CN101297439A - 天线装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种可以降低输入阻抗，并表现出宽带特性的天线装置。该天线装置，是具备平板状的第一辐射板及第二辐射板、和与第一辐射板及第二辐射板电连接馈电部的天线装置，其特征在于，第一辐射板及第二辐射板组合了俯视形状不同的辐射板，并至少具备一个与所述馈电部相连接且边部两端的角部形成为弧形的第一辐射板。

Description

天线装置

技术领域

本发明涉及一种天线装置，尤其涉及一种具备多个辐射板的天线装置。

背景技术

以往，作为具备多个辐射板的天线装置，已知使辐射板中的至少一个接地作为接地板而使用的单极型天线装置，和具备两张同形状的辐射板的偶极型天线装置等。

作为单极型天线装置的一例，如图14所示，可举出具备俯视为梯形的第一辐射板50和比第一辐射板50大的矩形的第二辐射板51的天线装置52。第一辐射板50及第二辐射板51由导电性材料形成，第二辐射板51通过公知的接地单元53接地而起接地板的作用。配置第一辐射板50的上底和第二辐射板51的长边基本平行且设有宽度为g的间隙，从间隙一侧通过馈电部54供电。这里，第一辐射板50被形成为上底为12mm、下底为32.5mm、高为15mm；第二辐射板51被形成为长边为40mm、短边为20mm。

利用这样的单极型天线装置52，如果从馈电部54向第一辐射板50供电，则如图14中箭头所示，电流从馈电部54沿第一辐射板50的两个侧边流动。于是，在第二辐射板51中形成第一辐射板50的镜像(图14中虚线)，所以，由第一辐射板50和第二辐射板51这两者收发电波。

作为偶极型天线装置的一例，如图15所示，可举出具备俯视为梯形的两块辐射板55、55的天线装置56。辐射板55的上底彼此之间设有预定宽度的间隙且被配置为基本平行。此外，在辐射板55的上底的中心，连接向各辐射板55供电的馈电部57。这里，辐射板55的上底为15mm，下底为32.5mm，高为15.16mm。

利用这样的偶极型天线装置57，通过从馈电部57向各辐射板55供电，如图15中箭头所示，电流沿各辐射板55的侧边流动着收发电波。已知通过使辐射板55的形状形成自相似形状，使天线特性宽带化。

此外，如专利文献1所示，开发了一种用自由度高的形状的辐射板并具备宽带特性的天线装置。利用这样的天线装置，在辐射板间的间隙的预先确定的位置上具备馈电部，从馈电部供给的电流容易向形成自相似形状的方向传输，得到了宽带特性。

专利文献1：日本专利申请公开特开2005-117363号公报。

但是，以往的天线装置中，有输入阻抗难以降低、高达约200～300Ω的问题。所以，有以下问题：当用一般的微波电路中所用的50Ω制的传送线路直接供电时，不进行阻抗匹配就供电的电力将被大幅地反射，不能有效地进行电波的收发。进而，在通过不平衡-平衡变换电路和阻抗变换电路连接50Ω制的传送线路的情况下，也有天线装置自身大型化的问题。

发明内容

本发明是鉴于这样的问题点而研发的，目的在于提供一种能够降低输入阻抗，并且表现出宽带特性的天线装置。

为了解决上述问题，第1方面所述发明是一种具备多个平板状的辐射板和与所述各辐射板电连接的馈电部的天线装置，其特征在于，

以组合了俯视形状不同的构件的方式具备所述辐射板，并至少具备一个与所述馈电部相连接且底边部两端的角部形成为弧形的辐射板。

根据第1方面所述的发明，组合了俯视形状不同的辐射板，沿辐射板的边缘部分的电流的流动路径各自不同。由于天线装置的谐振频率由电流的流动路径所决定，因此如果辐射板的俯视形状不同，则谐振频率也变得不同。

