电路119的发送侧放大器连接。在接收高频信号的情况下，开关111A～111D、113A～113D被切换到低噪声放大器112AR～112DR侧，并且开关117与放大电路119的接收侧放大器连接。

从BBIC 200传递的信号被放大电路119放大后被混频器118进行上变频。上变频后的作为高频信号的发送信号被信号合成/分波器116分为4个，通过4个信号路径被馈送到各不相同的辐射元件121。此时，通过对配置于各信号路径的移相器115A～115D的移相度独立地进行调整，能够调整天线装置120的方向性。另外，衰减器114A～114D对发送信号的强度进行调整。

由各辐射元件121接收到的作为高频信号的接收信号分别经由不同的4个信号路径被信号合成/分波器116合成。合成后的接收信号被混频器118进行下变频后，被放大电路119放大后传递到BBIC 200。

RFIC 110例如形成为包括上述电路结构的单片的集成电路部件。或者，也可以将RFIC 110中的与各辐射元件121对应的设备(开关、功率放大器、低噪声放大器、衰减器、移相器)按对应的每个辐射元件121形成为单片的集成电路部件。

[天线模块的结构]

图2是图1的通信装置10中的天线模块100的截面图(图2的(A))及俯视图(图2的(B))。参照图2，在通信装置10中，天线模块100收容于壳体50内。

天线模块100除了具备辐射元件121及RFIC 110以外，还具备电介质基板130、接地电极GND以及馈电布线141、142。此外，在图2中，说明天线模块100是具有2个辐射元件121的结构的例子，但辐射元件121既可以是1个，也可以是3个以上。另外，辐射元件121的馈电点也可以是1个，在该情况下，馈电布线也是1个。在以下的说明中，将天线模块100的厚度方向设为Z轴方向，用X轴及Y轴来规定与Z轴方向垂直的面。另外，有时将各图中的Z轴的正方向称为上表面侧，将负方向称为下表面侧。

电介质基板130例如是低温共烧陶瓷(LTCC：Low Temperature Co-firedCeramics)多层基板、层叠多个由环氧、聚酰亚胺等树脂构成的树脂层而形成的多层树脂基板、层叠多个由具有较低的介电常数的液晶聚合物(Liquid Crystal Polymer：LCP)构成的树脂层而形成的多层树脂基板、层叠多个由氟系树脂构成的树脂层而形成的多层树脂基板、层叠多个由PET(Polyethylene Terephthalate：聚对苯二甲酸乙二醇酯)材料构成的树脂层而形成的多层树脂基板、或者LTCC以外的陶瓷多层基板。此外，电介质基板130未必是多层构造，也可以是单层的基板。

在从法线方向(Z轴方向)俯视时，电介质基板130具有大致矩形形状，在其上表面131(Z轴的正方向的面)配置有辐射元件121。在图2中，2个辐射元件121沿着X轴相邻地配置。另外，在电介质基板130的下表面132侧的层，与辐射元件121相向地配置有接地电极GND。辐射元件121既可以如图2的例子那样以暴露于电介质基板130的上表面131的方式配置，也可以配置于电介质基板130的内层的上表面131附近。

在电介质基板130的下表面132，隔着焊料凸块150安装有RFIC 110。此外，也可以使用多极连接器替代焊接来将RFIC 110与电介质基板130连接。

各辐射元件121从RFIC 110经由馈电布线141、142被传递高频信号。馈电布线141从RFIC 110起贯通接地电极GND后，从辐射元件121的下表面侧连接到馈电点SP1。另外，馈电布线142从RFIC 110起贯通接地电极GND后，从辐射元件121的下表面侧连接到馈电点SP2。

