CN106104922B - 天线装置及其制造方法 - Google Patents

Abstract

提供抑制由薄型化所致的性能劣化的构造的天线装置。在天线基体(10)上，并排配置4个FM频带用的天线元件(401～404)和2个AM频带用的天线元件(405、406)。另外，将包括与各天线元件一对一地连接的合成电路的电路基板(20)配置于各天线元件(401～406)的内部空间。天线元件(401～406)为了使得在水平面内呈现无方向性，由螺旋状地卷绕的线状导体和在实质上最远离接地面(天线基体10)的部位与线状导体导通的面状导体构成。

Description

天线装置及其制造方法

技术领域

本发明涉及例如能够在车身上安装的薄型的天线装置及其制造方法。

背景技术

作为可在车身上安装的FM频带以及AM频带用的天线装置，有例如专利文献1以及专利文献2公开的天线装置。在专利文献1所公开的天线装置中，在鳍形形状的天线壳体内，设置天线基体和由2种螺旋天线部所构成的天线元件。天线元件具有接近天线基体一侧的第1螺旋部和远离天线基体一侧的第2螺旋部。第1螺旋部由线路状图案或者板状的导电性部件构成。另一方面，相比于第1螺旋部，第2螺旋部的每单位长度的表面积更大，由线状、实心状图案、实心状图案和导线、将板状的导电性部件按照大致コ字形弯折而得到的部件(横向长的螺旋形状的单元)构成。

另外，在专利文献2所公开的天线装置中，天线元件由螺旋状的天线元件和板状元件构成。绕从天线基体朝向车辆用天线装置的顶部方向的假想轴卷绕天线元件。板状元件是导电板，被配置成在螺旋状的天线元件的开放端侧，在电连接的状态下覆盖顶部上方，成为与假想轴垂直或者倾斜地交叉的位置关系。

专利文献1：日本特开2012-161075号公报

专利文献2：日本特开2013-106146号公报

发明内容

专利文献1公开的天线装置的主要目标在于：在有限的空间内使天线元件整体高效地作为天线而发挥功能。但是，在这样的天线装置中，隔开一定间隔在高度方向上设置2种螺旋部。特别是，在由板状的导电性部件构成第2螺旋部的情况下，构造成相对天线基体其面部竖立设置的所谓竖放的构造。因此，在薄型化中存在界限，仅能够实现至70[mm]左右的高度。

专利文献2公开的天线装置通过在天线元件的前端安装的板状元件的效果，在是薄型的同时还能够在宽频带的范围内确保大致恒定的天线增益。但该天线装置由单一的天线元件以及板状元件构成，所以在天线的高增益化中存在界限。例如，为了确保与以往的鳍形型天线等同的天线增益，需要50[mm]以上的高度。

本发明鉴于上述问题，其课题在于提供一种即使薄型化为上述高度以下也能够维持与以往的天线装置等同的天线增益以外的天线性能的构造的天线装置。

本发明的另一课题在于提供一种上述天线装置的制造方法。

本发明提供一种天线装置，其特征在于包括：天线基体，具有在动作时成为接地电位的面部；以及n个天线元件，以在与所述面部平行的面上呈现无方向性的方式，排列在所述天线基体上，用于同时接收或者发送同一信号，其中，n是2以上的自然数，所述n个天线元件分别包括：线状导体，其两端部配置于离开所述面部的方向；以及面状导体，在该线状导体的一端部实质上最远离所述面部的部位与所述一端部导通，与该面部大致平行地相对，所述线状导体的另一端部与其他天线元件的线状导体的另一端部电分离。

本发明提供一种天线装置的制造方法，其特征在于包括：分割工序，分别根据所述天线元件的高度、与通过该面积确保的天线增益的关系，将设置天线元件的面部的面积进行k分割，其中，k是2以上的自然数；以及配置工序，以在与所述面部平行的平面上呈无方向性的方式，在所述面部分别并排配置具有被分割的面积的k个面状导体和线状导体，该线状导体的一端部在实质上最远离所述面部的部位与所述面状导体导通且其另一端部在实质上最接近所述面部的部位与k系统的放大电路中的某一个系统的放大电路电连接，在所述面部，构成进行同一信号的接收或者发送的k个天线元件。