此外，由于与馈电部相连接的边部两端的角部形成为弧形，所以来自馈电部的电流容易沿辐射板的边部两端的角部流动，可以降低输入阻抗。

第2方面所述的发明的特征在于，在第1方面所述的天线装置中，

与所述馈电部相连接的边部两端的角部形成为弧形的辐射板的俯视为半圆形。

根据第2方面所述的发明，与馈电部相连接的边部两端的角部形成为弧形的辐射板的俯视是半圆形状，电流容易从馈电部沿辐射板的两个侧边呈弧形流动，可以进一步降低输入阻抗。

第3方面所述的发明的特征在于，在第2方面所述的天线装置中，

具备两块所述辐射板，另一块所述辐射板的俯视为梯形。

根据第3方面所述的发明，由于组合地采用俯视为半圆形的辐射板和俯视为梯形的辐射板，所以是使来自馈电部的电流容易沿辐射板的两个侧边呈弧形流动的辐射板和与馈电部相连接的边部是直线的辐射板的组合。从而，既可以降低天线装置的输入阻抗又可以灵活地调整该输入阻抗。

第4方面所述的发明的特征在于，在第1至第3方面中任意一项所述的天线装置中，

所述辐射板中的至少一个接地。

根据第4方面所述的发明，由于辐射板中的至少一个接地，所以该辐射板起如果电流向辐射板流动则形成其镜像的接地板的作用。

发明的效果

根据第1方面所述的发明，由于谐振频率根据辐射板的不同而不同，所以与采用同一形状的多个辐射板相比可以增加谐振点的数量，从而可以宽带化。此外，由于采用与馈电部相连接的边部两端的角部形成为弧形的辐射板，可以降低输入阻抗。据此，可以作为低输入阻抗且呈现宽带特性的天线装置。

根据第2方面所述的发明，可以有效地降低输入阻抗。

根据第3方面所述的发明，通过采用使来自馈电部的电流容易沿辐射板的两侧边呈弧形流动的辐射板，可以降低天线装置的输入阻抗。此外，通过采用与馈电部相连接的边部是直线的辐射板，通过调整该边部的长度尺寸可以容易地且灵活地调整输入阻抗。据此，能够降低天线装置的输入阻抗，并且能够容易地进行调整。

根据第4方面所述的发明，由于辐射板中的至少一个起接地板的作用，所以也可以应用于单极型天线装置。

附图说明

图1是第一实施方式的天线装置的俯视图。

图2是辐射板的边部两端的角部形成为弧形的说明图。

图3是第一实施方式的天线装置与现有的天线装置的VSWR特性曲线的图。

图4是第一实施方式的天线装置与现有的天线装置的输入电阻及输入电抗的图。

图5是使第一实施方式的天线装置中的间隙的宽度变化后的VSWR特性的变化的图。

图6是使第一实施方式的天线装置中的间隙的宽度变化后的输入电阻及输入电抗的变化的图。

图7是第二实施方式的天线装置的俯视图。

图8是第二实施方式的天线装置与现有的天线装置的VSWR特性曲线，是使第二实施方式的天线装置中的间隙的宽度变化后的VSWR特性的变化的图。

图9是使第二实施方式的天线装置中的间隙的宽度变化后的输入电阻及输入电抗的变化的图。

图10是第三实施方式的天线装置的俯视图。

图11是第三实施方式中的半圆-梯形偶极天线装置、以往的平衡梯形偶极天线装置、和不平衡梯形偶极天线装置的VSWR特性曲线的图。

图12是第三实施方式的天线装置的变形例的俯视图。

图13是第三实施方式的天线装置的变形例的俯视图。

图14是现有的单极型天线装置的俯视图。

图15是现有的偶极型天线装置的俯视图。

附图标记说明

1、10、12：天线装置

2、11、14：第一辐射板

3、13：第二辐射板

4：支持基板

5：馈电部

6：接地单元

具体实施方式

以下，参照附图说明本发明中的天线装置的实施方式。但本发明的范围并不限于图示例的说明。

[第一实施方式]

