CN100468865C

CN100468865C - 复合天线

Info

Publication number: CN100468865C
Application number: CNB2005100064432A
Authority: CN
Inventors: 稻继进; 藤川和彦; 瀬川政美
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2004-02-09
Filing date: 2005-02-01
Publication date: 2009-03-11
Anticipated expiration: 2025-02-01
Also published as: US7193571B2; CN1655399A; EP1564840A2; EP1564840A3; US20050174291A1

Abstract

一种复合天线，其包括以下结构，包括：具有事先设定的形状的接地导体板(12)；配置在该接地导体板(12)上具有规定的元件间隔(220)对向的位置上的多个天线元件(16)；以及介由传送路径以同相向所述天线元件(16)供电的供电端子(15)，其相对接地导体板(12)的中心对称的位置上配置该天线元件(16)以及所述供电端子(15)，即使增加到大于或等于三频率的动作频率，其仍是薄型、小型且能够具有规定的指向特性。

Description

复合天线

技术领域

本发明涉及用于车载用等的移动无线装置中的复合天线。

背景技术

近年来，一般都使用棒状的、具有一个动作频率的单极天线作为车载用等的移动无线装置中所使用的天线。但是，单极天线的线路长(天线长)必须大于或等于动作频率波长的大约1/4。因此，其不适于搭载在车辆等移动体的情况和用于可搬型。

另外，在车辆等移动体中，汽车电话、GPS、VICS(道路交通信息通信系统)或者数据通信等服务的多样化正逐步发展。因此，若按照其各个用途来在移动体中搭载单极天线，则会增加天线的设置台数。另外，因为这些天线一般都被安装在车体外部，所以若安装很多天线则会对汽车产生美观上的问题。因此，提出了能够对应这些多个用途所必要的多个动作频率且小型的复合天线。该复合天线安装在车体的内部或者外部。

图6是日本专利特开2000-183643号公报中揭示的复合天线的纵剖面图。该复合天线700是将第一天线500和平面天线600形成一体而构成的。

第一天线500由接地导体板510、天线元件530、供电端子520以及短路端子540构成。接地导体板510由导电板构成。此外，天线元件530由比接地导体板510小的导电板构成，其相对上述接地导体板510隔开事先设定的间隔与它平行配置。对于供电端子520来说，在天线元件530的中心其一端供电点521被电连接，同时，其另一端以被绝缘的状态贯通接地导体板510的中心而在接地导体板510的里侧与信号源400连接。此外，短路端子540由导电材料构成，在距离接地导体板510的中心规定距离650的位置上，电连接天线元件530和接地导体板510。

平面天线600构成如下，包括:载置于上述天线元件530的上面的平面状的天线元件630；供电端子620，其一端通过供电点621与该天线元件630电连接，同时其另一端相对接地导体板510以及短路端子540保持绝缘状态而贯通，在接地导体板510的里侧与信号源450连接的。

根据以上的结构，该复合天线700能够使用第一天线500进行动作频率fa、通过平面天线600进行动作频率fb的两频率的收发信号动作。

然而，若使该现有的复合天线对应大于或等于三频率的动作频率，则有必要提高复合天线的整体高度。即，为了对应大于或等于三频率，有必要在第一天线500上形成与该第一天线500相同的第二天线，另外，因为在该第二天线的上面有必要载置平面天线600而构成，所以存在每次增加动作频率就使高度增高的问题。

另外，在日本专利特开平08-237025号公报中，揭示了能够使用外观上看一个天线来对应多种通信服务器的复合型平面天线。该复合型平面天线包括:通过短路部件来短路地导体板和金属制装载板而形成的金属装载折叠单极天线、配置支持在上述装载板上方的一个至多个天线、以及贯通金属装载折叠单极天线并向上述一个至多个天线供电的供电部件。此时，也存在与上述相同的为了对应三频率以上而要增高天线的整体高度的问题。

