專利名稱：內置濾波器的天線的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種宜于搭載到手機及便攜式終端機等上的小型、容易匹配、還具有搭載到電路基板等上時不會與電路基板上的電子電路相互干涉的結構的內置濾波器的天線。更詳細地說，涉及一種即使具有蜂窩(cellular)用和GPS及藍牙用等在多頻帶中使用時，對方的信號也不會通過給電端子電極而迂回到接收電路側等后產生相互干涉的結構的內置濾波器的天線。
背景技術：
在現有技術中，利用天線收發的信號，可以通過帶通濾波器等濾波器，只收發所希望的頻帶的信號。該濾波器，是將現有技術單獨制造的產品，與天線外部連接后使用。但是近幾年來，相應消除天線和濾波器的匹配的麻煩及電子機器的小型化的要求等，開發出將天線和濾波器一體化的內置濾波器的天線。
這種內置濾波器的天線85，例如圖7A及7b的搭載在電路基板86上的一個示例的局部立體說明圖及其剖面說明圖所示，就象形成構成濾波器的電容器及電感器那樣，是在由將形成導電體圖案的介質薄片層疊后燒成的層疊介質塊83的表面側形成輻射元件81后構成。該濾波器的一個電極，與輻射元件81電連接；另一個電極與設置在介質塊83的外面的給電端子電極84連接，以便與外部電路的收發電路等連接。在現有技術的這種內置濾波器的天線中，如圖7A的剖面說明圖所示，將布線膜834從由形成電感器及電容器的導電體圖案構成的濾波器82的另一個電極，一直延伸導出到其端部，在形成層疊的介質塊83后，與在其側面露出的布線膜834連接，再將給電端子電極84從其側面繞到背面(往電路基板86上搭載的搭載面)后形成。該給電端子電極84，通過軟釬焊等直接與電路基板86的給電線862連接。
如前所述，現有技術的內置濾波器的天線，其濾波器的另一個電極，向介質塊83的側面導出，從介質塊83的側面到搭載面(與安裝天線的電路基板相對的面，背面)，設置著給電端子電極84，以便與被導出的布線膜834連接。因此，容易出現介質塊側面的給電端子電極84，直接撿到輻射元件81等收發的電波的情況。另外，近幾年來，例如，在用手機進行蜂窩用的收發的同時，還接收GPS(Global Positioning System衛星定位系統)的信號，或者為了無線LAN的藍牙用天線等，天線采用能夠收發2個以上的頻帶的信號的結構，在給電端子電極84中，2個以上的頻帶的信號，容易被給電。
另一方面，在搭載該內置濾波器的天線85的電路基板86中，形成有包括與給電線862連接、未圖示的接收側的低噪聲放大器等的接收電路及發送電路等的電子電路，在用2個以上的頻帶進行收發時，用各自的頻帶形成這些電子電路，給電端子電極與這些電子電路進行電磁場耦合，加在給電端子電極上的雜音或其它頻帶信號，與電路基板上的電路直接相互干涉，存在隔離特性(相互之間的耦合小)惡化(雜音增大)，或者造成收發特性下降的問題。
發明內容
本發明就是為了解決這種問題而研制的，其目的在于提供一種內置濾波器的天線，它采用以下結構將由介質薄片的層疊體構成的濾波器與輻射元件一體化，在實現小型化的同時，還能夠在直接搭載到電路基板上后，也不會使電路基板上的電子電路與天線的給電端子電極之間產生相互干涉，既提高其隔離特性，又提高其收發特性。
本發明的另一個目的在于提供搭載到電路基板上的內置濾波器的天線的搭載結構，以便特別適合在將這種內置濾波器的天線搭載到電路基板上時，防止它與電子電路之間的相互干涉。
采用本發明的內置濾波器的天線，包括在一個面上形成導電體膜的介質薄片，至少構成1個濾波器地層疊后形成的層疊介質塊；在被固定設置到該層疊介質塊上的同時，還與所述濾波器的一個電極電連接的輻射元件；設置在所述層疊介質塊的外面，與所述濾波器的另一個電極電連接的給電端子電極；該給電端子電極，設置在與所述層疊介質塊被搭載到外部的電路基板上之際相對的面——搭載面上；連接所述濾波器的另一個電極和所述給電端子電極的連接布線，以不露出所述層疊介質塊的搭載面以外的外面的形態形成。
