CN102208715A - 平板天线、天线单元及天线装置 - Google Patents

Abstract

提供能够增大平板天线的高仰角时的指向性增益，而且使同一仰角时的全方位角的指向性增益均等的平板天线、天线单元及天线装置。平板天线(11)包括：平板天线本体部(40)，在顶面上具有天线电极(43)；以及导波器(60)，其安装在平板天线本体部(40)的顶面上。导波器(60)包括：顶板(62)，其具有大于平板天线本体部(40)的平面且在该平面上具有“L”形的狭缝(621)；以及分隔部(61)，其配置在平板天线本体部(40)的顶面和顶板(62)之间，将天线电极(43)和顶板(62)隔开规定的距离。

Description

平板天线、天线单元及天线装置

技术领域

本发明涉及平板天线、具有该平板天线的天线单元、以及具有该天线单元的天线装置。

背景技术

以往，开发了接收卫星波或地面波而能够收听数字无线电广播的数字无线电接收机，并且在美国已实用化。该数字无线电接收机一般搭载在机动车等移动物体上，能够接收频率约2.3GHz频段的电波而收听无线电广播。例如，天狼星卫星广播用天线装置从三个轨道卫星(同步式)接收圆极化波电波(circular polarized radio wave)，在不灵敏区域从地面线性极化波设备接收电波。

数字无线电接收机具有接收电波的天线装置。该天线装置安装在移动物体的外部。该天线装置由天线单元和用于覆盖该天线单元的天线盒构成。天线盒由穹形的顶盖和底板构成。天线单元由天线元件、电路基板、以及屏蔽盒构成。天线元件例如由陶瓷制的平板天线构成，接收电波。电路基板上形成信号处理电路，其对于该天线元件接收到的信号进行信号放大等各种信号处理。屏蔽盒保护信号处理电路免受外部电场及外部磁场的影响。

平板天线包括：天线电极、接地导体、设置在天线电极和接地导体之间的陶瓷制的天线的基板部、以及与天线电极电连接的馈电杆。已知在该天线电极部之上设置了具有矩形的孔部的顶板作为导波路的平板天线(例如，参照专利文献1)。通过设置具有矩形的孔部的顶板，能够增大平板天线的高仰角时的指向性增益。

专利文献1：日本特开2006-237813号公报

发明内容

发明要解决的内容

但是，在以往的具有导波器的平板天线中，要求使同一仰角时的全方位角的指向性增益更加均等。

本发明的目的在于，提供能够增大平板天线的高仰角时的指向性增益，而且使同一仰角时的全方位角的指向性增益均等的平板天线、天线单元及天线装置。

解决问题的方案

为了达成上述目的，本发明的平板天线包括：平板天线本体部，其在顶面上具有天线电极；以及导波器，其安装在所述平板天线本体部的顶面上，所述导波器包括：顶板，其具有比所述平板天线本体部大的平面并且在该平面上具有“L”形的狭缝；以及间隔部，其配置在所述平板天线本体部的顶面和所述顶板之间，使所述天线电极和该顶板间隔规定的距离。