在各辐射元件121中，馈电点SP1形成于从辐射元件121的中心向Y轴的正方向偏移的位置。通过向馈电点SP1供给高频信号，来从辐射元件121辐射以Y轴方向为偏振方向的电波。另外，馈电点SP2形成于从辐射元件121的中心向X轴的负方向偏移的位置。通过向馈电点SP2供给高频信号，来从辐射元件121辐射以X轴方向为偏振方向的电波。即，天线模块100是能够向2个不同的偏振方向辐射电波的双极化型的天线模块。

天线模块100在壳体50的内部被配置为电介质基板130与壳体50之间的距离GP成为规定距离。在壳体50形成有从壳体50的内表面突出的按压构件(肋)51。关于肋51，其前端部分形成为纺锤形状或者球面状。在从电介质基板130的法线方向俯视的情况下，关于肋51，在辐射元件121的中央附近的区域RG1，肋51的前端与电介质基板130接触。区域RG1是辐射元件121的比馈电点SP1、SP2靠中央的区域，在图2的(B)的俯视图中用虚线部分表示区域RG1。此外，区域RG1既可以是如图2的(B)那样以馈电点SP1、SP2为顶点的四边形的内部的区域，也可以是以从辐射元件121的中心到馈电点的距离为半径的圆的内部的区域。另外，肋51与电介质基板130的接触区域也可以稍微超出区域RG1。

通信装置10的壳体50可能会由于从外部施加的力而变形很多。当壳体50变形时，壳体50与电介质基板130之间的距离GP可能会变化，电波的辐射方向上的介电常数可能会变化。可能会发生如下情况：由于该介电常数的变化，辐射元件的谐振频率变化，从而无法实现期望的天线特性。

在本实施的结构的通信装置10中，能够利用形成于壳体50的肋51来抑制电介质基板130与壳体50之间的距离GP的变动，因此能够防止天线特性下降。另外，由于利用肋51按压辐射元件121，因此还能够抑制辐射元件121从电介质基板130剥离。

图3是用于说明肋51的配置对天线模块的反射损耗的影响的图。在图3中，关于4个辐射元件121A～121D配置成一列所得到的一维阵列的天线模块100A(上部)，对因肋51的有无以及肋51的按压位置的差异引起的反射损耗进行比较(下部)。在天线模块100A中，大致正方形的各辐射元件121的边被配置为相对于X轴及Y轴倾斜45°，2个偏振方向也相对于X轴及Y轴倾斜45°。此外，图3是作为对象的频带为39GHz频带的情况下的模拟结果的例子。

在图3的中部示出了肋51的按压位置的变化(比较例)。比较例1是没有配置肋51的情况的例子。比较例2是以在沿着Y轴的区域RG2按压辐射元件121的方式配置肋51的情况的例子。比较例3是以在通过辐射元件121的中心的十字形状的区域RG3按压辐射元件121的方式配置肋51的情况的例子。比较例4是以辐射元件121的外周缘的区域RG4被按压的方式配置肋51的情况的例子。

在图3的下部的示出反射损耗的曲线图中，用实线LN10表示本实施方式的情况，用虚线LN11表示比较例1的情况。另外，分别用单点划线LN12、双点划线LN13以及单点划线LN14表示比较例2～4。此外，在图3中，以没有设置肋的比较例1为基准，对本实施方式与其他比较例2～4中的反射损耗的极小值的频率的变化进行比较。

参照图3，在没有配置肋的比较例1的情况下，在谐振频率f1、f2下产生反射损耗的极小值，在本实施方式的情况下也在大致相同的频率下产生极小值。另一方面，在比较例2～4的情况下，与谐振频率f1、f2对应的极小值都向低频侧偏移。这意味着阻抗受到辐射元件121的电场强度的影响而发生变化，结果导致谐振频率偏移。

通过如本实施方式这样使肋51避开辐射元件121的电场强度变大的端部地与辐射元件121接触，能够使肋51对天线特性的影响最小化。

接着，使用图4及图5，说明在包括具有图3所示的4个辐射元件121A～121D的天线模块100A的通信装置中，在变更了按压辐射元件121的肋51的数量的情况下的对方向性的影响。

