CN101855780A - 圆偏振波接收天线 - Google Patents

Abstract

一种环状天线，旨在提高粘贴在车辆的前挡风玻璃上的接收圆偏振波的GPS用环状天线的接收性能，其将接收圆偏振波的环状天线导体、与天线导体的两端连接的馈电端子以及在天线导体的附近配置的由相对于天线导体独立的导体构成的无馈电元件配置在片状透明膜的上面，其中，在膜的上面的环状天线的周围配置有环状的线形导体。线形导体的总长度只要设置成天线导体的3倍左右即可。

Description

圆偏振波接收天线

技术领域

本发明涉及圆偏振波接收天线。特别地，本发明涉及粘贴在汽车等车辆的电介质部分上使用的提高接收圆偏振波的环状天线的增益的圆偏振波接收天线。

背景技术

以往，在汽车等车辆上安装有即使在行驶中也能够接收电波等的天线。一般地，车辆接收的电波多年来主要是AM广播用的中波(MW)和FM广播用或模拟电视用的甚高频(VHF)或超高频(UHF)电波。

另一方面，近年来，安装在车辆上的天线的种类不断增加。例如，高频段的GPS(全球定位系统)天线或者接收地面数字电视广播用电波的天线正在成为主流。接收地面数字电视广播用的电波的天线此后称为DTV天线。

在利用这样的安装在车辆上的天线接收的GPS用电波或者地面数字电视广播用电波中使用圆偏振波。而且，在以往的圆偏振波天线中大多使用微带天线。然而，该微带天线被包含在天线外壳中，因此，外壳较高，外观较差。因此，最近一种粘贴在车辆的窗户上使用的薄膜天线已被实用化(例如，参照特开2005-102183号公报)。

但是，在特开2005-102183号公报等中公开的薄膜天线的接收性能不够好。

发明内容

因此，本发明的目的在于提供一种能够增大增益、提高接收性能并作为薄膜天线也能够发挥充分的性能的圆偏振波接收天线。

实现上述目的的本发明的圆偏振波接收天线，其特征在于，被构成为包含：具备2个馈电端子的环状天线；在环状天线的附近配置的、由相对于环状天线的天线导体独立的导体构成的无馈电元件；包围环状天线以及无馈电元件的周围而配置的导体。该导体能够作为环状的线形导体。