本发明的天线单元包括：上述的平板天线；电路基板，在其上面形成了对所述平板天线接收到的信号进行处理的信号处理电路；以及屏蔽盒，使所述信号处理电路得以屏蔽。

本发明的天线装置包括：上述天线单元；底板；以及单元固定部件，其配置在所述天线单元和所述底板之间，使该天线单元固定在该底板上。

发明的效果

根据本发明，能够增大平板天线的高仰角时的指向性增益，而且能够使水平面的全方位角的指向性增益均等。

附图说明

图1是本发明实施方式的天线装置的分解立体图。

图2是表示顶板的尺寸及配置的俯视图。

图3是表示无导波器的平板天线与实施方式的平板天线的对仰角的天线增益(gain)的图。

图4A表示具有了无“L”形狭缝的导波器的平板天线的指向性增益的图。

图4B是表示实施方式的平板天线的指向性增益的图。

图5是表示安装在车体上的天线装置中的示意性的指向性增益的图。

标号说明

1天线装置

12天线单元

11平板天线

40平板天线本体部

41接地导体

42基板部

43天线电极

44馈电杆

60导波器

61分隔部

62顶板

621“L”形狭缝

22电路基板

24屏蔽盒

241侧耳

24a开口

24b贯穿孔

30单元固定部件

30a孔

31连接头承接部

31a连通孔

32钩爪

26螺丝

14底板

141凹部

141a、141b孔

142a螺丝孔

142连接头

50螺栓

2车体

具体实施方式

以下，参照附图详细地说明本发明的实施方式。但是，本发明的范围并不限于图示例。

参照图1，说明本实施方式的含有平板天线11的天线装置1。图1表示天线装置1的分解结构。图1所示的天线装置1是卫星数字广播接收机用的天线装置，设置在机动车等的移动体的顶部而被使用。

图示的天线装置1由天线单元12以及用于覆盖该天线单元12的天线盒构成。该天线盒由穹形的顶盖(省略图示)和底板14构成。天线单元12收纳于顶盖内。

天线单元12包括：平板天线11、电路基板22以及屏蔽盒24。平板天线11接收卫星波而输出接收信号。在电路基板22上形成对于从平板天线11输出的接收信号进行信号放大等的各种信号处理的电路(以下，称为信号处理电路)。平板天线11和电路基板22通过未图示的双面胶带等粘合。

电路基板22上连接有用于将接收信号取出到天线盒的外部的电缆(省略图示)。另外，电路基板22上，在与配置了平板天线11的侧相反一侧的面上安装用于屏蔽上述信号处理电路的屏蔽盒24。

屏蔽盒24具有开口24a，该开口24a用于使连接到电路基板22的电缆穿过。屏蔽盒24具有从其两侧侧面向外侧延伸的一对侧耳241。在这些侧耳241上穿出用于使螺丝26贯穿的贯穿孔24b。

天线装置1具备配置于天线单元12和底板14之间的单元固定部件30。如后所述，该单元固定部件30用于将该天线装置1临时固定在移动体(车体)的顶部，而且用于将天线单元12固定在底板14上。也就是说，在天线单元12的正下方配置单元固定部件30。

另一方面，底板14具有用于收纳该单元固定部件30的凹部141。底板14具有三个连接头142，三个所述连接头142上形成有用于拧入三个螺丝26的螺丝孔142a。这些三个连接头142中的两个设置在与屏蔽盒24的一对侧耳241对应的位置。

单元固定部件30在其与底板14的上述三个连接头142对应的位置具有承接连接头的三个连接头承接部31。在这些连接头承接部31上穿出用于连通三个螺丝26的连通孔31a。单元固定部件30具有用于使连接到电路基板22的电缆穿过的孔30a。进而，单元固定部件30为了将天线装置1临时固定于移动体(车体)的顶部而具有向下方延伸的一对钩爪32。

在底板14上，在凹部141上穿出用于使电缆穿过的孔141a和用于使一对钩爪32穿过的两个孔141b。

以下，参照图1，说明将这样的结构的天线装置1固定在移动体(车体)的方法。

首先，使单元固定部件30的一对钩爪32穿过底板14的两个孔141b。此时，底板14的三个连接头142以插入单元固定部件30的连接头承接部31而被承接。

接着，经由屏蔽盒24的两个贯穿孔24b及单元固定部件30的三个连通孔31a，三个螺丝26拧止在连接头142的螺丝孔142a内。由此，天线单元12经由单元固定部件30固定在底板14上。

接着，使从底板14的下表面向下方延伸的圆筒状的螺栓50穿过在移动体(车体)的顶部(省略图示)穿出的开口(省略图示)。由此，天线装置1临时固定在移动体(车体)的顶部上。

另外，通过将螺母(省略图示)与螺栓拧紧，将天线装置1完全固定在移动体(车体)的顶部上。

这样，在本实施方式中，将天线装置1临时固定在移动体(车体)上，而且将用于使平板天线11固定在底板14上的单元固定部件30配置在天线单元12的正下方，并将单元固定部件30与平板天线11重叠地配置。其结果，能够缩小天线盒内所需的空间。因此，能够提供更加小型且设计自由性高的天线装置1。