本实施方式的天线装置1是具备俯视基本呈梯形的第一辐射板2和俯视呈矩形且接地的第二辐射板3的单极型天线装置1。

首先，说明天线装置1的结构。

如图1所示，天线装置1具备支持第一辐射板2及第二辐射板3的平板状的支持基板4。支持基板4由特富龙(注册商标)等的电介质材料形成。另外，支持基板4，通过重叠地使用预定的张数，也可以形成处理来自天线装置1的电气信号的电子设备或信号处理装置(图示均省略)的电路基板。

作为第一辐射板2及第二辐射板3的材料，可以应用铝或铜等的导电性材料，在本实施方式中，在铜箔的上面施加了用于防锈的镀金处理。第一辐射板2和第二辐射板3以第一辐射板2的上底与第二辐射板3的长边间设有宽度为g的间隙且基本平行的方式设置在支持基板4的一面。间隙的宽度g越小，天线装置1的输入阻抗越低。另外，图1中使第一辐射板2及第二辐射板3延伸在支持基板4的一面，但由于间隙的宽度g在0.5mm以下时难以组装，所以可以使支持基板4的两面分别具备第一辐射板2和第二辐射板3。

第一辐射板2的上底部两端的角部形成为弧形。这里所谓“形成为弧形”，是指如图2所示，配置与第一辐射板2的上底和侧边接触的圆，令第一辐射板2的上底的两端角部沿该圆的圆弧形成弧形。具体地，去除图2所示的阴影部分，使上底的两端角部变圆。可见与第一辐射板2接触的圆的半径Rt越大，第一辐射板2的上底的两端角部的圆度越大。另外，虽然用圆来形成弧形，但也可以用椭圆来形成弧形。

第一辐射板2的外形尺寸优选为：上底在8～15mm范围内，下底在10～45mm范围内，高在12～22mm范围内；本实施方式中，上底为12mm，下底为32.5mm，高为15mm。另外，上底或侧边的长度尺寸是圆角处理前的梯形的上底或侧边的长度尺寸。

第二辐射板3，通过公知的接地单元6接地，起到当电流向第一辐射板2流动时形成其镜像的接地板的作用。第二辐射板3的大小优选为：长边大于等于第一辐射板2的下底，短边大于等于第一辐射板2的高；本实施方式中，取长边为40mm，短边为20mm。

第一辐射板2和第二辐射板3之间的间隙上，具备分别与他们电连接并传输电压电流的馈电部5。馈电部5的设置位置优选地在第一辐射板2及第二辐射板3的长度方向的中心位置附近，详细地，可以设在从中心位置向左右移动相当于第一辐射板2的上底或第二辐射板3的长边的5％的宽度的范围内。

馈电部5上连接了未图示的传送线路的一端，传送线路的另一端上连接了处理来自天线装置1的电信号的信号处理装置等。本实施方式中，由于在支持基板4的一面具备第一辐射板2及第二辐射板3，所以采用具备通孔等的贯通单元的馈电部5，来贯通支持基板4的另一面所具备的传送线路。另外，在支持基板4的两面分别具备第一辐射板2和第二辐射板3时，可以不贯通传送线路地与支持基板4电连接。

这里，第一辐射板2的俯视形状没有特殊限制，只要将与馈电部5连接的边部两端的角部形成弧形即可。因此，与馈电部5连接的边部的两端角部以外的场所、以及第一辐射板2的其它边部可以是任意的直线、曲线或它们组合等。另外，与馈电部5连接的边部在是由曲线形成的情况下，优选地，是向馈电部5凸出的曲线；优选地，在其顶点附近设置馈电部5。

