CN103181027B

CN103181027B - 天线

Info

Publication number: CN103181027B
Application number: CN201180042254.4A
Authority: CN
Inventors: 松永真由美; 挂水健司
Original assignee: Ehime University NUC
Current assignee: Matsunaga Mayumi
Priority date: 2010-09-01
Filing date: 2011-08-26
Publication date: 2014-11-26
Anticipated expiration: 2031-08-26
Also published as: WO2012029639A1; JP5692544B2; US9281563B2; JPWO2012029639A1; CN103181027A; US20130176187A1

Abstract

本发明的目的在于提供一种能够进行基于频率或偏振特性不同的电波的通信，并且结构简单，可以设置在小型的装置中的共用天线。因此，本发明的天线（1）螺旋状地具有多个形成十字形的环路，具有在该螺旋状的环路的中途设置的间隙（5）和在中心部设置的供电部（4），间隙（5）的间隔在第一频率产生电磁耦合，在比第一频率高的第二频率不产生电磁耦合。

Description

天线

技术领域

本发明涉及具有通过多个通信方式进行通信的功能的用于进行电波的发送或者接收的天线。

背景技术

便携式电话或车载导航系统等移动通信装置得到广泛普及。各个装置具有固有的频率或偏振波方式。例如，在车载导航系统等全球定位系统（GPS）中使用圆偏振波的电波。例如，在专利文献1中记载了小型并且具有良好的圆偏振波特性的天线。

近年来，移动通信装置的多功能化取得进展。例如，具有GPS功能的便携式电话终端逐渐普及。在这样的多功能的移动通信装置中，需要收发频率、偏振波不同的多个电波。因此，搭载了与要使用的电波的各种类对应的多个天线。

另外，在专利文献2、专利文献3等中提出了能够收发频率、偏振波不同的多个电波的共用天线。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：特开2009-10909号公开特许公报

专利文献2：特开2010-68473号公开特许公报

专利文献3：特开2008-278059号公开特许公报

发明内容

发明要解决的课题

在专利文献1中记载的天线小型且结构简单，并具有良好的圆偏振波特性，但是在该文献中没有记载用于进行直线偏振波的通信的天线。在带有GPS功能的便携式电话等中，搭载了直线偏振波用的天线和圆偏振波用的天线，但是天线的尺寸相应地增大，在用于装入小型装置的配置中必须费心思。另外，当使具有不同特性的天线接近时相互间产生干扰，性能降低。

因此，希望能够收发特性不同的电波的共用天线。例如，在专利文献2中记载的天线是在具有绝缘性的薄膜上层积导电体而成的薄膜天线，作为圆偏振波天线和直线偏振波天线而工作。但是在该文献中假设在第一工作频率2.6GHz、第二工作频率5.8GHz这样极高的频率下使用，例如若设为直线偏振波1.5GHz、圆偏振波2.6GHz这样的频率，则尺寸变得过大，无法搭载在便携式电话终端等小型装置中。在专利文献3中记载的天线，将直线偏振波用的元件和圆偏振波用的元件接近配置，基本上与搭载多个天线相同。迫使结构复杂价格昂贵，并且因为是两层以上的构造因此较厚，难以装入到小型的装置。

作为上述以外的共用天线，提出了在电路中设置开关来进行开/关（ON、OFF）的方案，但是装置依旧复杂、价格昂贵，另外，为了进行开关的控制还需要特别的通信电路。并且因为通过开关进行切换来使用，因此无法同时使用直线偏振波和圆偏振波。另外，也提出了在Cu层、Mo-Mn层等金属镀膜层上设置Ni镀层以及Au镀层的天线，但是，依旧价格昂贵。

本发明的目的在于提供能够进行基于频率、偏振波特性不同的电波的通信，并且结构简单，能够设置在小型装置中的共用天线。

用于解决课题的手段

为了解决上述课题，本发明的天线具有：螺旋状地具有多个形成十字形的环路的第一天线部；经由切断部与第一天线部邻接的第二天线部；设置在中心部的供电部，在第一频率在切断部中产生电磁耦合，在与第一频率不同的第二频率不产生电磁耦合。

第二天线部螺旋状地具有多个形成十字形的环路，第二天线部被设置在第一天线部的外周，切断部是第一天线部的外侧端部和第二天线的内侧端部之间的间隙，具有在第一天线部的螺旋状的环回路的中心部设置的供电部，间隙的间隔在第一频率产生电磁耦合，在比第一频率高的第二频率不产生电磁耦合。并且，在形成十字形的环回路中，在沿着第一方向的部分中流动的电流和在沿着与第一方向垂直的第二方向的部分中流动的电流在第一频率实质上为同相位，在第二频率实质上具有π/2的相位差。

