CN104137337B

CN104137337B - 天线装置

Info

Publication number: CN104137337B
Application number: CN201380011163.3A
Authority: CN
Inventors: 樫野佑; 樫野佑一; 宇野博之; 藤田卓; 盐崎亮佑; 渡边健太郎
Original assignee: Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd
Current assignee: Panasonic Automotive Systems Co Ltd
Priority date: 2012-12-28
Filing date: 2013-12-25
Publication date: 2018-01-16
Anticipated expiration: 2033-12-25
Also published as: US20150002353A1; CN104137337A; US9466886B2; JPWO2014103311A1; JP6195080B2; WO2014103311A1

Abstract

本发明提供一种天线装置，能够适当倾斜天线的指向性。本发明的天线装置具备：电介质基板；导体板，其配置于电介质基板的一面；第一隙缝元件，从供电线对其供电，该第一隙缝元件具有该天线装置的使用频率的大致1/2波长的电长度，形成于导体板；第二隙缝元件，其具有比第一隙缝元件长的电长度，与第一隙缝元件隔开电长度大致1/4波长的间隔而与第一隙缝元件大致平行地形成于导体板；接地导体，其与导体板隔开规定的间隔而与导体板大致平行地配置。

Description

天线装置

技术领域

本发明涉及天线装置。

背景技术

作为现有的天线装置，已知有图14(A)～(C)所示的隙缝天线(例如，参照专利文献1)。图14(A)～(C)是表示现有的隙缝天线的电介质基板、导体层及反射板的立体图。

在该隙缝天线中，在电介质基板201的表面设有微波传输线路202，在电介质基板201的背面配置有导体层203。另外，在导体层203形成有多个隙缝204a～204d。经由微波传输线路202对该多个隙缝204a～204d供电，由此，实现电介质基板201向水平方向(－X方向)的辐射。另外，通过在多个隙缝204a～204d配置设有拉深加工部206的带腔的反射板205，从而实现FB比(Front Back Ratio：前后比)良好的天线性能。

专利文献1：(日本)特开2001－094340号公报

在专利文献1的技术中，难以使天线的指向性从基板的水平方向倾斜。

发明内容

本发明是鉴于上述情况而设立的，提供一种能够适当倾斜天线的指向性的天线装置。

本发明的天线装置，具备：电介质基板；导体板，其配置于所述电介质基板的一面；第一隙缝元件，由供电线对其供电，该第一隙缝元件具有该天线装置的使用频率的大致1/2波长的电长度，形成于所述导体板；第二隙缝元件，其具有比所述第一隙缝元件长的电长度，与所述第一隙缝元件隔开电长度大致1/4波长的间隔而与所述第一隙缝元件大致平行地形成于所述导体板上；接地导体，其与所述导体板隔开规定的间隔而与所述导体板大致平行地配置。

根据本发明，能够适当倾斜天线的指向性。

附图说明

图1是表示实施方式中的天线装置的构造例的分解立体图；

图2(A)～(D)是表示实施方式中的多层基板的各层的图案构成例的平面图；

图3是表示实施方式中的天线装置的构造例的A－A剖面图；

图4(A)是表示实施方式中的天线辐射图案的解析结果(垂直(XZ)面指向性)的一例的示意图，(B)是表示实施方式中的天线辐射图案的解析结果(圆锥面指向性(θ＝58度))的一例的示意图；

图5是表示实施方式中的长度L1和倾斜角θ的关系的一例的示意图；

图6是表示实施方式中的长度L1和增益(根据最大值进行标准化)的关系的一例的示意图；

图7(A)是表示实施方式中的L1＝1.40λg时的天线辐射图案的解析结果(垂直(XZ)面指向性)的一例的示意图，(B)是表示实施方式中的L1＝1.80λg时的天线辐射图案的解析结果(垂直(XZ)面指向性)的一例的示意图；