此外，为了使电波的辐射图案均匀，优选地，第一辐射板2的俯视形状形成为以连结与馈电部5连接的边部的两端的直线的中垂线为基准轴的轴对称形状。

此外，关于第二辐射板3的俯视形状，也没有特殊限制，只要是大于第一辐射板2的形状以便形成第一辐射板2的镜像的形状即可。

接下来，说明利用本实施方式所涉及的天线装置1的电波的收发。

当天线装置1发送电波时，基于来自电子设备的电信号，通过传送线路向馈电部5以预定的振幅及相位供给电流。向馈电部5供给的电流入射于第一辐射板2，如图1中箭头所示地，从第一辐射板2的上底沿两个侧边流至下底。如果电流流过第一辐射板2，则在第二辐射板3中形成第一辐射板2的镜像(图1中虚线)。这样，如果电流流过第一辐射板2及第二辐射板3，则从第一辐射板2及第二辐射板3发送电波。

当天线装置1接收电波时，如果通过第一辐射板2接收预定频率的电波，则具有与接收到的电波对应的振幅及相位的电压电流从第一辐射板2的下底侧沿侧边向上底的馈电部5流动。这时，在第二辐射板3中形成第一辐射板2的镜像地流动电流。入射于馈电部5的电流通过传送线路向信号处理装置传输，作为电信号而被处理。

这里，说明天线装置1的VSWR(Voltage Standing Wave Ratio：电压驻波比)特性。

所谓VSWR特性，是表示天线装置的宽带特性的参数，一般VSWR≤2的区域是可良好使用的频带。

图3所示的是现有的采用了未施以圆角处理的梯形的第一辐射板50的单极型天线装置52与本实施方式的天线装置1的VSWR特性的测定结果。本实施方式的天线装置1的VSWR特性曲线在8GHz以上的高频区域下降，Rt越大、第一辐射板2的边部两端的角部呈越大的弧形，而越被宽带化。另一方面，Rt越大则5～6GHz附近的VSWR特性越是上升，但其值被抑制在2.5以下。

此外，说明天线装置1的输入阻抗。

这里，所谓输入阻抗，由输入电阻与输入电抗的和表示。所谓输入电阻，是通过将馈电部5处的电压矢量除以电流矢量求得的值；所谓输入电抗，是根据入射到馈电部5的电流的反射量求得的值。

图4所示的，是现有的采用第一辐射板50的单极型天线装置52和本实施方式的天线装置1的输入电阻和输入电抗的测定结果。通过如本实施方式的第一辐射板2那样地使上底的两端角部形成为弧形，输入电抗在6GHz以上的区域下降。此外，Rt越大，输入电抗的下降量越大，尤其是在10GHz以上的区域显著下降。

根据以上说明，本实施方式的天线1在高频区域的VSWR特性下降而被宽带化。此外，输入电抗下降，输入阻抗也相应下降。这被认为是由于通过使第一辐射板2的上底的两端角部形成为弧形并使电流呈弧形流动，从而第一辐射板2中的感应分量下降，并且电流变得容易从第一辐射板2的上底流到侧边所引起的。

这里，为了使输入阻抗进一步下降，使第一辐射板2和第二辐射板3的间隙的宽度g变化并测定其VSWR特性和输入电阻及输入电抗。如图5及图6，可知通过使间隙的宽度g变小，VSWR特性、输入电阻及输入电抗下降了。这里，所谓g＝0mm，是间隙的宽度g基本等于零，但由于在支持基板4的两面分别具备第一辐射板2和第二辐射板3，因此第一辐射板2和第二辐射板3呈不电接触的状态。

根据以上说明，在本实施方式的天线装置1中，通过使间隙的宽度g变小，表现出了更宽带的特性，并表现出了低输入阻抗。尤其是，优选地，以Rt＝10mm使第一辐射板2的上底的两端角部形成为弧形，并使间隙的宽度g在0.1mm以下。

[第二实施方式]