本发明是为了解决现有的问题而开发的，其目的在于提供一种即使增加到大于或等于三个频率的动作频率也轻薄且小型的复合天线。

发明内容

为了实现上述目的，本发明的复合天线包括以下结构:具有事先设定的形状的接地导体板；配置在所述接地导体板上，在所述接地导体板的相互对置的位置上具有规定的元件间隔的多个天线元件；以及介由传送路径以同相向所述天线元件供电的供电端子，在相对所述接地导体板的中心对称的位置上配置所述天线元件，在相对所述接地导体板的中心对称的位置上配置所述供电端子；其中，在所述接地导体板的各自端部配置所述天线元件并在所述接地导体板的中央部设置空间部；距离所述天线元件的中心规定的偏移距离配置所述供电端子；在相对所述接地导体板的中心对称的位置上且与所述供电端子并列设置电连接所述天线元件和所述接地导体板的短路端子；对应所收发的电波的指向特性设定所述天线元件的元件间距离；所述多个天线元件中的每一个与所述接地导体板之间的间隔为一定。

另外，在上述结构中，可以在接地导体板的各自端部配置天线元件并在接地导体板的中央部设置空间部。

此外，可以是距天线元件的中心规定的偏移距离而配置供电端子的结构。

另外，也可以是在相对接地导体板的中心对称的位置上且与供电端子并列设置有电连接天线元件和接地导体板的短路端子的结构。

此外，也可以是对应所收发的电波的指向特性来设定天线元件的元件间距离的结构。

另外，也可以是设电连接供电端子以及天线元件的供电点到天线元件的一端部的距离为第一距离L1，设供电点到天线元件的另一端部的距离为第二距离L2，分别设定所述第一距离L1与第二距离L2为相当于对应各自不同的动作频率的波长的1/4的长度的结构。

通过这种结构，因为能够在接地导体板的中央形成空间部，所以能够在该空间部配置公知的平面天线等。若在这样的空间部内配置平面天线，则即使动作频率增加到大于或等于三频率也能够将复合天线维持在低高度。

此外，通过在接地导体板的端部配置多个天线元件而能够使接地导体板形成规定形状，并容易得到设定的指向特性。

另外，通过分别距天线元件的中心离开规定的偏移距离来配置供电端子而能够很容易得到两频率的动作频率。

另外，通过在相对接地导体板的中心对称的位置上且与供电端子并列设置电连接天线元件和接地导体板的短路端子，由于短路端子也和供电端子同相被激励而能够增大激励强度。其结果，能够进一步实现低高度的复合天线。

如上述那样根据本发明，即使动作频率增加到大于或等于三频率，也能够得到薄型、小型的复合天线，且能够赋予规定的指向特性，可用于车载用等的移动无线装置等中。

附图说明

图1是本发明的一实施例的复合天线的纵剖面图；

图2是该实施例的复合天线的立体图；

图3是在该实施例的复合天线的各部份中流动的高频率电流的模式图；

图4是在该实施例的复合天线中求出的改变两个天线元件的元件间距离L3后的复合天线的X轴方向的激励强度和Y轴方向的激励强度的差的关系的图；

图5是说明该实施例的变形例的复合天线结构的平面示意图；

图6是现有的复合天线的纵剖面图。

具体实施方式

以下参照附图对本发明的实施例进行详细说明。另外，在以下的附图中对相同要素标注相同标号并省略说明。

图1是本发明一实施例的复合天线1的纵剖面图，图2是其立体图。其中，本实施例的复合天线1表示的是能够对应两频率的结构。基板10隔着中央部的绝缘板11在两面设置铜箔等良导电体，由下面通过对铜箔等进行蚀刻加工等而形成的传送路径13和其上面的一边长度为L的大致正方形状的接地导体板12构成。

并且，两个天线元件16相对接地导体板12设置规定的元件间隔220而对向配置。各供电端子15的一端通过供电点18与该两个天线元件16电连接。另外，各个供电端子15的另一端相对接地导体板12保持绝缘状态而贯通来与基板10里侧的传送路径13连接，介由该传送路径13与信号源19连接。