图8(A)是表示实施方式中的天线装置的电流分布特性(L1＝1.40λg)的一例的示意图，(B)是表示实施方式中的天线装置的电流分布特性(L1＝1.51λg)的一例的示意图，(C)是表示实施方式中的天线装置的电流分布特性(L1＝1.80λg)的一例的示意图；

图9是表示实施方式中的长度d×2和倾斜角θ的关系的一例的示意图；

图10是表示实施方式中的d×2＝1.40λg、1.80λg时的天线辐射图案的解析结果(垂直(XZ)面指向性)的一例的示意图；

图11是表示实施方式中的长度d×1和旁瓣电平的关系的一例的示意图；

图12是表示实施方式中的d×1＝1.75λ、1.83λ时的天线辐射图案的解析结果(垂直(XZ)面指向性)的一例的示意图；

图13是用于说明实施方式中的圆锥面指向性的示意图；

图14(A)～(C)是表示现有的隙缝天线的电介质基板、导体层及反射板的立体图；

图15是表示在将天线装置搭载于移动终端的情况下假定的使用例的一例的示意图；

图16是表示实施方式中的应用于通信用途的天线装置的构造例的分解立体图。

标记说明

100：第一电介质基板

101：第二电介质基板

102：第三电介质基板

103：接地导体

104：图案

105：辐射元件

106：反射元件

107：供电线

108：通孔

109：供电部

110：天线装置

117、118、119：电流波节的位置

120：供电点

300：发送用隙缝天线

400：接收用隙缝天线

501：辐射元件

502：反射元件

503：图案

504：供电线

505：通孔

506：发送机

507：接收机

具体实施方式

以下，参照附图对本发明的实施方式进行说明。

(得到本发明一方式的过程)

在将天线装置搭载于移动终端的情况下，例如假定图15所示的使用例。在图15中，握持移动终端301的用户302使用移动终端对例如电视装置303发送控制信号。在该情况下，若在从移动终端内的基板面方向304(与基板面平行的方向)倾斜(倾斜)规定角度的方向305上具有指向性，则用户的使用便利性提高。

在以下的实施方式中，对能够适当倾斜天线的指向性的天线装置进行说明。

(实施方式)

本实施方式的天线装置用于例如毫米波带域的高频(例如60GHz)的无线通信电路，搭载各种电子零件(例如天线，半导体芯片)。天线装置例如作为隙缝天线进行动作。

图1是表示实施方式中的天线装置110的构成例的分解立体图。图2(A)～(D)是表示天线装置110的各层的图案构成例的平面图。图3是表示图1所示的天线装置110的构成例的A－A剖面图。在图3中，表示将各基板组合后的状态。

天线装置110具备第一电介质基板100、第二电介质基板101、第三电介质基板102、接地导体103、图案104、辐射元件105、反射元件106及供电线107。即，天线装置110具有多层基板。另外，图案104的形状以例如俯视观察具有大致正方形的形状，由金属导体(例如铜箔)构成。

第一电介质基板100、第二电介质基板101、第三电介质基板102为介电常数εr(例如3.6)的基板。另外，第一电介质基板100、第二电介质基板101及第三电介质基板102分别大致平行地配置。

在图1中，第一电介质基板100的厚度为t12(例如0.02λ)。第二电介质基板101的厚度为t23(例如0.03λ)。第三电介质基板102的厚度为t34(例如0.02λ)。此外，“λ”表示与天线装置110的使用频率对应的自由空间波长。

在本实施方式中，将第一电介质基板100的一面侧(+Z侧)称为第一层(L1层)，将第二电介质基板101的一面侧(+Z侧)称为第二层(L2层)。另外，将第三电介质基板102的一面侧(+Z侧)称为第三层(L3层)，将第三电介质基板102的另一面侧(－Z侧)称为第四层(L4层)。

在图1中，形成于L1层的铜箔图案的厚度为t1。另外，形成于L2层的铜箔图案的厚度为t2。另外，形成于L3层的铜箔图案的厚度为t3。另外，形成于L4层的铜箔图案为t4。铜箔图案的厚度t1～t4例如为0.004λ。