接下来，说明第二实施方式中的天线装置10。本实施方式中的天线装置10的第一辐射板11的形状与第一实施方式不同，其它的结构与第一实施方式相同。

首先，说明天线装置10的结构。

如图7所示，在本实施方式的天线装置10中，支持基板4的一面具备俯视呈半圆形状的第一辐射板11。优选地，第一辐射板11的半径是8～15mm，在本实施方式中以半径15mm来形成。第一辐射板11的边部由边部两端的角部形成为弧形的圆弧部和由圆的直径构成的直线部形成。

在第一辐射板11的圆弧部一侧，配置了设有宽度为g的间隙且通过接地单元5接地的、与第一实施方式同样的第二辐射板3。第二辐射板3的长边和第一辐射板11的直线部基本平行，第一辐射板11的圆弧顶点和第二辐射板3的长边的中心相对置。

在第一辐射板11的圆弧顶点和第二辐射板3的长边的中心之间，具备与第一实施方式同样的馈电部5。馈电部5上连接了未图示的传送线路的一端，传送线路的另一端上连接了处理来自天线装置10的电信号的信号处理装置等。这里，馈电部5的设置位置可以是第一辐射板11的圆弧顶点附近及第二辐射板3的长边的中心附近，详细地，可以设在从圆弧顶点向左右移开相当于第一辐射板11的直径的5％的长度尺寸，且从中心位置移开相当于第二辐射板3的长边的5％的长度尺寸的范围内。

这样的天线装置10的电波的收发方法与第一实施方式同样，在电流流过第一辐射板11的同时，在第二辐射板3上形成第一辐射板11的镜像(图7虚线)，从而收发电波。

接下来，说明天线装置10的VSWR特性及输入阻抗的测定结果。

如图8所示，本实施方式的天线装置10，与现有的采用了第一辐射板50的单极型天线装置52相比，VSWR特性在8GHz以上的高频区域显著地下降。此外，通过使第一辐射板11和第二辐射板3的间隙的宽度g在0.1mm以下，使5～6GHz内的VSWR值也变为2以下。

如图9所示，第一辐射板11和第二辐射板3的间隙的宽度g越小，本实施方式的天线装置10的输入电阻越低。此外，5～6GHz上的输入电抗也下降。

根据以上说明，利用本实施方式的天线装置10，通过采用半圆形状的第一辐射板11，高频区域的VSWR特性下降了，呈现了宽带特性。此外，通过减小间隙的宽度g，输入电阻全面地下降，并且输入电抗在5～6GHz上下降，所以可以使天线装置10的输入阻抗下降。

[第三实施方式]

接下来说明第三实施方式中的天线装置12。本实施方式的天线装置12是具备俯视呈半圆形的第一辐射板11和俯视呈梯形的第二辐射板13的偶极型天线装置12。

首先，说明天线装置12的结构。

如图10所示，本实施方式的天线装置12具备支持第一辐射板11及第二辐射板13的支持基板4。在支持基板4的一面上，具备与第二实施方式同样的第一辐射板11。在第一辐射板11的圆弧部一侧，具备俯视呈梯形的第二辐射板13，其上底朝向第一辐射板11。第一辐射板11的直线部和第二辐射板13的上底及下底分别基本平行，第一辐射板11和第二辐射板13之间设有宽度为g的间隙。

第一辐射板11及第二辐射板13是与第一实施方式同样地在铜箔的上表面施加镀金而形成的。第一辐射板11形成为半径12.44的外形尺寸。第二辐射板13的外形尺寸，优选地，上底为8～15mm，下底为10～45mm，高为12～22mm，从与第一辐射板11的组合的观点出发，取上底为15mm，下底为35.55mm，高为17.79mm。

第一辐射板11的圆弧顶点和第二辐射板13的上底的中心之间，具备向第一辐射板11及第二辐射板13供给电力的馈电部5。与第一实施方式同样地，馈电部5上连接了未图示的传送线路的一端，传送线路的另一端上连接了处理来自天线装置12的电信号的信号处理装置等。此外，馈电部5的设置位置，优选地，是第一辐射板11及第二辐射板13的长度方向上的中心位置附近。另外，所谓中心位置附近，是从中心位置向左右分别移位相当于第一辐射板11的直径及第二辐射板13的上底的5％的宽度的范围。

