CN102171890B - 宽频带天线 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种可以对应极宽的频带的天线。该天线设置有天线元件和供电腿部各一对,配置成隔着微小间隙G关于一直线L线对称。

Description

宽频带天线
技术领域
本发明涉及一种宽频带天线。
背景技术
例如,作为汽车用天线,需要在车内或车外设置AM/FM收音机、车辆信息与通信系统(VICS,Vehicle Information and Communication System)、GPS、电视(VHF/UHF波段)、电子收费系统(ETC,Electronic Toll Collection system)等的目标频率不同的多个天线。
这些天线最好尽量紧凑地配置。但是,如果让天线彼此靠近,天线就会因为电磁耦合而发生相互干涉。由于这种干涉的影响,这些天线有可能无法正常地发挥功能。因此,为了避免天线间的干涉,必须对各天线的适当间隔和布置加以考虑。
在天线和相关机器之间由电缆连接。因此在采用了不同天线的多个无线机器共存的情况下,会存在电缆的处理变得繁杂的问题。
另一方面,在手机、无线LAN等无线通信中也采用了各种各样的频带。特别是,近年来提倡的超宽带(UWB,Ultra Wide Band)通信采用了3.1~10.6GHz的非常宽的频带。因此,需要能覆盖这么宽的频带的宽频带天线。
在专利文献1的UWB天线中,让两个菱形、正方形或长方形等有角的平面状天线元件的角部相互靠近并对称配置。以角部为馈电点与电缆连接。该电缆的另一端连接在接收机等电子电路上。
专利文献1:日本公开特许公报特开2005-277501号公报
发明内容
发明所要解决的技术问题
然而,从实验结果得知,在专利文献1的UWB天线中,实现通常对天线所要求的-10dB以下回波损耗(相当于电压驻波比在2.0以下)的频带,其宽度无法覆盖到地面数字电视的470MHz。
图6(A)是具有边长为25mm的正方形(称为25mm四方形)天线元件30的天线40A的主视图。图6(B)是具有边长为50mm的正方形(称为50mm四方形)天线元件30的天线40B的主视图。
如图6(A)和图6(B)所示,构成天线元件30、30的两块正方形薄金属板配置成关于直线31对称。天线元件30、30的角部32、32配置成相互靠近。带状腿部33、33从角部32、32平行延伸,沿着直线31形成微小间隙K。在腿部33的外端33a连接有引线35。换言之,外端33a作为馈电点Q而起作用。电缆36将天线40A与相关电子电路(接收机等)连接起来。
图7是表示该图6(A)和图6(B)各自所示的天线40A、40B的回波损耗实测结果的图表。横轴表示频率(GHz),纵轴表示回波损耗(dB)。由图7可知,能够获得-10dB以下回波损耗的各频带WA、WB较窄,缺乏实用性。
本发明的目的在于,提供一种形状和结构简单的宽频带天线,这种宽频带天线能够在与现有技术的频带相比足够宽的频带内获得作为天线足以实用的回波损耗。
本发明的天线的另一个目的在于,将现有技术的多个无线通信系统中每个系统所需的多个天线统合起来。并且,本发明的又一个目的在于,通过这种统合来简化繁杂的电缆布线。
用以解决技术问题的技术方案
本发明的宽频带天线包括:平坦且具有导电性的一对天线元件和平坦且具有导电性的一对带状供电腿部。所述天线元件配置成关于对称轴呈线对称;所述带状供电腿部相互间具有微小间隙,配置成关于所述对称轴呈线对称;所述带状供电腿部在所述天线元件相互最为接近的邻接部连接所述天线元件;所述带状供电腿部各自的宽度越远离所述连接部就越大。
根据一个实施方式,所述天线元件离所述连接部最远的外缘部构成圆弧的一部分;所述邻接部包含假想圆弧的一部分;所述腿部沿着与所述邻接部的所述假想圆弧相切的切线方向,接合在所述天线元件上,形成接合部。
根据另一个实施方式,所述天线元件形成中央具有窗部的封闭圆环。