如果采用本发明的天线，则提供一种结构简单、能够发送和/或接收圆偏振波的接收性能良好的天线。

附图说明

图1A是示出本发明的第1实施例的圆偏振波接收天线的构成的平面图。

图1B是示出图1A所示的天线在汽车的前窗上设置的设置例子的侧视图。

图2是示出本发明的第2实施例的圆偏振波接收天线的构成的平面图。

图3A是示出图1A所示的第1实施例的圆偏振波接收天线的变形例的图，是示出外形是矩形的环状线形导体的横向长度X与纵向长度Y相比很长的实施例的图。

图3B是示出图1A所示的第1实施例的圆偏振波接收天线的变形例的图，是示出外形是矩形的环状线形导体的横向长度X与纵向长度Y相比稍长的实施例的图。

图3C是示出图1A所示的第1实施例的圆偏振波接收天线的变形例的图，是示出外形是矩形的环状线形导体的横向长度X与纵向长度Y大致相等的实施例的图。

图3D是示出图1A所示的第1实施例的圆偏振波接收天线的变形例的图，是示出外形是矩形的环状线形导体的横向长度X与纵向长度Y相比稍短的实施例的图。

图3E是示出图1A所示的第1实施例的圆偏振波接收天线的变形例的图，是示出外形是矩形的环状线形导体的横向长度X与纵向长度Y相比很短的实施例的图。

图4A是示出与环状天线的馈电端子连接的连接器和同轴电缆的外观的侧视图。

图4B是图4A所示的连接器的分解侧视图。

图5A是从背面一侧看图4B所示的电路基板的一个例子的图。

图5B是示出在图5A所示的电路基板上安装的放大器的内部构成的方框电路图。

图5C是从背面一侧看图4B所示的电路基板的另一个例子的图。

图6A是示出本发明的第1实施例的天线的变形例的结构的平面图。

图6B是示出DTV接收天线的一般性结构的平面图。

图6C是示出DTV接收天线的另一结构的平面图。

图6D是从车厢内一侧看安装有图6A至图6C所示的天线等的汽车的前挡风玻璃及其周围的侧视图。

图7是示出图6D所示的天线和安装在车辆上的导航装置的连接的电路图。

图8A是示出本发明的第3实施例的圆偏振波接收天线的结构的平面图。

图8B是示出本发明的第3实施例的天线的变形例的结构的平面图。

图9A是示出将本发明的第1实施例的天线粘贴在汽车的后视镜上的使用例的侧视图。

图9B是示出将本发明的第1实施例的天线埋入汽车的后视镜中的使用例的侧视图。

图10A是示出将本发明的天线内置于汽车的后扰流板中的使用例的侧视图。

图10B是示出将本发明的天线内置于汽车的后扰流板中的使用例子的侧面图。

图11是比较将本发明的天线设置在汽车的前挡风玻璃上端部附近的情况下的增益与使用以往的天线的情况下的增益的定向性图。

具体实施方式

以下，使用附图说明本发明的优选实施例，但对于同样的结构部件标注相同的符号进行说明。而且，一般地，天线可以进行电波的发送和接收两个方面。但是，在以下所示的实施例中，为了简化说明，只对天线接收电波的情况进行说明，而对于天线发送电波的情况，则省略其说明。毋庸说明，从天线发送电波也包含在本发明中。

图1A示出本发明的第1实施例的GPS用天线13的结构。该实施例的GPS用天线13是环状天线，在片状透明膜14的上面形成有矩形的天线导体15以及与该天线导体15没有电连接的无馈电元件16。天线13接收来自GPS卫星的圆偏振波，此外还能够发送圆偏振波。另一方面，在天线导体15的两端部有馈电端子17、18，在该馈电端子17、18上连接有后面说明的连接器。天线导体15、无馈电元件16以及馈电端子17、18由导电油墨或铜箔等导体形成在片状透明膜14的上面。

在该实施例的GPS用天线13中，在天线导体15、无馈电元件16以及馈电端子17、18的周围有矩形的环状线形导体19。环状线形导体19也由导电油墨或铜箔等导体形成的片状透明膜14的上面。在将该GPS用天线13配置在诸如玻璃的电介质的上面时的尺寸例如如下所述。矩形的天线导体15的一边的长度Z是30mm左右，无馈电元件16的背离部P的长度是40mm左右，平行部Q的长度是20mm左右。

此外，可以将横向的环状线形导体19的长度X设置为90mm左右，将纵向的环状线形导体19的长度Y设置为90mm左右。这种情况下的环状线形导体19的总长度是180mm左右，并能够根据内部的环状天线的大小改变纵横比。此外，环状线形导体19的最佳长度以及GPS用天线13的尺寸由安装GPS用天线13的电介质的介电常数决定。

进一步地，当将GPS用天线13设置在发泡树脂上时，只要将GPS用天线13的环的一边的长度Z设置为50mm左右，将无馈电元件16的背离部P的长度设置成60mm左右，将平行部Q的长度设置为30mm左右即可。

当将环状线形导体19以矩形配置在天线导体15、无馈电元件16以及馈电端子17、18的周围时，如果环状线形导体19的总长度(2X+2Y)设置为天线导体15的总长度(4Z)的3倍左右(大约2.7～3.3倍)，则GPS用天线13的增益变大。此外，虽然环状线形导体19的横向长度X相对纵向长度Y的比(X∶Y)最好是1∶1，但即使在1∶2～2∶1的范围内也具有提高增益的效果。

如以上那样构成的GPS用天线13例如如图1B所示，能够设置在汽车60的前挡风玻璃1的上端部附近。在该图中，省略了透明薄膜的图示。在GPS用天线13上连接有由连接器20和同轴电缆22构成的馈电电路。同轴电缆22沿着汽车60的A柱3设置，并与在本图中未图示的数字TV调谐器连接。8是设置在汽车的仪表板9上的汽车导航装置，并被输入来自调谐器的图像信号。