另外，第二天线部是在第一天线部的内侧设置的偶极子天线，在切断部中在第一频率产生电磁耦合，在切断部中在比第一频率高的第二频率不产生电磁耦合。或者，第二天线部是在第一天线部的外侧设置的环形天线，在切断部中在第一频率产生电磁耦合，在切断部中在比第一频率高的第二频率不产生电磁耦合。

发明的效果

本发明能够实现可进行基于频率、偏振波不同的多个电波的通信且小型的共用天线。能够实现构造简单、一层且一个供电部（1个端口）的平面天线。

附图说明

图1是表示天线的基本构造的平面图。

图2是表示供电部的细节的放大侧面图。

图3是表示天线的概要的立体图。

图4是表示天线的电流分布的平面图。

图5是表示天线的回波损耗特性的图表。

图6是表示第一频率下的天线的直线偏振波特性的图表。

图7是表示第二频率下的天线的圆偏振波特性的图表。

图8是表示第二频率下的天线的轴比的图表。

图9是实施例2的天线的基本构造的平面图。

图10是表示基于实施例2的天线的仿真的回波损耗特性的图表。

图11是表示实施例2的天线的1.58GHz下的圆偏振波特性的图表。

图12是实施例2的天线的1.74GH下的直线波特性的图表。

图13是表示实施例2的天线的电流分布的平面图。

图14是表示基于实施例3的天线的仿真的回波损耗特性的图表。

图15是表示实施例4的天线的立体图。

图16是表示基于实施例4的天线的仿真的回波损耗特性的图表。

具体实施方式

说明用于实施本发明的最优的方式。本发明的天线具有：螺旋形地具有多个形成十字形的环路的第一天线部、经由切断部与第一天线部邻接的第二天线部、以及在中心部设置的供电部，在第一频率下在切断部中产生电磁耦合，在与第一频率不同的第二频率下不产生电磁耦合。

以下，基于附图进行详细说明。图1是表示天线的基本构造的平面图，图2是表示供电部的细节的放大侧面图，图3是表示天线的概要的立体图。

天线1是在电介体的基板2上设置十字形螺旋导体线路3的平面天线。在此，所谓平面天线，是指不需要采取多层构造或抛物线形状等立体构造。因此，在通信装置具有平缓的曲面形状的外表面时，也可以沿着该外表面形成天线。另外，也可将薄的柔软的薄膜作为基板来形成可变形的天线。

导体线路3的外形是十字形。即，成为将两个短边为L0、长边为L1的长方形的重心重合，相互错开90度而重叠的形状。中心部是一边为L0的正方形，宽度为L0长度为L4=（L1-L0）/2的长方形从其各边突出。

最外周侧的端部D被设置在十字形的中央部的正方形的一角附近。该端部D是开路状态。将该点D设为始点，以线路宽度w形成最外周的环路的导体线路。沿着十字形的外形环绕，从始点D的附近形成下一个环路。从最初的环路隔开间隔d，在内侧形成下一个环路。以下，同样螺旋状地重复环绕，尽可能地填充到中心部附近。

在此，最外周的十字形的长度L1以及最内周的十字形的长度L2分别将要使用的频率选定为基准。在使用两种频率的情况下，最外周的长度L1与低的第一频率匹配，最内周的长度L2与更高的第二频率匹配。根据各自的波长的四分之一的长度来算出，但是也将基板的介电常数的影响作为因素而包含。在最内周的环路线路中设置供电部4。该供电部被配置在十字形的中心附近，但是，也可以不完全配置在中心，而考虑连接器的安装容易性等而配置在稍微错开的位置。

另外，在螺旋状的导体线路的中途设置了间隙5。间隙5的间隔根据要使用的电波的频率来选择。即，如下这样设置间隔：在第一频率，间隙的前后的导体线路电磁耦合，即产生干扰，在第二频率不产生干扰。在图1的例子中，第一天线部通过间隙5外侧的螺旋形成，第二天线部通过间隙5内侧的螺旋形成。

对于与该天线连接的发送电路、通信电路没有特别的限定。第一频率用的通信电路、第二频率用的通信电路都可以将现有电路直接与供电部连接。天线作为用于第一频率的直线偏振波和第二频率的圆偏振波中的通信的共用天线而发挥作用。