根据另一个实施方式,所述天线元件实质上为椭圆形,所述椭圆的长轴与所述对称轴相交所成的角度为40°~100°。
根据另一个实施方式,所述椭圆的长轴与所述对称轴相交所成的角度约为90°。
根据另一个实施方式,所述天线元件和所述腿部的可见光透射率为70%~95%,用肉眼可透视。
根据又一个实施方式,所述天线元件和所述腿部设置在汽车的玻璃面上。
发明的效果
本发明提供一种在极宽的频带内显示出优异的回波损耗特性的天线,从而能够用一种天线来覆盖从UWB通信到频带更低的地面数字电视。
附图说明
图1是表示本发明的第一实施方式的主视图。
图2是表示本发明的第二实施方式的主视图。
图3是表示本发明的图1所对应的实施例的实测结果的图表。
图4是表示本发明的第三实施方式的主视图。
图5是表示本发明的第四实施方式的主视图。
图6(A)是表示具有25mm四方形元件的现有例的天线的主视图;图6(B)是表示具有50mm四方形元件的现有例的天线的主视图。
图7是表示现有例的实测结果的图表。
符号说明
1    天线元件
2    腿部
2A   外端
5    邻接部
10   最外端部
C    外端方向
G    微小间隙
L    对称轴
L1   长轴
S    接合部
θ   角度
具体实施方式
以下,参照附图对本发明的实施方式进行详细说明。
图1是本发明的第一实施方式的主视图。图2是本发明的第二实施方式的主视图。
一对平坦且具有导电性的天线元件1、1配置成关于线对称的轴即直线L对称。一对平坦且具有导电性的带状供电腿部2、2从天线元件1、1的邻接部5、5突出。天线元件1、1和腿部2、2形成为一体。
一对腿部2、2配置成关于上述直线L线对称,且相互邻接,在一对腿部2、2之间具有微小间隙G。
供电腿部2、2在天线元件1、1相互最为接近的邻接部连接天线元件1、1。
腿部2、2的宽度尺寸W分别沿外端方向C,即沿远离连接部S的方向逐渐增加。优选具有向外扩宽的形状的腿部2和天线元件1由一块金属薄板制成。具体而言,天线元件1和腿部2由厚度尺寸T(未图示)在100μm以下的Cu、Al、Ag、Au等金属薄板(金属箔)或金属氧化物膜(ITO、SnO类等)制成,能够以贴在玻璃或电子基板等上的方式来加以应用。
例如,可以贴在汽车的前挡风玻璃、后挡风玻璃或窗玻璃等玻璃面上使用。特别地,如果将天线元件1、1和腿部2、2的可见光透射率设定在70%~95%,人的肉眼就可以透视。因此,天线元件1、1和腿部2、2能够以网格型或极薄(例如0.05μm)的金属薄膜或金属氧化物膜的方式来实现。
应予说明,为了将天线元件1、1和腿部2、2贴在玻璃上,可以在玻璃上涂布粘接剂或粘合剂等。或者还可以将天线元件1、1和腿部2、2烧结层叠在玻璃上。在其它实施方式中将天线元件1、1和腿部2、2夹在玻璃层之间并加以固定。上述所有情况均包含在本发明的范围内。
一对腿部2、2的微小间隙G形成为从外端2A侧朝着天线元件1的接近部5侧依次增大的锥形。换言之,微小间隙G从接近部位5侧朝着外端方向C依次减小。
天线元件1的形状实质上是椭圆形,但在图1中,在中央区域内形成有具有相似形状的实质上呈椭圆形的窗部3,天线元件1形成封闭圆环。在图2中则不存在该窗部3。
电缆6将天线结合到电子电路(放大器或滤波器等)上。电缆6经由导线(即引线)7在馈电点E连接腿部2的外端2A。馈电点E优选设置在靠近微小间隙G的位置,即腿部2、2的角部。
腿部2的外侧端部8形成为曲率半径较大的凹状圆弧形。
如图1、图2所示,离天线元件1的接近部位5最远的最外端部10为平滑的圆弧状,而且,上述邻接部5也为平滑的圆弧状。在图1、图2中,由于天线元件1的外形实质上是椭圆形,所以可以说最外端部10和邻接部5也形成为圆弧状。
腿部2的内端部9从与邻接部5的圆弧状假想圆弧(假想曲线),即大致在椭圆形曲率半径较小的部分(图中的曲线部)相切的切线方向接合,形成接合部S(用虚线表示)。