图4的(A)是作为没有形成肋51的比较例的通信装置10X的情况下的截面图。图4的(B)是以按压两端的辐射元件121A、121D的方式形成肋51的通信装置10A的截面图。另外，图4的(C)是以按压全部4个辐射元件121A～121D的方式形成肋51的通信装置10B的截面图。

图5是示出以辐射元件121的法线方向(Z轴方向即0°方向)为辐射方向的情况下的峰增益的图。在图5的横轴中示出了从Z轴方向到X轴方向的角度，在纵轴中示出了峰增益。在图5中，用实线LN20表示通信装置10B的峰增益，用虚线LN21表示通信装置10A的峰增益，用单点划线LN22表示比较例的通信装置10X的峰增益。此外，在图5中，也是在作为对象的频带为39GHz频带的情况下的模拟结果。

参照图5，在图4所示的3个通信装置中，在通信装置10B(实线LN20)中辐射方向的峰增益最大。另外，随着距辐射方向的角度变大，与其他通信装置的峰增益相比通信装置10B的峰增益变小。即，可知通过与各辐射元件121对应地配置肋51，从而得到了能量集中于辐射方向的“透镜效果”。

关于针对两端的辐射元件121A、121D形成有肋51的通信装置10A(虚线LN21)，具有通信装置10B与比较例的通信装置10X之间的中间特性。这样，存在被配置有肋51的辐射电极的数量越多、则增益的透镜效果越大的倾向。

如上所述，在通信装置中，通过配置为使形成于壳体的肋在辐射元件的电场强度变弱的中央部分与电介质基板接触，能够抑制对阻抗的影响并且使壳体的变形小。由此，能够抑制天线特性的下降并且使壳体与辐射元件之间的距离固定。

另外，在将多个辐射元件配置成阵列状的阵列天线中，能够通过对更多的辐射元件配置肋来改善增益特性。

此外，在上述的说明中，说明了在通信装置主体的壳体与天线模块之间配置肋的结构，但也可以是，在天线模块在壳体内部被盒或者保护用的罩覆盖的情况下，在该盒或罩与天线模块之间配置肋。此外，上述的“壳体”、“盒”、“罩”对应于本公开的“覆盖构件”。

[变形例]

在下面的说明中，说明形成辐射元件的电介质基板的形状以及肋的配置的变形例。

(变形例1)

图6是变形例1的通信装置10C的截面图。在图6所记载的天线模块100C中，成为在图2中说明的天线模块100中的电介质基板130被置换成电介质基板130C的结构。在图6及后述的图7～图15中，不重复进行与图2重复的要素的说明。另外，在图6～图15中，省略了RFIC110、接地电极GND以及馈电布线141、142。

参照图6，在变形例1的天线模块100C中，在电介质基板130C的与壳体50的肋51相向的部分形成有凹部135，在该凹部135的底部配置有辐射元件121。而且，形成于壳体50的肋51在凹部135的内部与辐射元件121接触。与图2同样地，肋51在辐射元件121的比馈电点靠中央侧的区域(图2的区域RG1)与辐射元件121接触。

通过设为这样的结构，能够将凹部135的周围的电介质基板130C的部分用作用于配置布线或滤波器等的区域，因此能够提高电介质基板内的布局的自由度。另外，由于壳体50的肋51进入凹部135，因此能够抑制天线模块与壳体50的位置偏离。

(变形例2)

图7是变形例2的通信装置10D的截面图。在图7所记载的天线模块100D中，成为在图2中说明的通信装置10中的电介质基板130被置换成电介质基板130D的结构。

参照图7，关于变形例2的天线模块100D，在电介质基板130D的与壳体50的肋51相向的部分形成有凹部136，在该凹部136的底部配置有辐射元件121。由此，与变形例1同样地能够提高电介质基板内的布局的自由度。