本发明的天线装置具备与在动作时成为接地电位的面部大致平行地相对的面状导体，通过用该面状导体确保对地电容，实现宽频带化和天线增益的提高，并且，以在与所述面部平行的面内呈现无方向性的方式，在天线基体上排列多个具有这样的面状导体的天线元件，进一步提高天线增益，所以即使降低从接地面起的天线高度，也能够补偿与其相伴的天线增益等的降低。

附图说明

图1是第1实施方式的天线装置的外观立体图。

图2是第1实施方式的天线装置的分解装配图。

图3(a)是第1实施方式的天线装置中的天线主体部的主视图，(b)以及(c)是侧视图。

图4是在电路基板上搭载的电子电路的结构图。

图5是示出第1实施方式和比较用天线装置的顶板电容板面积与天线增益的关系的图形，(a)是示出FM频带的图，(b)是示出AM频带的图。

图6是在现有型天线装置的电路基板上搭载的电子电路的结构图。

图7是示出第1实施方式的天线装置的指向特性的图形，(a)是示出FM频带的图，(b)是示出AM频带的图。

图8(a)是第2实施方式的天线装置中的天线主体部的主视图，(b)以及(c)是侧视图。

图9是第3实施方式的天线装置的外观立体图。

图10是第3实施方式的天线装置的分解装配图。

图11(a)是第3实施方式的天线装置中的天线主体部的主视图，(b)以及(c)是侧视图。

图12是在电路基板上搭载的电子电路的结构图。

图13是示出第3实施方式与基准天线的天线增益的关系的图形。

图14是高频电路的结构图。

图15是在电路基板上搭载的电子电路的其他结构图。

图16是在电路基板上搭载的电子电路的其他结构图。

(符号说明)

1、101：天线装置；10、110：天线基体；20、120：电路基板；201～204：FM放大器；205、206：AM放大器；211～213：合成电路；30、130：单元支撑体；40、140：天线元件；401～404、801、802：FM频带用天线元件；405、406、803：AM频带用天线元件；1401～1404：蜂窝通信用天线元件；50、150：罩部。

具体实施方式

以下，参照附图，说明本发明的实施方式。

[第1实施方式]

在第1实施方式中，说明将本发明应用于能够在FM频带(76[MHz]～108[MHz])以及AM频带(0.520[MHz]～1.710[MHz])中使用的薄型的天线装置的情况的例子。该天线装置是例如安装在车辆顶棚而使用的装置，在水平面上呈现无方向性。

图1是示出本实施方式的天线装置的构造例的外观立体图。另外，图2是其分解立体图。该天线装置1具有用铝压铸件等金属部件构成的天线基体10。该天线基体10是用于安装到车辆顶棚的配件，在其上表面(与指向车辆顶棚的底面相反的方向。以下相同)，形成了在动作时与车辆顶棚导通而成为接地电位的面部(“天线安装面部”)和用于不透水地接合罩部50的罩接合部。

天线基体10是4边的长度分别是160[mm]的正方形状的基体，关于天线安装面部，在天线基体10的比外周部分的罩接合部稍微凹陷的区域以22500[mm²](＝150[mm]×150[mm])的面积形成。

天线安装面部的厚度是约0.5[mm]，罩接合部的厚度是约1.0[mm]。

在天线安装面部的大致中央部，形成有用于插入用于安装到车辆顶棚的安装机构(图示省略)的安装孔10a。在天线安装面部，设置电路基板20。电路基板20的厚度是约0.5[mm]。

电路基板20是在1张树脂基板上装有电子电路的基板。具体而言，基板表面被划分成6个，针对各分区的每一个，分别形成有包括经由布线图案电连接了的天线供电端子以及放大器的放大电路。即，形成有6个系统的放大电路。另外，合成各系统的输出信号(放大信号)的合成电路和用于将合成电路的输出传递到外部装置的输出端子也形成于电路基板20。

在电路基板20的上表面，并排配置有6个单元支撑体301～306(在无需区分它们的情况下称为单元支撑体30)。“并排配置”是指：不相互重叠地在同一面内排列。

单元支撑体301～306由电介体块等构成，分别支撑有对应的天线元件401～406(在无需区分它们的情况下称为天线元件40)。

在由电介体块构成的情况下，设为各单元支撑体30包括与天线基体10平行地相对的顶板部和从该顶板部的周缘向下方(电路基板20的方向。以下相同)延伸的框体。顶板部也可以是开口面，框体也可以由多根柱的组合构成。

各单元支撑体30的由框体包围的部分为中空的空间。从电路基板20突出的电路配件收容于该中空的空间。由此，能够节约天线装置整体的尺寸。在框体的外表面，以预定间距螺旋状地形成槽。