在這里，所謂“輻射元件”，是指在介質塊的一個面上用導電體膜形成輻射圖案的輻射電極及平面狀輻射電極圖案等能夠輻射電波的東西。另外，所謂“電連接”，除了用導體直接連接之外，還包括通過其它電子部件連接，以及即使沒有用導體直接連接但卻通過電磁場被耦合的情況。進而，所謂“外面”，是指露到層疊的介質塊的外部的面；所謂“搭載面”，是指與搭載的電路基板相對的面。
采用這種結構后，由于給電端子電極只面向搭載內置濾波器的天線的電路基板，而且在電路基板上可以使用埋入屏蔽板的多層層疊體等，所以可以一面完全屏蔽給電端子電極，一面與電路基板的給電線連接。其結果，外部雜音不直接乘坐給電端子電極，而且即使其它頻帶的信號出現在給電端子電極上，也不會與不同頻帶的接收電路等耦合。其結果，能夠大大提高給電端子電極和電路基板上的電子電路的隔離特性，而且完全不會使所希望的收發信號等的特性降低，可以作為帶有非常高的性能的濾波器的天線而發揮作用。
所述濾波器的另一個電極和所述給電端子電極的電氣性連接，例如，可以由通過埋入所述介質薄片上設置的接觸孔內的導體構成的通路孔插塞進行。
采用本發明的內置濾波器的天線的搭載結構，權利要求1所述的內置濾波器的天線，搭載到至少具有屏蔽層及布線層的層疊結構的電路基板上，所述給電端子電極與該電路基板內設置的內部布線電連接，通過該內部布線，使設置在所述電路基板表面的電子部件和所述給電端子電極電連接。采用這種結構后，與給電端子電極連接的給電線，可以使用內部布線，使其完全不外露，在被屏蔽板屏蔽的狀態下，與構成電子電路的部件連接，所以可以得到特性非常高的收發機。
圖1A～1C是表示采用本發明的內置濾波器的天線的一種實施方式的說明圖。
圖2A～2B是表示圖1所示的層疊介質塊內的濾波器的結構示例的圖形。
圖3是表示圖1所示的通路孔插塞的結構示例的圖形。
圖4是將圖1所示的內置濾波器的天線搭載在電路基板上的例子的剖面說明圖。
圖5是表示研究圖6的特性的裝置的概要的圖形。
圖6A是采用本發明的天線增益的頻率特性圖，圖6B是采用現有技術的結構的天線增益的頻率特性圖。
圖7A～7b是將現有技術的內置濾波器的天線搭載在電路基板上的狀態的說明圖。
具體實施例方式
下面，參照附圖，講述本發明的內置濾波器的天線。采用本發明的內置濾波器的天線，其一種實施方式的結構的說明圖，如圖1A～1C所示，一面形成有導電體膜的介質薄片31，被至少構成1個濾波器2地層疊，形成層疊介質塊3。再在該層疊介質塊3上固定設置輻射元件1，并使輻射元件1與濾波器2的未圖示的一個電極電連接。另外，濾波器2的另一個電極22，通過通路孔插塞33及布線34，與設置在層疊介質塊3的外面的給電端子電極4連接。在本發明中，其特征在于該給電端子電極4，如圖1C用背面圖所示，只設置在將該層疊介質塊3往未圖示的電路基板上搭載之際與電路基板相對的面——搭載面B上，不從層疊介質塊3的向外部露出的側面上露出地形成。
在圖1所示的例子中，只圖示出1個輻射元件1和1個頻帶信號對應的濾波器2。但例如蜂窩用的AMPS/PCS、衛星定位系統(GPS)或藍牙(BT)等，為了能夠收發多個頻帶的信號，可以將多個輻射元件1(也有將1個輻射元件1用于多個頻帶的情況)及多個頻帶信號用的濾波器2，在1個層疊介質塊3上安裝、制造。此外，在1個層疊介質塊3中制造2個以上頻帶用的濾波器2時，各頻帶用濾波器2的每個塊，最好在層疊介質塊3內形成縱向的屏蔽壁，以免相互干涉。該屏蔽壁，可以采用與后文將要講述的帶狀通路孔插塞同樣的方法形成。
輻射元件1，在圖示的例子中，由通過介質層設置在接地導體35上的補丁狀的輻射電極構成。但也可以采用使帶狀導體或由帶狀導體圖案化的輻射電極等與給電電極電容耦合的的陶瓷天線等其它結構，還可以采用設置在層疊介質塊3的側面的結構。