这里，从信号源19的供电路径是介由传送路径13、各个供电端子15以及供电点18以同相向各个天线元件16供电的。

此外，天线元件16、供电端子15以及短路端子17位于相对接地导体板12的中心230分别对称的位置上，且配置在接地导体板12的端部。此外，各自为大致相同的形状。短路端子17电连接两个天线元件16和接地导体板12，与各个供电端子15并列配置。另外，短路端子17和供电端子15如图所示距各自的天线元件16的中心线(图中的240-240所表示的线)离开规定的偏移距离200配置。

同时，希望两个天线元件16的配置位置位于各自的天线元件16不从接地导体板12的外周端部的上方延长线上延伸的范围内。

并且，短路端子17和供电端子15如上所述距上述天线元件16的中心线(由240-240所表示的线)离开规定的偏移距离200而配置。在这种结构中，从短路端子17以及供电端子15到天线元件16的一端部的距离(以下，称为第一距离)L1和从短路端子17以及供电端子15到天线元件16的另一端部的距离(以下，称为第二距离)L2具有不同的距离。该第一距离L1被设定为动作频率f1的大致1/4波长的长度。该第二距离L2被设定为动作频率f2的大致1/4波长的长度。因此，接地导体板12的一边的长度L与L1以及L2的关系为L≥L1+L2。同时，在图2中，设定L>L1+L2。

本实施例的复合天线1根据这种结构能够对应两个动作频率。即，在该复合天线1的送信动作中，来自信号源19的高频信号介由供电路径以同相向两个天线元件16供电。因此，两个天线元件16好像作为一个天线元件同时动作。并且，对于各个天线元件16来说，分别激励对应第一距离L1的动作频率f1以及对应第二距离L2的动作频率f2，根据这些动作频率向空中放射电波。

另一方面，当接收信号时，在各个天线元件16中，在第一距离L1侧激励动作频率f1，在第二距离L2侧激励动作频率f2，这些频率的信号在上述供电路径中反向传送给信号源19并输入到高频率电路(图未示出)中来进行收信动作。

同时，在本实施例中，两个天线元件16是使第一距离L1和第二距离L2不同来对应两个动作频率而构成的。但是，本发明并不局限于此。例如，若第一距离L1和第二距离L2相同，则也能够对应一个动作频率。

同时，短路端子17实现阻抗匹配，其能够对应两个天线元件16的阻抗以及动作频率来设定供电端子15以及短路端子17的端子间距离210。

接着对复合天线1放射的电波的放射方向(以后，称为指向特性)和得到规定指向特性的方法进行说明。

图3是在复合天线1的各部分中流动的高频率电流的模式图。另外，在图3中还图示有用于表示复合天线1的三维方向的坐标轴(X轴、Y轴、Z轴)。该复合天线1的情况，高频电流以同相向两个天线元件16供电。因此，分别同时在两个天线元件16内流动高频率电流B1、B2，在接地导体板12内流动高频率电流C1、C2，在两个供电端子15内流动高频率电流D1、D2。

并且，在两个天线元件16内同时流动的高频率电流B1、B2因为大小相同且方向相反而互相抵消。此外，在接地导体板12内同时流动的高频率电流C1、C2也因为大小相同且方向相反而互相抵消。其结果，图3所示的X轴方向(水平方向)的高频率电流的矢量总和为零。因此，X轴方向的高频率电流对指向特性没有帮助。即，有助于指向特性的是在两个供电端子15内沿着Z轴方向(垂直方向)流动的高频率电流D1、D2，其是同相的。

即，复合天线1的指向特性是通过Z轴方向的高频率电流的电磁场的产生而以Z轴为中心沿着XY轴方向放射电波的特性。

图4是求出改变两个天线元件16的间隔、即改变元件间距离L3后的复合天线1的X轴方向的激励强度和Y轴方向的激励强度的差的关系的图。横轴为元件间距离L3，从动作频率求出的波长作为基准来表示，单位为波长λ。此外，纵轴是X轴方向的激励强度和Y轴方向的激励强度的差。从图4的指向特性图可以看出，若改变元件间距离L3，则激励强度差也变化。即，当元件间距离L3为零时，沿着X轴方向和Y轴方向的各自方向形成具有相等的激励强度的同心圆状的指向特性。因为随着元件间距离L3的增大则X轴方向的激励强度也变大，所以激励强度差增加。对于该激励强度差来说，当元件间距离L3是从动作频率f1求出的波长λ的1/2、即0.5λ时表示最大值，大于或等于该值时急剧减少。当该激励强度差是表示最大值的元件间距离L3＝0.5λ时，可得到所谓的椭圆形状的指向特性。