天线元件40分别包括线状导体和对地电容确保用的面状导体而构成。面状导体是例如面积与单元支撑体30的顶板部大致相同(由顶板部的外周包围的部分的面积)并且其厚度为0.2[mm]的矩形平板状的网状或者板状的导体(以下称为“顶板电容板”)。

在本实施方式中，将4个FM频带用的天线元件401～404和2个AM频带用的天线元件405、406并排配置。FM频带用的天线元件401～404的各顶板电容板的面积是3500[mm²](＝70[mm]×50[mm])。另外，AM频带用的天线元件405、406的各顶板电容板的面积是2800[mm²](＝70[mm]×40[mm])。

各天线元件40是与分别相邻的单元隔开5～10[mm]的间隙而配置的。即，作为整体，在22500[mm²]的天线设置面部，并排配置6个天线元件40。关于设为这样的面积的理由，随后叙述。

将具有两端部的线状导体的一端部在实质上最远离天线基体10的部位处电连接到顶板电容板。“实质上最远离的部位”意味着：成为能够将对地电容确保得最多的高度的部位。线状导体的另一端部与形成于电路基板20的天线供电端子(图示省略)连接。

线状导体是FM频带用的导体，是将例如线径0.4[mm]的铜线在单元支撑体30的框部的外周的槽中卷绕几次而得到的。即，是以预定间隔(间距)卷绕而成的螺旋线圈。铜线被嵌装于框部的槽，所以通过将槽的深度设为铜线的直径，螺旋直径与顶板电容板的外径大致相同。螺旋直径以及间距被调整为在FM频带的频率下共振。

在将线状导体设为螺旋线圈的情况下，分别相邻的铜线(螺旋线圈)的卷绕方向期望成为相互反向卷绕。由此，在铜线中流过的电流成为同相，相比于不是这样的情况，能够抑制天线元件彼此的耦合，抑制天线特性的劣化。

AM频带用的线状导体只要能够确保恒定的电感分量即可，所以也可以不必是螺旋线圈。但是，在做成螺旋线圈的情况下，期望使卷绕方向成为相互反向卷绕。

图3示出被装配的天线装置中的拆下了罩部50的部分的外观。图3(a)是上面图，图3(b)以及(c)是其侧视图。如图3(a)所示，天线元件40的顶板电容板分别是大致矩形形状的平板，按照与从天线基体10突出的单元支撑体30的顶板部相同的形状以及尺寸成型。因此，顶板电容板相对天线基体10的天线安装面部平行地相对，在动作时确保对地电容。

此外，关于顶板电容板，在图示的例子中是矩形平板，但根据确保必要的电气性能的观点，无需一定是矩形平板，也可以是圆形、多边形、环状、网状、环和格子的组合、其他形状的平板。在该情况下，单元支撑体30的顶板部的形状也为与顶板电容板的形状一致的形状。

罩部50覆盖天线基体10、电路基板20、天线元件40，不透水地安装于天线基体10的周缘的罩接合部。该罩部50由例如电波透射性的合成树脂构成，按照箱状成型，但也可以是与车身的颜色相匹配的结构(在图1中为便于说明用透光性的树脂构成)。另外，还能够并非为单一的罩部，而做成双重构造的罩部。

图4是示出在电路基板20装上的电子电路的结构例的图。由FM频带用天线元件401～404接收到的信号被分别输入到与各个天线元件401～404分别一对一地对应的FM放大器201～204而被放大。FM放大器201和FM放大器202的输出在合成电路211中被合成。另外，FM放大器203和FM放大器204的输出在合成电路212中被合成。2个合成电路211、212的输出在合成电路221中进一步被合成。

由AM频带用天线元件405、406接收到的信号也被分别输入到与各个天线元件405、406分别成对的AM放大器205、206而被放大。各AM放大器205、206的输出在合成电路213中被合成。各合成电路221、213的输出被输出到输出端子231。