濾波器2，如后文所述，在層疊介質塊3內，形成電感器L、電容器C及共振器，例如，如圖2A所示，連接后形成，使單體的濾波器或低通濾波器LPF、高通濾波器HPF、還和共振器一起組合帶通濾波器BPF、帶阻濾波器等至少2個濾波器后形成的濾波器組，從而可以形成只使所希望的頻帶通過的結構。該濾波器2的一個電極21，與輻射元件1電連接；另一個電極22，與給電端子電極4電連接。另外，裝入2個以上的頻帶用輻射元件及濾波器時，例如設置AMPS(0.8GMz)/PCS(1.8GMz)的蜂窩用和GPS(1.5GMz)用時，與GPS用天線連接的濾波器，如圖2B所示，將斷開(截止)低于1.4GMz的頻帶的高通濾波器HPF及斷開高于1.6GMz的頻帶的低通濾波器LPF連接，進而為了可靠地斷開接近1.5GMz的1.8GMz頻帶而插入1.8GMz帶的帶阻濾波器BEF，從而還可以形成可靠地防止對方的信號干擾的結構。其它的頻帶，只要改變L、C的大小及連接即可形成。
層疊介質塊3，其剖面說明圖如圖1B所示，例如，在陶瓷薄片(印刷電路板)31的一面通過印刷等使導電膜形成所希望的形狀，就象隔著為了形成上述濾波器2的、構成電感器等的帶狀線L及介質薄片31形成導電體膜，從而形成電容器C等那樣，另外就象形成連接電感器L和電容器C的通路孔插塞32，和后文將要講述的連接濾波器2的另一個電極22與給電端子電極4的通路孔插塞33及布線34那樣，在各介質薄片31上用所希望的圖案形成導電體膜，或者將在幾乎整個面上形成屏蔽用導電體膜35的元件等，與陶瓷薄片31重疊后以沖壓的狀態切斷、燒結，從而在外形上形成例如(2～30mm)×(2～30mm)左右的大小、0.5～7mm左右的厚度。
連接濾波器2的另一個電極22和給電端子電極4的通路孔插塞33及布線34，為了不將電極22通過層疊介質塊3的側面導出底面側，經過層疊介質塊3的內部直接從層疊介質塊3的底面(搭載面B)導出而形成。在圖1所示的例子中，通過布線34連接兩個通路孔插塞33。但這是在電極22和給電端子電極4在平面上錯開時或電極22和介質塊3的底面的距離較大時，如果在數枚介質薄片的同一個部位形成通路孔插塞后，該部分就會變厚，所以在需要在平面上不同的位置錯開后形成通路孔插塞33等時，為了使通路孔插塞33的位置錯開而形成的。可是，沒有這個必要時，也可以用一個通路孔插塞33直接將濾波器的另一個電極22和給電端子4連接隔著陶瓷薄片31連接上下的導電體膜時，利用在陶瓷薄片31上形成的接觸孔(貫通通路孔)內埋入導電體后連接的通路孔插塞32、33連接。該通路孔插塞32、33，如圖3所示，圖1B所示的通路孔插塞部32的直角方向的剖面說明圖所示，形成帶狀，從而能夠增大連接的截面積，防止高頻電阻及電感的增加，能夠一面用層疊結構形成濾波器，一面形成高特性的濾波器。為了制作該帶狀的通路孔插塞32、33，可以通過將陶瓷薄片31上設置的接觸孔做成細長的槽狀后形成。
為了制造這種層疊介質塊3，例如利用成形模具，在100μm左右的厚度的陶瓷薄片31上形成通路孔插塞用的接觸孔及細長的槽，通過導電體膏的印刷等形成其槽內及必要的帶狀線。然后，如前所述，將數10枚重疊后擠壓、固定、切斷成一個個層疊介質塊的大小，或者在形成切斷用槽后通過燒結形成，從而形成濾波器電路及通路孔插塞32、33等。此外，在該層疊介質塊3的表面及側面、底面等處形成接地導體36時，可以在其側面通過印刷等設置銀膏等的導電體后形成。
給電端子電極4，和形成上述的輻射元件1及接地導體36情況相同，通過印刷等設置、燒成銀膏等導電材料，從而與通路孔插塞33連接。