在L1层，在第一电介质基板100的一面侧(+Z侧)配置由铜箔图案形成的例如大致正方形的图案104。在图案104上设置隙缝型地切削图案104的一部分而形成的辐射元件105及反射元件106。辐射元件105为第一隙缝元件的一例。反射元件106为第二隙缝元件的一例。

辐射元件105和反射元件106在L1层大致平行地配置。另外，反射元件106在长度方向(图1中为Y方向)上比辐射元件105长。此外，反射元件106相对于辐射元件105配置在所希望的天线辐射方向(具有指向性的方向)的相反侧(图1中为－X侧)。这样，利用电介质基板上的导体图案形成隙缝天线。

辐射元件105作为辐射电波的辐射器进行动作，故而将隙缝长(图1中为辐射元件105的长度方向上的长度)L2设定成大致1/2λg。“λg”表示与天线装置110的使用频率对应的考虑到基板内的波长缩短效果的波长。

反射元件106作为反射器进行动作，因此，辐射元件105与反射元件106的间隔d设定成大致1/4λg。通过将该间隔d设定成大致1/4λg，能够将天线的指向性从基板的水平方向(XY方向)或垂直方向(Z方向)进行倾斜。另外，反射元件106的隙缝长(图1中为反射元件106的长度方向上的长度)L3设定成比辐射元件105的隙缝长L2更长且比与辐射元件105平行的大致正方形的图案104的一边的长度L1短。

从辐射元件105到第一电介质基板100的反射元件106侧(－X侧)的端边的长度为d×1(例如1.15λg)。从辐射元件105到第一电介质基板100的辐射方向(+X侧)的端边的长度为d×2(例如2.89λg)。

在L2层，在第二电介质基板101的一面侧(+Z侧)设置供电线107。供电线107在XY平面的俯视观察下配置在与辐射元件105大致正交的位置，以与辐射元件105电磁场耦合。

另外，供电线107从L2层经由L3层的通孔108延伸到L4层，与供电部109连接。供电部109例如配设于未图示的外部基板(例如母板)。

这样，辐射元件105为供电元件，反射元件106为非供电元件。因此，供电线107无需如图14(B)所示那样地对多个辐射元件供电，仅需形成为能够向辐射元件105供电的长度，因此，能够缩短L2层的供电线107的长度，并且能够抑制供电线107的信号损失。

在L3层，在第三电介质基板102的一面侧(+Z侧)配置接地导体103。接地导体103与配置于第一电介质基板100的图案104大致平行地配置。

在L4层，也可以在第三电介质基板102的另一面侧(－Z侧)搭载电子零件。在将电子零件(例如半导体芯片)搭载于L4层的情况下，在电子零件和作为天线的辐射元件105或反射元件106之间配置接地导体103。由此，既可以防止电子零件侧的相互电气干扰，也可以防止天线侧的相互电气干扰，天线装置110的可靠性提高。

第三电介质基板102的另一面侧(－Z侧)为安装电子零件的第二电介质基板101的另一面的一例。

接着，对天线装置110的天线辐射图案的解析例进行说明。

图4(A)、(B)是表示在将天线装置110设计成之前示例的尺寸的情况下，通过有限积分法解析的天线辐射图案的解析结果的一例的示意图。图4(A)、(B)的辐射图案表示的是作为主偏波的仅与基板成垂直方向的偏波(Eθ成分)的辐射图案。

图4(A)表示的是表示基板垂直面(XZ面)的指向性的辐射图案。参照图4(A)可确认，在将+Z方向设为仰角(倾斜角)θ＝0度的情况下，θ＝大致58度，从+Z方向向基板水平方向(XY方向)倾斜。

另外，图4(B)表示的是表示圆锥面指向性的辐射图案。如图13所示，该圆锥面指向性表示束倾斜方向(θ＝58度)的与基板水平方向(XY方向)平行的面140的指向性。参照图4(B)可确认，从辐射元件105辐射的电波在基板水平方向(XY方向)上主要具有+X方向的成分。