当汽车电话等的固定台和移动体无线装置之间收发信号时，在电波的收发信号方向(发射方向)存在指向特性的情况。此时，为了使用具有同心圆状的指向特性的现有的单极天线等进行良好的收发信号，有必要增大收发信号电力，或者进行改变天线的指向等的动作。但是，在本发明的复合天线中，只要将两个天线元件16的元件间距离L3设定适当能够得到规定的偏波面和指向特性。因此，即使配置在车体内外部的任意位置上都能够得到所要求的偏振面和指向性。

作为该复合天线1的一个例子，对应用在对应两频率(900MHz带和2000MHz带)的移动体无线装置中的情况的形状来说，接地导体板12的外形尺寸L大约为110mm，接地导体板12和天线元件16的元件间隔220大约为小于或等于20mm。对这样构成的两频率的复合天线20来说，确认900MHz带和2000MHz带都能够充分确保作为移动体无线装置的动作所必要的带域。

根据本实施例，相对接地导体板12的中心230对称配置相对接地导体板12具有规定元件间隔220而对向配置的两个天线元件16。其结果，在接地导体板12的中央能够形成空间部，在该空间部配置公知的平面天线而能够很容易收发大于或等于三频率。另外，即使这样配置平面天线，作为复合天线的整体高度也不增加，从而能够保持低高度结构。

此外，通过将两个天线元件16配置在接地导体板12的端部而能够原样保持接地导体板12的形状和收发信号功率，同时能够得到可沿着规定方向收发信号的指向特性。

另外，通过距天线元件16的中心离开偏移距离200来配置供电端子15而能够不使用新的结构部件很容易地对应两频率。

此外，因为相对供电端子15并列设置短路端子17，所以由于该短路端子17与供电端子15也同相激励而使得激励更强化。这样还能够实现低高度化结构。

另外，在本实施例中，对天线元件为两个、接地导体板为四边形的情况进行了说明，但是本发明并不局限于此。例如，如图5所示也可形成复合天线50。图5是用于说明本实施例变形例的复合天线50结构的平面示意图。该复合天线50是相对圆形的接地导体板100的中心250等角度(θ1＝120°)配置相同形状的三个天线元件160而构成。对于这三个天线元件160来说，因为是与在本实施例中说明的结构相同的结构而省略说明。在该复合天线的情况下，能够使在多个复合天线元件和接地导体板中相互流动的高频电流的矢量总和为零，能够得到与本实施例的复合天线1同样的效果。此外，并不限于上述结构，也可以是在多个天线元件和接地导体板中相互流动的高频电流的矢量总和为零的结构。

Claims

1.一种复合天线，包括以下结构:

具有事先设定的形状的接地导体板；

配置在所述接地导体板上，在所述接地导体板的相互对置的位置上具有规定的元件间隔的多个天线元件；以及

介由传送路径以同相向所述天线元件供电的供电端子，

在相对所述接地导体板的中心对称的位置上配置所述天线元件，在相对所述接地导体板的中心对称的位置上配置所述供电端子；其中，

在所述接地导体板的各自端部配置所述天线元件并在所述接地导体板的中央部设置空间部；

距离所述天线元件的中心规定的偏移距离配置所述供电端子；

在相对所述接地导体板的中心对称的位置上且与所述供电端子并列设置电连接所述天线元件和所述接地导体板的短路端子；

对应所收发的电波的指向特性设定所述天线元件的元件间距离；

所述多个天线元件中的每一个与所述接地导体板之间的间隔为一定。

2.如权利要求1所述的复合天线，其中，

设从所述短路端子和所述供电端子到所述天线元件的一端部的距离为第一距离L1，设从所述短路端子和所述供电端子到所述天线元件的另一端部的距离为第二距离L2时，分别设定所述第一距离L1与所述第二距离L2为相当于对应各自不同动作频率的波长的1/4的长度。