平板天线11包括导波器60和平板天线本体部40。平板天线本体部40包括：接地导体41、基板部42、天线电极43以及馈电杆44。接地导体41是形成在基板部42的底面上的金属导体部。基板部42是陶瓷制的诱电体的基板。基板部42也可以为磁性体或磁性绝缘体。基板部42例如具有平面的边角为圆弧的立方体的形状。天线电极43形成在基板部42的顶面且为接地的金属导体部。接地导体41及天线电极43例如通过对基板部42的底面及顶面进行丝网印刷(screen printing)而形成。

馈电杆44配置为贯穿接地导体41及基板部42，并且与天线电极43电连接。馈电杆44与电路基板22的馈电部连接。接地导体41与电路基板22的接地部连接。

导波器60安装在平板天线本体部40的顶面。导波器60具有分隔部61和顶板62。分隔部61由发泡性的缓冲部件等构成。分隔部61例如由聚氨酯发泡料构成，但希望尽可能由诱电率低的材料构成。分隔部61贴附在天线电极43的顶面，将天线电极43和顶面62隔开规定的距离。

顶板62是安装在分隔部61的顶面的四方形且为矩形的平板。顶板62是铝、铜或铁等的金属板。顶板62也可以由金属胶带构成。顶板62上具有“L”形的带状狭缝即“L”形狭缝621。

接着，参照图2说明一例顶板62的尺寸及配置。图2表示顶板62的尺寸及配置。

如图2所示，假设取X轴及Y轴。在顶面为正方形的平板天线本体部40之上，经由分隔部61配置顶板62。顶板62的“L”形狭缝621在顶板62的平面中，优选配置在与馈电杆44成对角方向的位置。

将顶板62的Y轴方向上的长度设为L1，同样将其X轴方向上的长度设为L2。将“L”形狭缝621的长度方向的带部的长度设为L3，同样将其宽度方向的带部的长度设为L4。另外，将“L”形狭缝621的长度方向的带部的宽度设为L5，同样将其宽度方向的带部的宽度设为L6。另外，将从顶板62的左端至“L”形狭缝621的Y轴方向上的长度设为L7，将从顶板62的上端至“L”形狭缝621的X轴方向上的长度设为L8。而且，将平板天线本体部40(基板部42)的平面的一边长度设为L0。

关于长度L1和L2，将其设为L1、L2＞L0。使顶板62在平面中为遮住平板天线本体部40的大小及配置另外，关于长度L3、L4，设为L3、L4＜L0。优选的是，“L”形狭缝621在平面中配置在平板天线本体部40的内侧。另外，优选的是，关于长度L3、L4，设为L3＞L4，但也可以为L3＝L4。

表示一例顶板62的顶板的尺寸及配置。对于平板天线本体部40(基板部42)，设为L0＝23[mm]。另外，对于顶板62，设为L1＝L2＝31[mm]。L3和L4设为L3＝20[mm]、L4＝12[mm]。L5和L6设为L5＝L6＝3[mm]。另外，L7和L8设为L7＝L8＝7[mm]。另外，将天线电极43与顶板62之间的距离(分隔部61的厚度)设为2[mm]。

接着，参照图3～图5，说明平板天线11的天线特性。图3表示无导波器60的平板天线(平板天线本体部40)和平板天线11的对仰角的天线增益(gain)。图4A表示具有了无“L”形狭缝的导波器的平板天线的指向性增益的图。图4B表示平板天线11的指向性增益。图5表示安装到车体2的天线装置的示意性的指向性增益。

如图3所示，对于上述尺寸及配置的一例平板天线11，模拟了对仰角的天线增益(gain)。另外，模拟了上述尺寸及配置的一例平板天线11中无导波器60的平板天线(平板天线本体部40)的天线增益。另外，下表1表示图3的图表的数值。