這種內置濾波器的天線，通常直接搭載到形成信號處理電路等的電路基板上后，裝入手機等的殼體內。本發明的給電端子電極4不露出層疊介質塊3的側面的結構的內置濾波器的天線5，作為電路基板，通過使用在如圖4所示的那種絕緣片61上形成屏蔽層63和給電線62等至少一層布線層等的層疊結構的電路基板6(在圖4所示的例子中，屏蔽層63設置在上下的外面，但既可以只設在一個面上，也可以設在其內部)，能夠用完全的屏蔽狀態使給電端子電極4和例如接收信號處理電路的低噪聲放大器65連接，能夠幾乎完全排除在給電端子電極4和電子電路之間的耦合。可是，即使直接將給電端子電極與圖7所示的現有技術的安裝結構——電路基板表面的給電線連接，也由于給電端子電極完全位于層疊介質塊的里側，所以給電端子電極和電路基板上的電子電路相互耦合受到非常好的抑制，提高了相互間的隔離特性。
將采用本發明的內置濾波器的天線與在電路基板表面設置的給電線連接后，其對頻率而言的放大關系——天線的頻率特性，與現有技術的在跨越層疊介質塊的側壁上設置給電端子電極的結構的內置濾波器的天線進行了比較研究。該特性檢查，如圖5所示，是例如將測試用的天線72安裝到手機等的殼體71上，在殼體71內安裝搭載內置濾波器的天線5的電路基板6，從測試用的天線72發射0.8～4GHz的各頻率的信號時，分析接受信號引起的增益的頻率特性。此外，作為內置濾波器的天線5，使用了藍牙用的2.4GHz頻帶天線。圖6A是將采用本發明的內置濾波器的天線直接與在電路基板表面設置的給電線連接后的情況，圖6B是如圖7所示的那種在側面也設置給電電極端子的結構的天線特性。
由圖6可知采用本發明后，在1.76GHz以下及3.04GHz以上的頻帶中，出現非常大的衰減(在所希望的2.4GHz帶以外的頻帶中衰減是最理想的)，與此不同，在現有技術的結構的圖6B中，則表現出即使是離開的頻帶，其衰減也小，作為雜音容易混入。可以認為這是由于在濾波器內置中，裝入使2.4GHz帶以外的頻帶的信號衰減的濾波器，在本發明中，利用該濾波器的作用，使2.4GHz帶以外的頻帶衰減；而在現有技術的結構中，有用給電端子電極直接接收的電波，由于該電波不通過濾波器，所以不能夠除去的緣故。就是說，給電端子電極露出外部后，非常容易接受外部雜音的影響，而且也容易產生該給電端子電極和接收電路的相互作用。這種傾向，不局限于藍牙用天線，在GPS用天線及蜂窩用天線中也能夠得到同樣的結果。
采用本發明后，內置濾波器的天線的給電端子電極，只設置在與搭載的電路基板相對的搭載面上，在露出外部的側壁上沒有設置。另一方面，在層疊介質塊內，在很大的范圍內適當設置的導電膜，發揮著屏蔽板的作用，還能在給電端子電極的周圍設置接地導體，另外還能使電路基板也具有屏蔽板的功能，所以能夠切實抑制與外部的干涉。因此，接收的信號不會不通過濾波器而直接進入給電端子電極，給電端子電極還不會和電路基板上的電子電路進行電磁場耦合后相互作用。其結果，在極大地提高隔離特性(在給電端子電極與近鄰的電子電路之間的耦合度很小)的同時，還能夠大大抑制外部雜音的影響，提高天線特性。
進而，采用本發明后，由于不在層疊介質塊3的側面形成給電端子電極，所以可以將電路基板上形成的電子電路和內置濾波器的天線非常靠近地配置，有利于電路基板的小型化。進而，作為電路基板，使用內部具有布線的層疊結構體的電路基板，從而能夠在完全屏蔽的狀態下進行給電端子電極和電子電路的部件的電連接，能夠在進一步提高隔離特性的同時，還由于具有完全的屏蔽功能，所以即使與遠處的電子部件連接，也毫無障礙，產生增大在電路基板上配置部件的自由度的效果。
采用本發明后，由于將天線和濾波器一體化的內置濾波器的天線的給電端子電極，形成難以與外部干涉的結構，所以可以大幅度抑制與搭載內置濾波器的電路基板的相互作用，可以得到使收發特性大幅度提高的內置濾波器的天線。而且，在使濾波器和天線一體化的基礎上，由于能夠使內置濾波器的天線和電路基板上的電子電路靠近配置，所以在手機等便攜式機器特別要求小型化時，也能有利于其小型化。