实施例1

接着，根据第一实施例进一步详细说明。该实施例是用于1.5GHz的直线偏振波和2.45GHz的圆偏振波的通信的共用天线的例子。作为基板2使用了环氧基树脂。该环氧基树脂的公称的特性是厚度为1mm、相对介电常数为4.3、介质损耗角正切为0.018。在该基板2上形成厚度0.035mm、宽度1mm的铜（导电率5.8×10⁷S/m）的线路。

与导体线路3有关的尺寸如下。L1=39.0mm、L0=17.5mm、L2=24.0mm、L3=10.0mm、L4=10.75mm、L5=10.25mm、w=1mm、d=0.5mm。是形成6重十字形的环路的螺旋状的导体线路。

在供电部4中，在导体线路中形成0.125mm的切口，设置SMA连接器。在切口处被切断的导体线路的各自的端部的附近连接有连接器的端子。

另外，在从外侧起第3周的环路上的一个角部设置了间隙5。间隙4的宽度是0.5mm。

通过将收发电路与供电部4的连接器连接，进行基于天线1的收发。如此通过1个端口构成向天线的供给部，因此电路的连接简单，通信设备的构成也变得容易。

基于该实施例的天线，通过仿真与实际测量来求出其特性。通过电磁波特性的仿真程序Sonnet Suites（商品名）来进行仿真。

图4表示导体线路上的电流分布。白色显示的部分表示电流大。在第一频率（1.5GHz）和第二频率（2.45GHz）可知电流分布不同。在第一频率，电流分布在导体线路3全体中。另一方面，在第二频率，仅在内侧观察到电流分布。

在形成十字形的环回路中，在沿着第一方向（x轴方向）的部分中流动的电流和在沿着与第一方向垂直的第二方向（y轴方向）的部分中流动的电流在第一频率实质上为相同相位。因此，具有直线偏振波特性。另一方面，在第二频率实质上具有π/2的相位差，具有圆偏振波特性。

图5是表示天线的回波损耗特性的图表。纵轴是用dB表示回波损耗特性的值，在图表上曲线较低地表示时认为收发能力高。仿真值以及实测值都在1.5GHz和2.45GHz处曲线降低。并且，在其以外的频率也有数值低的部分，可知该天线可在两个以上频率进行收发。仿真值和实测值良好地对应，但是也观察到认为是连接器的安装方法等导致的若干差异。

图6是表示第一频率处的天线的直线偏振波特性的图表。分别表示φ=0°的面和φ=90°的面的放射特性。在此，在作为以图2所示的天线的中心位置为中心的极坐标来显示的情况下，将天线的面（x-y平面）设为方位角的面，x轴为φ=0°以及y轴为φ=90°。另外，仰角θ沿z轴为θ=0°。图6的横轴为仰角θ。在φ=0°的面内，θ为+45°～-50°，在φ=90°的面内，在全部的方向主偏振波和交叉偏振波的差取10db以上，可知在1.5GHz得到直线偏振波特性。仿真值和实测值良好地对应。

图7是表示第二频率的天线的圆偏振波特性的图表。表示2.45GHz的φ=0°的面和φ=90°的面的各自的放射特性。根据该图，在φ=0°的面内在+55°～-60°的范围内、在φ=90°的面内在+35°～-35°的范围内，右旋成分和左旋成分的差取10dB以上，可知在2.45GHz得到圆偏振波特性。

图8是表示根据天线的2.45GHz的圆偏振波特性求出的轴比的图表。轴比5dB以下的波束宽度在φ=0°的面内为+45°～-55°的100°，在φ=90°的面内为+25°～-20°的45°。特别是在φ=0°的面内，在宽角度范围内得到轴比为平坦的结果。因此，能够确认实现了良好的圆偏振波特性。

实施例2

说明该发明的第二实施例。图9是表示该实施例的天线的基本构造的平面图。该实施例是用于基于1.74GHz的直线偏振波和1.58GHz的圆偏振波的通信的共用天线的例子。1.74GHz的直线偏振波能够用于W-CDMA标准的便携式电话、1.58GHz的圆偏振波能够用于GPS。基板是环氧基树脂，其特性是厚度为1mm、相对介电常数为4.3、介质损耗角正切为0.018。在该基板上形成厚度0.035mm铜（导电率为5.8×10⁷S/m）的线路。

关于导体线路的尺寸如下。L1=51.0mm、L0=19mm、L2=38.2mm、L3=15.4mm、L4=16mm、L5=15mm。导体线路的宽度w1=1mm、间隔d1=0.6mm，在最内侧的环路中，宽度w2=2.6mm、间隔d2=1mm。宽度1mm的环路有4周，在其内侧形成一周宽度为2.6mm的环路。成为形成了5周十字形的环路的螺旋状的导体线路。基于该天线，进行与实施例1同样的仿真。