另外，在凹部136中，与壳体50相向的面形成为以辐射元件121的中心为中心的球面状，凹部136的球面的曲率半径比肋51的前端的曲率半径大。通过设为这样的形状，肋51的前端容易位于凹部136的中央部，能够更容易地进行肋51和辐射元件121的定位。

(变形例3)

图8是变形例3的通信装置10E的截面图。在图8所记载的天线模块100E中，成为在图2中说明的通信装置10中的电介质基板130被置换成电介质基板130E的结构。

参照图8，关于变形例3的天线模块100E，在电介质基板130E的与壳体50的肋51相向的部分形成有凸部137，在该凸部137的上表面配置有辐射元件121。而且，形成于壳体50的肋51与凸部137上的辐射元件121接触。

虽然在图8中进行了省略，但存在对电介质基板130E如图2那样安装有RFIC 110的情况。由于RFIC 110包括功率放大器和低噪声放大器，因此在进行电波的发送动作和接收动作时可能会发热。在变形例3的通信装置10E中，壳体50与电介质基板130E的在除配置有辐射元件121的凸部137以外的部分处的间隔比图2的电介质基板130的该间隔大，因此能够提高电介质基板130E的冷却效果。

另外，若与图2的电介质基板130相比，电介质基板中的电介质的量变少，因此能够使有效介电常数小。由此，能够扩大所辐射的电波的频带宽度。

(变形例4)

图9是变形例4的通信装置10F的截面图。在图9所记载的通信装置10F中，成为在图2中说明的通信装置10中的电介质基板130与壳体50之间的空间部分、即肋51的周围填充有树脂层160的结构。通过设为这样的结构，能够进一步减少壳体50与电介质基板130之间的距离的变动。

此外，如图3所示，在利用电介质支承辐射元件121的端部的情况下，容易对天线特性产生影响，因此树脂层160优选使用具有比肋51及电介质基板130的介电常数低的介电常数的材料。

(变形例5)

图10是变形例5的通信装置10F1的截面图。在上述的变形例4的通信装置10F中，是在将壳体50配置到电介质基板130之后在电介质基板130与壳体50之间的空间部分填充树脂层160的结构。另一方面，变形例5的通信装置10F1具备在与辐射元件121对应的部分形成有开口166的中间层165，在形成有中间层165的电介质基板130上配置壳体50。中间层165例如是用作保护膜的抗蚀剂。

中间层165的开口166形成为与壳体50的肋51的外形对应的大小，使得肋51能够进入开口166内。通过将开口166的大小设为与肋51相同程度的大小，能够抑制肋51在开口166内的移动。因而，能够抑制配置于辐射元件121上的壳体50在XY平面内的位置偏离。

(变形例6)

图11是变形例6的通信装置10G的截面图。在图11所记载的通信装置10G中，成为将肋138形成于天线模块100G而不是形成壳体50的肋51的结构。

肋138形成为柱状，在从电介质基板130G的法线方向俯视的情况下，肋138配置于辐射元件121的比馈电点靠中央侧的区域。此外，肋138既可以形成为电介质基板130G的一部分，也可以通过将与电介质基板130G不同的构件安装于电介质基板130G来形成。

这样，即使在将肋形成于电介质基板侧的结构中，由于在辐射元件的电场强度较弱的中央部分形成肋，因此能够抑制天线特性的下降并且使壳体与辐射元件之间的距离固定。

(变形例7～9)

关于变形例7～9，说明在形成4个以上的辐射元件的天线模块中、在针对一部分辐射元件形成肋的情况下的肋配置的变化。

图12及图13是示出分别具有一维地配置有4个辐射元件121A～121D的天线模块100H、100I的通信装置10H(变形例7)及通信装置10I(变形例8)的图。

在图12的通信装置10H中，与两端的辐射元件121A、121D对应地形成有肋51，而对于内侧的辐射元件121B、121C则没有形成肋51。另一方面，在图13的通信装置10I中，与内侧的辐射元件121B、121C对应地形成有肋51，而对于两端的辐射元件121A、121D则没有形成肋51。