利用这样的天线装置12的电波的收发，原理与第一实施方式基本同样，在本实施方式中，从馈电部5供给的电流，如图10中箭头所示，在第一辐射板11中沿圆弧部流动，在第二辐射板13中从上底沿侧边流动。如果电流向第一辐射板11或第二辐射板13流动，则以预定的频率谐振，从而收发电波。

接下来，说明天线装置12的VSWR特性及输入阻抗。

如图11所示，本实施方式的天线装置12，与以往的采用两块梯形辐射板55的平衡梯形偶极天线装置56相比，VSWR特性在7GHz以上的高频区域显著下降。

这里，辐射板的谐振频率一般由电流的流动路径所决定。因此，在采用俯视形状不同的多个辐射板的不平衡型天线装置的情况下，沿辐射板的边缘的电流的流动路径分别不同，所以，每个辐射板的谐振频率也不同。因此，与采用多个同一形状的辐射板相比，增加了谐振点的数量，而被宽带化。

如图11所示，在将天线装置56的一个辐射板55变为上底为10.5mm、下底为24.88mm、高为12.45mm的辐射板后的不平衡梯形偶极天线装置的情况下，与平衡梯形偶极天线56相比，增加了谐振点的数量，而被宽带化。

采用本实施方式所涉及的半圆-梯形偶极天线装置12的情况，与不平衡梯形偶极天线装置相比，VSWR特性在9GHz以上的高频区域下降，而被宽带化。详细地，从频率低者开始依次是：基于从第一辐射板11的直线部到第二辐射板13的下底的长度而确定的第一谐振点、基于从馈电部5到第二辐射板13的下底的距离而确定的第二谐振点、以及基于从馈电部5到第一辐射板11的直线部的距离而确定的第三谐振点。因此，除了由于第一辐射板11和第二辐射板13的形状不同而增加了谐振点的数量之外，由于使第一辐射板11为半圆形状，使第三谐振点出现在频率高的区域内，从而被进一步宽带化。

根据以上说明，利用本实施方式的天线装置12，通过采用半圆形的第一辐射板11和梯形的第二辐射板13，高频区域内的VSWR特性下降了，表现出了宽带特性。此外，由于3～11GHz程度的频率区域内VSWR特性为2以下，可以用于UWB。

另外，在本实施方式中，第一辐射板11的直线部与第二辐射板13的上底及下底平行地配置，但如图12所示，也可以使第一辐射板11的直线部倾斜地配置。这时，如图12中箭头所示，从馈电部5沿第一辐射板11的圆弧部的电流的流动路径在左右不同，所以，可以增加谐振点的数量，进一步使天线特性宽带化。

此外，第一辐射板11的形状不限于半圆形状，其边缘部分可以由圆弧部和直线部形成。例如，如图13所示，可以应用俯视呈扇形的第一辐射板14。这时，如图13中箭头所示，从馈电部5沿第一辐射板14的圆弧部的电流的流动路径在左右不同，所以，可以进一步增加谐振点的数量，使天线特性更加宽带化。

Claims (4)

1.一种具备多个平板状的辐射板和与所述各辐射板电连接的馈电部的天线装置，其特征在于，

以组合了俯视形状不同的构件的方式具备所述辐射板，并至少具备一个与所述馈电部相连接且边部两端的角部形成为弧形的辐射板。

2.如权利要求1所述的天线装置，其特征在于，

与所述馈电部相连接的边部两端的角部形成为弧形的辐射板的俯视为半圆形。

3.如权利要求2所述的天线装置，其特征在于，

具备两块所述辐射板，另一块所述辐射板的俯视为梯形。

4.如权利要求1至权利要求3中任意一项所述的天线装置，其特征在于，

所述辐射板中的至少一个接地。

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