如上所述，当将在天线导体15、无馈电元件16以及馈电端子17、18的周围以矩形配置环状线形导体19的GPS用天线13设置在汽车60的前挡风玻璃1的上端部附近时，如图11所示，与没有环状线形导体19的情况相比，得到大约2dB的增益上升效果。

图2示出本发明的第2实施例的GPS用天线13的结构。该实施例的GPS用天线13也使用环状天线，并在片状透明膜14的上面形成有矩形的天线导体15以及与该天线导体15没有电连接的无馈电元件16。在天线导体15的两端部有馈电端子17、18，该馈电端子17、18与连接器连接，这也与第1实施例相同。

在第1实施例中，天线导体15、无馈电端子16以及馈电端子17、18用矩形的环状线形导体19包围。另一方面，在第2实施例中，天线导体15、无馈电端子16以及馈电端子17、18用纵向长的椭圆形的环状线形导体19包围。在此同样地，如果将环状线形导体19的总长度设置为天线导体15的总长度(4Z)的3倍左右，则GPS用天线13的增益变大。此外在这种情况下，虽然椭圆形的线形导体19的短轴的长度X相对长轴的长度Y的比(X∶Y)最好是1∶1，但即使在1∶2～2∶1的范围中也具有提高增益的效果。

而且，第1实施例的天线13，如图3C所示，优选地，将环状线形导体19的横向长度X相对纵向长度Y的比(X∶Y)设置为1∶1左右。但是，即使不改变边X和边Y的和，而是通过加长边X的长度并缩短边Y的长度，将该X∶Y的比率设置成图3B所示的状态的天线13，与没有环状线形导体19的状态的天线13相比，增益也变大。同样，即使不改变边X和边Y的和，而是通过使边X的长度更长并使边Y的长度更短，将X∶Y的比率设置成图3A所示的状态的天线13(X∶Y＝2∶1)，与没有环状线形导体19的状态的天线13相比，增益也变大。此外，即使不改变边X和边Y的和，而是通过缩短边X的长度并加长边Y的长度，将上述X∶Y的比率设置成图3D或者图3E所示的状态的天线13，与没有环状线形导体19的状态的天线13相比，增益也变大。而且，正如如图3E所示的状态的天线13那样，如果将X∶Y的比率设置成1∶2，则增益与图3A所示的天线13没有差别。

图4A、4B示出图1B所示的连接器20的外观以及分解了连接器20的状态。如图4A所示，连接器20被构成为将内盒21和外壳25结合。在内盒21的表面(朝向天线10的安装面)有2个开口部21A、21B，具有弹性的连接端子31、32从该开口部21A、21B中突起。连接器20的内盒21的表面用双面胶带等粘接材料固定在馈电端子17、18的上面。

连接端子31、32，如图4B所示，被安装在内置于内盒21和外壳25中的电路基板(电介质基板)30的一个面上，在该电路基板30上连接有同轴电缆22。在电路基板30的另一面上安装有后面说明的集成电路40。一般地，连接端子31是高电位一侧(信号传输侧)的端子，连接端子32是接地一侧的端子。

图5A示出除去内盒21和外壳25的在图4B所示的连接器20的内部的电路基板30的一般性结构。连接端子31、32被安装在电路基板30的背面一侧，通过通孔33、34引导到电路基板30的表面一侧。在该例子中，通孔33与安装在电路基板30的表面一侧的集成电路40的输入端子连接，通孔34与同轴电缆22的接地线(外侧导体)22B连接。集成电路40是对由天线接收的信号进行放大等处理的电路，处理后的信号被输出到同轴电缆22的中心导体(内侧导体)22A。

图5B示出图5A所示的集成电路40的内部结构。在集成电路40的内部有与天线10连接的滤波器41、放大从滤波器41输出的信号的放大器42和确定从放大器42输出的信号频带的滤波器43，该滤波器43经由阻止直流的电容器44与同轴电缆22的中心导体22A连接。该同轴电缆22是电源叠加电缆，所叠加的电源电压(直流)通过阻断交流成分的线圈45提供给放大器42。