接着，对使长度L1变化时的天线性能的变化例进行说明。

图5是表示使图案104的一边长度L1变化时的倾斜角的变化例的示意图。图6是表示使图案104的一边长度L1变化时的增益的变化例的示意图。此外，在图6的纵轴中，通过将测量对象的增益除以最大增益而进行标准化，表示增益的相对值。

参照图5可确认，长度L1在1.47λg以上且1.8λg以下的范围中成为较大的规定的倾斜角(例如50度～60度)。

另外，参照图6可确认，在L1＝约1.51λg的情况下为最大增益。

图7(A)是表示图案104的一边长度L1＝1.4λg时的辐射图案的一例的示意图。图7(B)是表示图案104的一边长度L1＝1.8λg时的辐射图案的一例的示意图。

参照图7(A)可确认，在L1＝1.4λg的情况下，增益的最大方向为+Z方向，且指向性不从+Z方向倾斜。另一方面，参照图7(B)可确认，在L1＝1.8λg的情况下，增益的最大方向从+Z方向向+X方向倾斜，且指向性从Z方向倾斜。

这样，通过将长度L1设定成1.47λg以上且1.8λg以下，能够高精度地得到所希望的倾斜角。

接着，对天线装置110中的电流分布进行说明。

图8(A)～(C)是表示天线装置110中的电流分布的一例的示意图。图8(A)表示L1＝1.40λg时的电流分布特性的一例。图8(B)表示L1＝1.51λg时的电流分布特性的一例。图8(C)表示L1＝1.80λg时的电流分布特性的一例。在图8(A)～(C)中，表示从供电点120供电时的电流分布，白色部分表示电流相对较大，黑色部分表示电流相对较小。供电点120与供电线107所包含的规定点对应。

参照图8(A)～(C)可确认，在辐射元件105、反射元件106及图案104的周端部附近分布有相对较大的电流。因此，可确认，天线装置110的辐射图案通过将从辐射元件105、反射元件106及图案104的周端部附近辐射的电波合成而形成。另外，在图案104的一边长度L1变化的情况下，图案104的周端部附近的电流波节的位置117～119变化，因此，天线装置110的辐射图案例如如图7(A)、(B)那样地变化。

因此，通过调节长度L1，能够按照角度调整倾斜角θ。例如，假定在图15所示的移动终端搭载天线装置110的情况，将所希望的倾斜角θ设为50～60度。在该情况下，通过将长度L1设定成1.47λg以上且1.8λg以下，能够高精度地得到所希望的倾斜角。

接着，对使长度d×2变化时的天线性能的变化例进行说明。

图9是表示从辐射元件105到第一电介质基板100的辐射方向(+X侧)的端边的长度d×2和倾斜角θ的关系的一例的示意图。图10是表示d×2＝1.40λ、1.80λ时的辐射图案的一例的示意图。

参照图9可确认，长度d×2越长，倾斜角越大。另外，当长度d×2比1.8λg小时，倾斜角成为50度以下。

参照图10可确认，与长度d×2为1.40λ的情况相比，长度d×2为1.80λ时，天线的指向性从+Z方向向+X方向倾斜。

这样，通过调节长度d×2，能够调节倾斜角θ。例如，假定在图15所示的移动终端搭载天线装置110的情况，将所希望的倾斜角θ设为50～60度。在该情况下，通过将长度d×2设定成1.8λg以上，能够高精度地得到所希望的倾斜角。

接着，对使长度d×1变化时的天线性能的变化例进行说明。

图11是表示从辐射元件105到第一电介质基板100的反射元件106侧(－X侧)的端边的长度d×1和旁瓣电平的关系的一例的示意图。图12是表示d×1＝1.75λg、1.83λg时的辐射图案的一例的示意图。