在图1、图2中,天线元件1实质上为椭圆形,其长轴L1与对称轴L相交所成的角度θ为90°。因此,腿部2沿着与长轴L1垂直相交的方向接合在天线元件1的邻接部5,形成平滑的接合部S。接合部S的圆弧长度充分大于腿部2的宽度W的最小值。
在图1中,如果以天线元件1的椭圆的整体面积(即图2的天线元件1的面积)为S0、窗部3的面积为S3,则将面积比(用百分比表示)设定成满足下列公式1。也就是说,在下限值中也包含了图2的情况。
0%≤S3/S0≤35%--(1)
图4、图5分别表示第三、第四实施方式。天线元件1的外形实质上是椭圆形,与上述实施方式相同。在图4、图5的实施方式中,长轴L1与一直线L相交所成的角度θ为45°,这一点与图1、图2所示的第一、第二实施方式不同。根据本发明,如果将从腿部2的外端2A侧向天线元件1的方向延伸的直线L与长轴L1所成的角度表示为θ,则优选设定成40°≤θ≤100°,若θ不足下限值、或超过上限值,则无论在哪种情况下低频率区域的特性都会急剧降低。
图4、图5所示的腿部2在直线L方向上的长度比图1、图2小。假设从天线元件1的重心(中心)到腿部2外端2A的长度与图1、图2相同。例如,如果在天线元件1中如图4、图5所示θ=45°,即长轴L1从倾斜方向与对称轴L相交,则接合部S位于比腿部2更靠下的位置。因此,腿部2的长度减小。外侧端部8形成为直线边。这样一来,各腿部2实质上就形成为宽度W朝着外端方向C急剧增大的的低三角形。
图4、图5所示的实施方式的除上述以外的结构,符号与图1、图2相同的即为与之相同的结构。在图4、图5中,邻接部5和最外端部10虽位于离开长轴L1的位置,但在呈圆弧状即无角的形状方面与图1、图2相同。
图3所示的图表表示图1所示的实施方式的实测频率特性。横轴为频率(GHz)、纵轴为回波损耗(dB)。具体而言,在该实施方式中,材质为Cu,厚度尺寸为35μm,天线元件1沿长轴L1的长度尺寸为100mm、短轴尺寸为70mm,窗部3的椭圆的长轴尺寸为70mm、短轴尺寸为40mm,S3/S0=33%,从长轴L1到腿部2外端2A的距离为50mm,外端2A的边长度为35mm,外侧端部8的曲率半径为50mm,微小间隙G在外端2A附近的值为0.5mm。
从图3中可知,显示出在上述-10dB的线N-10以下的损耗量(dB)的频带Wc非常宽。即,在从频率fL到高频fH的宽频带内,可以得到在-10dB的线N-10以下的回波损耗。具体而言,fL=0.4GHz、fH=7.9GHz。如果以两者中央的频率(即平均频率)为f0,则在本发明中,将满足下列公式2的情况定义为“宽频带”天线。
(fH-fL)/f0≥1.0--(2)
图3所示的实施方式为(fH-fL)=7.9-0.4=7.5、f0=(7.9+0.4)÷2=4.15。因此,(fH-fL)/f0=7.5÷4.15=1.81,在非常宽的频带内显示出-10dB以下的适当的回波损耗特性。
应予说明,在图1或图2中,通过使腿部2的形状和尺寸、以及微小间隙G最佳化,如图3中的双点划线M所示,也能覆盖UWB通信用的10.6GHz,这一点已被本发明者确认。
在图3中,横轴的f1~f2、f3、f4、f5、f6、f7~f8各符号表示目前在日本所使用的主要频率,如下列表1所示。
[表1]
从表1和图3中可知,本发明实现覆盖地面数字电视、GPS、无线LAN、ETC等的、已统合了的单一宽频带天线。例如,如果将本发明的宽频带天线贴在汽车的前挡风玻璃等上来使用,则极为有用。与现有例所示的图7的图表相比,可判明本发明的实施方式所示的图3的图表覆盖了宽度多么宽的频带。根据本发明,能够提供具有对图3中用双点划线M表示的UWB通信也可适用的宽频带特性的天线。
如上所示,本发明将一对薄片平面状天线元件1、1配置成关于一直线L线对称。进一步地,一对平面状供电用腿部2、2关于上述直线L线对称且以微小间隙G相互靠近,形成为从上述天线元件1、1的相互接近部位5、5突出的形状。并且,上述各腿部2、2具有宽度尺寸W沿外端方向C依次增加的向外扩宽的形状。因此,腿部2、2构成特性阻抗逐渐变化的宽频带阻抗的匹配电路。结果,能够对应足够宽的频带,并能够将多个无线通信系统的天线统合起来。这与需要多种天线的现有技术相比极为有利。这样一来,就能够简化繁杂的布线,对像UWB通信这样需要非常宽的频带的通信贡献巨大。而且,由于本发明的天线是薄片平面状,所以还易于贴在汽车的前挡风玻璃等上,实用性也很高。