在着眼于壳体50的机械强度的情况下，与通信装置10I相比，在两端支承壳体50的通信装置10H能够使壳体50的变形小，因此是优选的。在通信装置10I中，两端的辐射元件121A、121D的附近的壳体50的变形容易变大。

另一方面，如图5所说明的那样，通过形成肋51，由于透镜效果而峰增益得到提高。因此，在着眼于增益特性的情况下，当如通信装置10I那样针对阵列天线的靠近中央部的辐射元件121B、121C形成肋51时，透镜效果更显著。因此，与通信装置10H相比，通信装置10I的峰增益提高。

图14是示出具有一维地配置有5个辐射元件121A～121E的天线模块100J的通信装置10J(变形例9)的图。在通信装置10J中，与两端的辐射元件121A、121E及中央的辐射元件121C对应地形成有肋51，而对于辐射元件121B、121D则没有形成肋51。换言之，针对辐射元件每隔1个辐射元件形成肋51。

通过设为这样的结构，能够保持壳体的机械强度并且还提高中央附近的增益特性。另外，还能够确保天线模块与壳体之间的空间，因此还能够期待散热效果。

此外，在更多的辐射元件配置于天线模块的情况下，例如，也可以针对辐射元件每隔2个辐射元件形成肋。但是，为了确保从阵列天线整体辐射的电波的对称性，优选针对辐射元件对称地配置肋。

如上所述，在多个辐射元件排列成阵列状的天线模块中，能够考虑机械强度、增益特性以及散热特性等来决定肋的数量及形成位置。

(变形例10)

图15是变形例10的通信装置10K的截面图。在图15所记载的通信装置10K的天线模块100K中，不同尺寸的辐射元件121、122相邻地配置。即，天线模块100K是能够辐射不同频带的电波的双频段型的天线模块。

辐射元件122的尺寸比辐射元件121的尺寸大。因此，从辐射元件122辐射的电波的频带(第二频带)比从辐射元件121辐射的电波的频带(第一频带)低。

而且，在通信装置10K中，针对高频侧的辐射元件121形成肋51，而对于低频侧的辐射元件122则没有形成肋51。一般已知的是，关于透镜效果，若将进入透镜之前的光斑直径设为D，将通过透镜之后的光斑直径设为d，将光斑焦点距离设为f，将电波的波长设为λ，则下面的关系式(1)成立。

d＝4·f·λ/(π·D)…(1)

即，电波的波长越短，则通过透镜之后的光斑直径d越小，因此透镜效果显著。因此，在如天线模块100K那样的双频段型的天线模块中，在为了散热特性而需要以间隔剔除的方式形成肋51的情况下，通过针对相对高频侧的辐射元件形成肋51，能够抑制增益特性的下降并且提高散热特性。

本实施方式中的“辐射元件121”及“辐射元件122”分别对应于本公开中的“第一辐射元件”及“第二辐射元件”。

应当认为的是，本次公开的实施方式在所有方面均为例示而非限制性的。本发明的范围由权利要求书示出而不是由上述的实施方式的说明示出，意在包括在与权利要求书等同的含义及范围内的所有变更。

附图标记说明

10、10A～10K、10F1、10X：通信装置；50：壳体；51、138：肋；100、100A、100C～100E、100G～100K：天线模块；110：RFIC；111A～111D、113A～113D、117：开关；112AR～112DR：低噪声放大器；112AT～112DT：功率放大器；114A～114D：衰减器；115A～115D：移相器；116：信号合成/分波器；118：混频器；119：放大电路；120：天线装置；121、121A～121E、122：辐射元件；130、130C～130E、130G：电介质基板；135、136：凹部；137：凸部；141、142：馈电布线；150：焊料凸块；160：树脂层；165：中间层；166：开口；200：BBIC；GND：接地电极；SP1、SP2：馈电点。