在此，主瓣表示指向性最强的方向的电波的辐射成分。旁瓣表示指向性第二强以后的方向的电波的辐射成分。

在图11中，以分贝(DB)表述主瓣电平(主瓣的辐射水平)与旁瓣(旁瓣的辐射水平)的差。在图12中，用标记125表示主瓣，用标记126表示旁瓣。

参照图11可确认，长度d×1越长，旁瓣电平126越大。在长度d×1为1.75λg以下的情况下，旁瓣电平约为－10dB。图11中的旁瓣电平越小，主瓣125方向的增益越大。

在图12中，表示长度d×2＝1.75λg、1.83λg时的辐射图案。参照图12可确认，与长度d×2＝1.83λg的情况相比，抑制了1.75λg时的旁瓣。

这样，通过调节长度d×1，能够调节旁瓣电平。

根据天线装置110，能够适当倾斜天线的指向性。另外，例如与基板垂直方向(Z方向)相比，能够实现接更接近基板水平方向(XY方向)的束倾斜(例如倾斜角50度～60度)。

另外，通过与辐射元件105电磁场耦合而进行供电，故而能够缩短供电线107。因此，能够减少供电线107的传送损耗，能够提高天线性能。另外，越是高频通信，越容易受到导体线路的长度的影响。因此，通过将天线装置110应用于毫米波通信中，能够实现损耗较少的高频通信。

另外，为了防止电波向－Z方向的辐射，能够在多层基板内设置作为反射板起作用的接地导体103。因此，除了电介质基板以外，无需设置作为其它部件的反射板205(参照图14(C))，能够简化天线装置110的构成。

另外，通过在L4层安装电子零件(例如芯片零件、IC(Integrated Circuit))，在天线与电子零件之间配置作为地面发挥作用的接地导体103。由此，能够抑制天线和电子零件的电气干扰。因此，良好地保持电气特性，容易模块化。

另外，天线装置110也可以不搭载于发送装置侧，而搭载于接收装置侧。

此外，本发明不限于上述实施方式的构成，只要是能够实现权利要求中所示的功能或实现本实施方式的构成所具有功能的构成，则可以应用任意构成。

例如，上述实施方式中，说明了在图案104中形成辐射元件105、反射元件106，但也可以形成导波元件。导波元件为第三隙缝元件的一例。

导波元件与辐射元件105、反射元件106同样，通过隙缝型地从图案104切削而形成。另外，导波元件，从辐射元件105观察，在反射元件106侧的相反侧(图1中为+X侧)与辐射元件105隔开规定的距离(例如大致1/4λg)而配置。另外，导波元件的电长度形成得比辐射元件105的电长度短。另外，反射元件106及导波元件也可以形成多个。

通过具备导波元件，能够使基板水平方向(XY平面)的指向性更加良好。

图16表示将本实施方式的天线装置应用于通信(包含发送及接收)用途时的构成例。在图16中，对由与图1相同的部件构成的部分标注相同的编号。在第一电介质基板100配置发送用隙缝天线300和接收用隙缝天线400。

发送用隙缝天线300包含设有辐射元件105及反射元件106的图案104。接收用隙缝天线400包含设有辐射元件501及反射元件502的图案503。接收用隙缝天线400的构成与发送用隙缝天线300相同。

发送用隙缝天线300经由供电线107与发送机506连接。接收用隙缝天线400经由供电线504与接收机507连接。

另外，在图16中示例了发送用隙缝天线300和接收用隙缝天线400为相同的形状，但无需一定形成为相同的形状。

(本发明一方式的概要)