表1

平板天线11和平板天线本体部40都是随着仰角变大，天线增益上升。进而，平板天线11与平板天线本体部40相比，随着仰角变大，天线增益变大的斜率更大因此，可知通过导波器60，平板天线11在高仰角得到高天线增益。

如图4A所示，模拟了顶板62上无“L”形狭缝621的、上述尺寸及配置的一例平板天线的低仰角(5°)时的全方位角的指向性增益。低仰角(5°)时的具有了无“L”形狭缝621的导波器的平板天线的全方位角的增益平均值、增益最大值、增益最小值以及增益的最大值-最小值的值如下表2所示。

表2

另外，如图4B所示，模拟了上述尺寸的一例平板天线11的低仰角(5°)时的全方位角的指向性增益。低仰角(5°)时的平板天线11的全方位角的增益平均值、增益最大值、增益最小值以及增益的最大值-最小值的值如下表3所示。

表3

这样，平板天线11与具有了无“L”形狭缝621的导波器的平板天线相比，低仰角时的全方位角的增益的平均值更小。因此可知：平板天线11与具有了无“L”形狭缝621的导波器的平板天线相比，高仰角时的天线增益更大。

另外，平板天线11与具有无“L”形狭缝621的导波器的平板天线相比，全方位角的增益的最大值-最小值的值更小。因此可知：平板天线11与具有无“L”形狭缝621的导波器的平板天线相比，得到更均等的增益而不取决于方位角。

图5示意地表示图4A、图4B的天线特性。如图5所示，考虑安装了具有平板天线11的天线装置1的车体2的水平面。用实线表示天线装置1中的指向性增益。另外，作为比较对象，用虚线表示具有平板天线的天线装置中的指向性增益，所述平板天线具有了无“L”形狭缝621的导波器。天线装置1中的天线增益与具有了无“L”形狭缝621的平板天线的天线装置相比，得到更圆形的指向性增益。

以上，根据本实施方式，平板天线11具备导波器60，所述导波器60包括分隔部61以及具有“L”形狭缝621的顶板62。因此，能够增大平板天线11的高仰角时的指向性增益，而且能够使同一仰角时的全方位角的指向性增益均等。

另外，天线单元12具备平板天线11。因此，可构成能够增大高仰角时的指向性增益，而且能够使同一仰角时的全方位角的指向性增益均等的天线单元12。另外，天线装置1具备天线单元12。因此，可构成能够增大高仰角时的指向性增益，而且能够使同一仰角时的全方位角的指向性增益均等的天线装置1。

另外，上述实施方式中的记述是本发明的平板天线、天线单元及天线装置的一例，本发明并不限于此。

在上述实施方式中，顶板62是四方形的平板，但并不限于此。例如，顶板62也可以为边角为圆弧的平板。

另外，在上述实施方式中，将平板天线11、天线单元12、天线装置1作为了卫星广播的接收天线，但并不限于此。也可以将平板天线11、天线单元12、天线装置1适用于其他通信方式或共振频率的无线通信。

另外，有关上述实施方式中的天线装置1的详细结构及详细动作，在不偏离本发明的要旨的范围内也可以适当地变更。

本申请主张基于2010年3月31日提交的日本专利申请第2010-080177号的优先权。该申请所包含的说明书、附图以及说明书摘要的公开内容，全部被本申请引用。

Claims (3)

1.一种平板天线，包括：

平板天线本体部，其在顶面上具有天线电极；以及

导波器，其安装在所述平板天线本体部的顶面上，

所述导波器包括：顶板，其具有比所述平板天线本体部大的平面并且在该平面上具有“L”形的狭缝；以及间隔部，其配置在所述平板天线本体部的顶面与所述顶板之间，使所述天线电极和该顶板间隔规定的距离。

2.一种天线单元，包括：

权利要求1所述的平板天线；

电路基板，在其上面形成了对所述平板天线接收到的信号进行处理的信号处理电路；以及

屏蔽盒，屏蔽所述信号处理电路。

3.一种天线装置，包括：

权利要求2所述的天线单元；

底板；以及

单元固定部件，其配置在所述天线单元和所述底板之间，使该天线单元固定在该底板上。

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