图10是表示基于实施例2的天线的仿真的回波损耗特性的图表。在该图表中，在1.58GHz和1.74GHz处曲线降低。并且在其以外的频率也有数值低的部分，可知该天线在两个以上的频率可以进行收发。

图11是表示频率1.58GHz的天线的圆偏振波特性的图表。表示φ=0°的面和φ=90°的面的放射特性。根据该图，右旋成分和左旋成分的差取所需量以上，可知得到圆偏振波特性。

图12是表示频率1.74GHz的天线的直线偏振波特性的图表。分别表示φ=0°的面和φ=90°的面的放射特性。可知较大地得到主偏振波和交叉偏振波的差，在频率1.74GHz得到直线偏振波特性。

图13表示导体线路上的电流分布。可知在第一频率（1.58GHz）和第二频率（1.74GHz）电流分布不同。在第一频率，电流分布在导体线路全体。另一方面，在第二频率，仅在内侧观察到电流分布。

在形成十字形的环回路中，在沿着第一方向（x轴方向）的部分中流动的电流和在沿着与第一方向垂直的第二方向（y轴方向）的部分中流动的电流，在第一频率实质上具有π/2的相位差。因此，具有圆偏振波特性。另一方面，在第二频率实质上为同相位，具有直线偏振波特性。

实施例3

说明该发明的第三实施例。是将厚度0.5mm的薄膜作为基板时的例子。该基板的特性是相对介电常数为4.3、介质损耗角正切为0.018。在该基板上形成了图1所示的线路。

导体线路3的尺寸可以与图1所示的实施例1相同，但是，在该情况下，工作频率增高约1.06倍。因此，在实施例3中，通过将L1以及L2、L4、L5的尺寸增大约1.06倍，构成了同等的天线。其尺寸如下。L0=17.5mm、L1=41mm、L2=26mm、L3=10mm、L4=11.75mm、L5=11.25mm、w=1mm、d1=0.5mm。基于该天线，进行回波损耗特性的仿真。

图14是表示实施例3的天线的仿真的回波损耗特性的图表。也用虚线一同表示实施例1的特性。可知实施例1和实施例3的数据大致一致，具有大致相同的回波损耗特性。

实施例4

说明该发明的第四实施例。图15是表示该实施例的天线的立体图。与实施例3相同，是在薄膜上形成天线并使其圆形弯曲的例子。即，与实施例3同样在厚度0.5mm的薄膜上以与实施例3相同尺寸配置导体线路来形成天线，以曲率半径20mm将该天线圆形弯曲。

图16是表示基于实施例4的天线的仿真的回波损耗特性的图表。实施例3的特性也用虚线一同表示。可知在第一频率和第二频率，实施例4的天线具有与实施例3的天线大致相同的回波损耗特性。通过将该实施例的天线形成在薄膜上，能够使其柔软地变形，并且即使变形也不减弱通信能力。

符号的说明

1天线

2基板

3导体线路

4供电点

5间隙

Claims

1.一种天线，其特征在于，

具有：

第一天线部，其螺旋状地具有多个形成十字形的环路；

第二天线部，其经由切断部与第一天线部邻接；以及

供电部，其被设置在所述第一天线部的中心部，

所述天线在第一频率在切断部中产生电磁耦合，在与第一频率不同的第二频率不产生电磁耦合。

2.根据权利要求1所述的天线，其特征在于，

第二天线部螺旋状地具有多个形成十字形的环路，第二天线部被设置在第一天线部的外周，

切断部是第一天线部的外侧端部和第二天线部的内侧端部之间的间隙，

所述天线具有在第一天线部的螺旋状的环路的中心部设置的供电部，

间隙的间隔在第一频率产生电磁耦合，在比第一频率高的第二频率不产生电磁耦合。

3.根据权利要求2所述的天线，其特征在于，

在形成十字形的环路中，在沿着第一方向的部分中流动的电流、和在沿着与第一方向垂直的第二方向的部分中流动的电流在第一频率实质上为同相位，在第二频率实质上具有π/2的相位差。

4.根据权利要求1所述的天线，其特征在于，

第二天线部是在第一天线部的内侧设置的偶极子天线，在切断部中在第一频率产生电磁耦合，在切断部中在比第一频率高的第二频率不产生电磁耦合。

5.根据权利要求1所述的天线，其特征在于，

第二天线部是在第一天线部的外侧设置的环形天线，在切断部中在第一频率产生电磁耦合，在切断部中在比第一频率高的第二频率不产生电磁耦合。