图5C示出除去内盒21和外壳25的与图5A所示的连接器20不同的电路基板30的结构。在图5A所示的连接器20的电路基板30中，连接端子31是高电位一侧(信号传输一侧)的端子，通过通孔33与集成电路40的输入端子连接，连接端子32是接地一侧的端子，通过通孔34与同轴电缆22的接地线22B连接。另一方面，图5C所示的连接器20的电路基板30，连接端子31是接地一侧的端子，通过通孔34与同轴电缆22的接地线22B连接，连接端子32是高电位一侧的端子，通过通孔33与集成电路40的输入端子连接。这样，也可以将连接端子31作为接地一侧的端子，连接端子32作为高电位一侧的端子。

在第1实施例中，从实验结果可知，包围天线导体15、无馈电端子16以及馈电端子17、18的矩形的环状线形导体19在整个一周上导体不连续也有效。而且，可以知道，包围GPS用天线13的馈电端子17、18的矩形的环状线形导体19的总长度接近构成DTV天线的环状天线的环形长度。因此，本发明人提出了切掉矩形的环状线形导体19的一部分，并在切掉后的端部如图6A所示地形成馈电端子11、12，将矩形的环状线形导体19作为DTV天线10A。

在这种情况下，将图6A所示的GPS用天线13和DTV天线10A结成一体的集成天线10A、13配置在汽车60的前挡风玻璃1的上端部的左角。此外，能够将图6B所示的DTV天线10D、图10C所示的DTV天线(将馈电端子11、12偏于一侧)10B以及相对图10C所示的DTV天线10D呈镜像关系的DTV天线10C，如图6D所示地在汽车60的前挡风玻璃1的上端部与集成天线10A、13并排配置，构成天线装置。而且，在图6D所示的天线装置中，虽然各天线的馈电端子分别与连接器连接，但在此，由连接器和同轴电缆构成的馈电电路的图示省略。

图7是示出由图6D所示的各天线10A、13、10B、10C、10D构成的天线装置和安装在车辆上的导航装置8的连接的电路图。在本实施例中，虽然TV调谐器5被内置于导航装置8中，但TV调谐器5也可以和导航装置8分开设置。

在该实施例中，集成天线10A、13之中的天线导体19和薄膜天线10B、10C、10D是DTV天线，集成天线10A、13之中的天线导体15是GPS用天线。通过这些薄膜天线10A、10B、10C、10D接收的DTV信号经由内置于上述连接器内的进行放大等的集成电路40，由电缆22引导到TV调谐器5，经过解调的图像在导航装置8是TV模式时显示在其显示器6上。此外，通过安装在薄膜天线10AM上的GPS用天线13(天线导体15)接收的GPS信号经由集成电路40、电缆22引导到导航装置8的ECU 4，检测汽车的当前位置，并与地图信息一起显示在导航装置8的显示器6上。

图8A是示出本发明的第3实施例的天线53的结构。第3实施例的GPS用天线53也使用环状天线，并在片状透明膜14上形成有矩形的天线导体15和与该天线导体15没有电连接的无馈电元件16，接收来自GPS卫星的圆偏振波，还能够发送圆偏振波。另一方面，在天线导体15的两端部有馈电端子17、18，该馈电端子17、18与后面说明的连接器连接。天线导体15、无馈电端子16以及馈电端子17、18由导电油墨或铜箔等导体形成在片状透明膜14上，这与第1实施例相同。

在第3实施例的GPS用天线53中，在天线导体15、无馈电元件16以及馈电端子17、18的周围，具备与在第1实施例中说明的矩形的环状线形导体19相同尺寸的开口部的金属板51被安装在透明膜14的上面。在第3实施例中，只要金属板51的开口部的尺寸相同，则金属板51的大小没有特别限定。例如，GPS用天线13在矩形的天线导体15的一边的长度Z是32mm左右的情况下，金属板51的开口部的横向长度可以是95mm左右，纵向长度可以是95mm左右。