進而，使用采用本發明的內置濾波器的天線時，作為電路基板，使用層疊結構的基板，通過被屏蔽的內部布線與電子電路連接，從而能夠進一步提高隔離特性。
采用本發明后，能夠一面完全屏蔽給電端子電極，一面與電路基板的給電線連接，外部雜音不直接乘坐給電端子電極，而且即使其它頻帶的信號出現在給電端子電極上，也不會與不同頻帶的接收電路等耦合。其結果，可以作為蜂窩用、GPS用、藍牙用等在多頻帶中使用的、宜于搭載到手機及便攜式終端機等上的小型、高性能的天線加以利用。
權利要求
1.一種內置濾波器的天線，包括在一個面上形成有導電體膜的介質薄片，至少構成1個濾波器地層疊后形成的層疊介質塊；在被固定設置到該層疊介質塊上的同時，還與所述濾波器的一個電極電連接的輻射元件；以及設置在所述層疊介質塊的外面，與所述濾波器的另一個電極電連接的給電端子電極，該給電端子電極，設置在將所述層疊介質塊搭載到外部的電路基板上之際相對向的面——搭載面上，連接所述濾波器的另一個電極與所述給電端子電極的連接布線，以不露出所述層疊介質塊的搭載面以外的外面的形態形成。
2.如權利要求1所述的內置濾波器的天線，其特征在于所述濾波器的另一個電極與所述給電端子電極的電連接，由通過埋入所述介質薄片上設置的接觸孔內的導體構成的通路孔插塞進行。
3.如權利要求2所述的內置濾波器的天線，其特征在于所述通路孔插塞，在所述介質塊的平面位置上的不同位置設置2個以上，該2個以上的通路孔插塞，通過在構成所述介質塊的介質薄片上設置的布線連接。
4.如權利要求2所述的內置濾波器的天線，其特征在于所述通路孔插塞，通過向所述介質薄片上設置的細長的槽狀的接觸孔內埋入導電體后形成帶狀，從而增大通路孔插塞的截面積。
5.如權利要求1所述的內置濾波器的天線，其特征在于所述濾波器，由包括低通濾波器、高通濾波器及帶阻濾波器中至少2個的濾波器組構成。
6.如權利要求1所述的內置濾波器的天線，其特征在于所述輻射元件，能夠收發2個以上的頻帶的信號；而且所述濾波器，形成2個以上，以便能夠收發所述收發的2個以上的頻帶的信號。
7.如權利要求6所述的內置濾波器的天線，其特征在于所述2個以上的濾波器中的1個，包括除去用另一個濾波器收發的信號的頻帶的信號帶阻濾波器。
8.如權利要求6所述的內置濾波器的天線，其特征在于由所述輻射元件收發的2個以上的頻帶，包括蜂窩用、GPS用及藍牙用的至少2種。
9.如權利要求6所述的內置濾波器的天線，其特征在于所述2個以上的濾波器，通過經在所述介質薄片上形成的帶狀的通路孔插塞與所述介質塊的介質薄片垂直的方向形成的屏蔽壁，互不干涉。
10.一種內置濾波器的天線的搭載結構，將權利要求1所述的內置濾波器的天線，搭載到至少具有屏蔽層及布線層的層疊結構的電路基板上，所述給電端子電極與該電路基板內設置的內部布線電連接，通過該內部布線，使設置在所述電路基板表面的電子部件與所述給電端子電極電連接。
全文摘要
一種內置濾波器的天線，一面形成導電體膜的介質薄片(31)，被至少構成1個濾波器(2)地層疊，形成層疊介質塊(3)。再在該層疊介質塊(3)上固定設置輻射元件(1)，使輻射元件(1)與濾波器(2)的一個電極電連接。濾波器(2)的另一個電極，通過通路孔插塞33及布線34，被導出層疊介質塊(3)的搭載面B(與被搭載的電路基板相對的面)，與設置在將該搭載面B上的給電端子電極(4)電連接。其結果，可以得到即使直接搭載到電路基板上，在電路基板上的電子電路和天線的給電端子電極之間也不會相互干涉，在提高隔離特性的同時，還能提高收發特性的結構。
文檔編號H01Q1/38GK1666380SQ0381551
公開日2005年9月7日 申請日期2003年7月3日 優先權日2002年7月5日
發明者龜田省三郎, 市川博, 葛俊祥 申請人:株式會社友華, 宇部興產株式會社