本发明第一方面的天线装置，具备：

电介质基板；

导体板，其配置于上述电介质基板的一面；

第一隙缝元件，从供电线对其供电，该第一隙缝元件具有使用频率的大致1/2波长的电长度，形成于上述导体板；

第二隙缝元件，其具有比上述第一隙缝元件长的电长度，与上述第一隙缝元件隔开电长度大致1/4波长的间隔而与上述第一隙缝元件大致平行地形成于上述导体板；

接地导体，其与上述导体板隔开规定的间隔而与上述导体板大致平行地配置。

另外，本发明第二方面的天线装置，在第一方面的基础上，

具备上述供电线，

上述供电线配置于上述第一隙缝元件与上述接地导体之间，与上述第一隙缝元件电磁场耦合而进行供电。

另外，本发明第三方面的天线装置，在第一或第二方面的基础上，

具备第三隙缝元件，其具有比上述第一隙缝元件短的电长度，在上述第二隙缝元件侧的相反侧与上述第一隙缝元件隔开规定间隔而与上述第一隙缝元件大致平行地形成于上述导体板。

另外，本发明第四方面的天线装置，在第一～第三方面中的任一方面的基础上，

上述电介质基板为多层基板，

在第一电介质基板的一面配置上述导体板，

在配置于上述第一电介质基板的另一面侧的第二电介质基板的一面配置上述接地导体，

在上述第二电介质基板的另一面安装电子零件。

另外，本发明第五方面的天线装置，在第一～第四方面中的任一方面的基础上，

上述导体板的一边长度具有该天线装置的使用频率的1.47波长以上且1.8波长以下的电长度。

另外，本发明第六方面的天线装置，在第一～第五方面中的任一方面的基础上，

上述第一隙缝元件与比上述第二隙缝元件更接近上述第一隙缝元件的上述接地导体的端部隔开该天线装置的使用频率的1.8波长以上的电长度而配置。

另外，本发明第七方面的天线装置，在第一或第二方面的基础上，

上述第二隙缝元件与比上述第一隙缝元件更接近上述第二隙缝元件的上述接地导体的端部隔开该天线装置的使用频率的1.75波长以下的电长度而配置。

本申请基于2012年12月28日提出申请的日本专利申请No.2012－289071，在此作为参照而引用其内容。

产业上的可利用性

本发明在能够将天线的指向性从基板的水平方向倾斜的天线装置等中是有用的。

Claims

1.天线装置，具备：

电介质基板；

导体板，其不接地，配置于所述电介质基板的一面；

第一隙缝元件，由供电线对其供电，该第一隙缝元件具有使用频率的大致1/2波长的电长度，形成于所述导体板；

第二隙缝元件，其具有比所述第一隙缝元件长的电长度，与所述第一隙缝元件隔开电长度大致1/4波长的间隔而与所述第一隙缝元件大致平行地形成于所述导体板；

接地导体，其作为地面发挥作用，与所述导体板隔开规定的间隔而与所述导体板大致平行地配置，

所述导体板在俯视观察下为方形，

通过调整所述导体板的构成方形的一边的长度，对射束的指向性中的仰角方向进行调整。

2.如权利要求1所述的天线装置，其中，

还具备所述供电线，

所述供电线配置于所述第一隙缝元件和所述接地导体之间，与所述第一隙缝元件电磁场耦合而进行供电。

3.如权利要求1或2所述的天线装置，其中，

还具备第三隙缝元件，其具有比所述第一隙缝元件短的电长度，在所述第二隙缝元件侧的相反侧与所述第一隙缝元件隔开规定间隔，与所述第一隙缝元件大致平行地形成于所述导体板。

4.如权利要求1或2所述的天线装置，其中，

所述电介质基板为多层基板，

在第一电介质基板的一面配置所述导体板，

在配置于所述第一电介质基板的另一面侧的第二电介质基板的一面配置所述接地导体，

在所述第二电介质基板的另一面安装电子零件。

5.如权利要求1或2所述的天线装置，其中，

所述导体板的一边长度具有该天线装置的使用频率的1.47波长以上且1.8波长以下的电长度。

6.如权利要求1或2所述的天线装置，其中，

所述第一隙缝元件与比所述第二隙缝元件更接近所述第一隙缝元件的所述接地导体的端部隔开该天线装置的使用频率的1.8波长以上的电长度而配置。

7.如权利要求1或2所述的天线装置，其中，

所述第二隙缝元件与比所述第一隙缝元件更接近所述第二隙缝元件的所述接地导体的端部隔开该天线装置的使用频率的1.75波长以下的电长度而配置。