图8B示出本发明的第3实施例的天线53的变形例。该变形例的天线53与在图8A中说明的第3实施例的天线53的不同点仅在于取代金属板51，金属网52被安装在片状透明膜14上。该变形例的天线53的性能与第3实施例的天线53没有大的差异。

图9A示出将本发明的第1或第3实施例的天线13、53粘贴在汽车的后视镜(内部后视镜)35上的使用例。此外，图9B示出了将本发明的第1或第3实施例的天线13、53埋入汽车的后视镜35的使用例。通过这样的安装位置，本发明的天线13、53能够高效率地接收从汽车的前上方来的电波。

图10A、10B示出了作为本发明的天线13、53在汽车上的安装位置的另一个例子，将天线13、53内置于客货两用型汽车37的后扰流板36内的例子。在该位置的天线13、53的定向性能够根据内置于后扰流板36中的天线13、53的安装角度而变化。如图10A所示，如果将天线13、53向后方倾斜地内置于后扰流板36中，则天线13、53的定向性变成汽车37的后上方。此外，如图10B所示，如果将天线13、53向前方倾斜地内置于后扰流板36中，则天线13、53的定向性变成汽车37的前上方。

本发明的天线13、53可以安装在这些安装位置以外，也可以安装在车辆的树脂制的车顶等。在本发明的天线13、53中能够使用的GPS用天线13的天线导体的形状以及无馈电元件16的数量和配置并不限于上述的实施例。

Claims (18)

1.一种圆偏振波接收天线，具备：

具有2个馈电端子的环状天线；

在上述环状天线的附近配置的、由相对于上述环状天线的天线导体独立的导体构成的无馈电元件；以及

包围上述环状天线以及上述无馈电元件的周围而配置的导体。

2.如权利要求1所述的天线，其中，上述导体是环状的线形导体。

3.如权利要求1所述的天线，其中，上述金属是金属板；上述环状天线以及上述无馈电元件被配置在设置在该金属板上的开口部内。

4.如权利要求2或3所述的天线，其中，上述线形导体或上述开口部的整个外周的长度是上述环状天线的实质上整个外周的长度的3倍左右。

5.如权利要求2至4任意一项所述的天线，其中，上述线形导体或上述开口部的形状是矩形。

6.如权利要求5所述的天线，其中，上述线形导体或上述开口部的相邻2边的比在1∶2～2∶1的范围。

7.如权利要求2至4任意一项所述的天线，其中，上述线形导体或上述开口部的形状是椭圆形。

8.如权利要求7所述的天线，其中，上述椭圆的长轴和短轴的比在1∶2～2∶1的范围。

9.如权利要求2至8任意一项所述的天线，其中，上述环状天线、无馈电元件以及线形导体或金属板被形成在片状电介质的上面。

10.如权利要求9所述的天线，其中，上述片状电介质是透明膜。

11.如权利要求1或者2所述的天线，其中，

上述环状天线、无馈电元件以及线形导体被形成在透明膜的上面；

上述透明膜被粘贴在汽车的前窗的上端部。

12.如权利要求1或2所述的天线，其中

上述环状天线、无馈电元件以及线形导体被形成在片状电介质的上面；

上述电介质被粘贴在与汽车的后视镜的镜子相反一侧的面上。

13.如权利要求1或2所述的天线，其中，上述环状天线、无馈电元件以及线形导体被埋入与汽车的后视镜的镜子相反一侧的面内。

14.如权利要求1或2所述的天线，其中，上述环状天线、无馈电元件以及线形导体被埋入汽车的后扰流板内。

15.如权利要求11至14任意一项所述的天线，其中，上述线形导体的形状是矩形。

16.如权利要求15所述的天线，其中，上述线形导体或上述开口部的相邻2边的比在1∶2～2∶1的范围。

17.如权利要求16所述的天线，其中，上述线形导体或上述开口部的形状是椭圆形。

18.如权利要求17所述的天线，其中，上述椭圆的长轴和短轴的比在1∶2～2∶1的范围。

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