离天线元件1的上述邻接部5最远的最外端部10为平滑的圆弧状,并且上述天线元件1的上述邻接部5以平滑的圆弧状从与该圆弧状的假想圆弧相切的切线方向接合上述腿部2,形成接合部S,因此,如图3所示,比-10dB的线更靠下的回波损耗曲线仅有一部分绘制成陡峭的峰,而显示出越过-10dB上方的特性的曲线消失。因此,在宽频带内显示出稳定的回波损耗特性。
根据一个实施方式,天线元件1为在中央区域形成有窗部3的封闭圆环状,因此在宽频带内显示出优异的回波损耗特性。
根据另一个实施方式,天线元件1大致为椭圆形,其长轴L1与上述直线L相交所成的角度θ设定在40°~100°,因此形状简单,在稳定的宽频带内显示出优异的回波损耗特性。
根据另一个实施方式,天线元件1大致为椭圆形,上述角度θ约为90°,配设成该长轴L1与上述直线L垂直相交。通过该结构,以简单的形状在极宽的频带内显示出优异的回波损耗特性,对像UWB通信等那样需要极宽的频带的通信也可适用。
根据另一个实施方式,天线元件1、1和腿部2、2的可见光透射率为70%~95%,所以用肉眼可透视。因此,能够贴在汽车或窗子等透明玻璃面上使用。
根据又一个实施方式,天线贴在汽车的玻璃面上,因此即使天线由较薄的金属片(箔)制成也能被充分地加强,从而能够得到耐久性。此外,能够用不显眼的天线来实现ETC、GPS、无线LAN等汽车所需的各种通信。
产业实用性
本发明在能够提供在宽频带内频率优异的天线方面有用。

Claims (6)

1.一种宽频带天线,其包括平坦且具有导电性的一对天线元件和平坦且具有导电性的一对带状供电腿部,其中:
所述天线元件配置成关于对称轴呈线对称;
所述带状供电腿部相互间具有微小间隙,配置成关于所述对称轴呈线对称;
所述带状供电腿部在所述天线元件相互最为接近的邻接部连接所述天线元件;
所述带状供电腿部各自的宽度越远离所述连接部就越大,所述微小间隙从所述邻接部朝着外端方向依次减小;
所述天线元件离所述连接部最远的外缘部构成圆弧的一部分;
所述邻接部包含假想圆弧的一部分;
所述腿部沿着与所述邻接部的所述假想圆弧相切的切线方向,接合在所述天线元件上,形成接合部,
所述天线元件实质上为椭圆形,所述椭圆形的天线元件的长轴与所述对称轴相交所成的角度为40°~100°。
2.一种宽频带天线,其包括平坦且具有导电性的一对天线元件和平坦且具有导电性的一对带状供电腿部,其中:
所述天线元件配置成关于对称轴呈线对称;
所述带状供电腿部相互间具有微小间隙,配置成关于所述对称轴呈线对称;
所述带状供电腿部在所述天线元件相互最为接近的邻接部连接所述天线元件;
所述带状供电腿部各自的宽度越远离所述连接部就越大,所述微小间隙从所述邻接部朝着外端方向依次减小;
所述天线元件离所述连接部最远的外缘部构成圆弧的一部分;
所述邻接部包含假想圆弧的一部分;
所述腿部沿着与所述邻接部的所述假想圆弧相切的切线方向,接合在所述天线元件上,形成接合部,
而且,所述腿部为凹状圆弧形地形成外侧端部且宽度沿外端方向依次增加的向外扩宽的形状。
3.根据权利要求1或2所述的宽频带天线,其中:所述天线元件形成中央具有窗部的封闭圆环。
4.根据权利要求1所述的宽频带天线,其中:所述椭圆的长轴与所述对称轴相交所成的角度约为90°。
5.根据权利要求1或2所述的宽频带天线,其中:所述天线元件和所述腿部的可见光透射率为70%~95%,用肉眼可透视。
6.根据权利要求1或2所述的宽频带天线,其中:所述天线元件和所述腿部设置在汽车的玻璃面上。
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