此外，在电子电路中，适当地附加带通滤波器、AGC(Automatic Gain Control：自动增益控制)器等。

在此，详细说明FM放大器201～204。各FM放大器201～204的初级的放大元件优选为在76[MHz]～108[MHz]那样的宽的频率的范围内成为低噪声的元件。具体而言，优选为在接收频带中其最小噪声指数Fmin是0.2[dB]以下、且等价噪声电阻Rn为4[Ω]以下那样的元件。作为这样的元件，有例如用GaAs系、InP系、GaN系、SiGe等化合物半导体所制作的HEMT(High Electron Mobility Transistor：高电子迁移率晶体管)。HEMT是将在半导体异质结中感应的高迁移率的二维电子气体作为沟道的FET(Field Effect Transistor：场效应晶体管)，一般是在超过FM频带的高频带中使用的元件。

在本实施方式中使用HEMT的目的在于，相比于输入输出阻抗匹配的追求，更重视使其以使连接到天线元件时的噪声指数(Noise Figure：以下称为“NF”)在期望的整个频率频带中大致恒定的方式动作这样的视点。此外，NF是用放大器的输入中的信噪比(Si/Ni)与输出中的信噪比(So/No)之比表示的指标，越小则噪声特性越低。

在AM用放大器205、206中，考虑1/f噪声即作为低频域的噪声的按3[dB]/倍频程而其强度衰减的噪声，不利用HEMT，而利用一般的FET或者双极性晶体管。

接下来，详细说明本实施方式的天线装置1的天线性能。

已知当从接地电位的面直至最远离的天线元件的距离即天线元件的高度变低，则与天线元件连接的电子电路和天线元件的匹配频率范围窄频带化。天线增益与上述高度的平方成比例这一点也是同样的。

在本实施方式的天线装置1中，通过增大顶板电容板的面积来确保对地电容，使随着使天线元件薄型化而窄频带化的匹配频率范围宽频带化。关于伴随薄型化而降低的天线增益，通过用多个天线元件(如上所述增大顶板电容板的面积而得到的单元)接收同一信号并在放大所接收到的信号之后合成来进行补偿。此外，也可以在合成之后放大。由此，即使薄型化，也能够得到实用的天线性能。以下，说明其理由。

图5是示出在上述构造的天线元件40中将高度变更为10[mm]、20[mm]、30[mm]时的顶板电容板的面积与天线增益的关系的特性图。此处所称的“高度”是指：作为接地电位的天线设置面部至顶板电容板的距离。图5(a)是FM频带的例子，图5(b)是AM频带的例子。各自的横轴是顶板电容板面积[mm²]，纵轴是天线增益[dB]。天线增益[dB]表示频带内平均增益。

该特性图是使用ANSYS公司的三维电磁场仿真器即“HFSS”而计算的图。为了比较，将从接地电位的平面(相当于天线安装面部)起的高度是60[mm]、顶板电容板的面积是10×40(＝400)[mm²]的在FM频带以及AM频带中共用的天线装置的天线增益作为基准(0[dB])。为便于说明，将这样的天线装置称为“基准天线”。

如果使顶板电容板的面积保持为400[mm²]而从60[mm]薄型化为30[mm]、20[mm]、10[mm]，则天线增益与其对应地变小。例如，在图5(a)、(b)所示的例子中，当使高度降低至10[mm]，则天线增益在FM频带、AM频带中都成为约1/36即-15[dB]。

另一方面，如果增大顶板电容板的面积，则不论在什么样的高度的情况下，都能够通过匹配频率范围的宽频带化，提高天线增益。

但是，在AM频带中，使顶板电容板的面积越大，天线增益越提高，但在FM频带中，从顶板电容板的面积是3500[mm²]附近起，天线增益的提高的程度钝化。其意味着：如在车辆上搭载的天线装置那样，在天线元件的收容空间局限的条件下，仅由于将面积增大到所需大小以上，作为整体，无法确保充分的天线增益。

在本实施方式中，使天线元件在FM频带和AM频带中不共用而成为独立的结构。另外，为了作为FM频带用的天线元件401～404的顶板电容板的面积而确保3500[mm²]，分别做成长边是70[mm]且短边是50[mm]的顶板电容板。通过这样使用4个天线元件401～404的顶板电容板，能够将天线增益改善6[dB]。即，即使将从天线设置面部起的高度降低至10[mm]，也能够将与60[mm]的高度的基准天线的天线增益差缩减至约-9[dB]。但是，即便是上述约90％的面积(3000[mm²])，上述天线增益差是-9.5[dB]左右，也能够使用这样的尺寸的顶板电容板。

在AM频带的情况下，通过使用长边是70[mm]且短边是40[mm](＝2800[mm²])的顶板电容板，即使将从天线设置面部起的高度降低至10[mm]，也能够将与60[mm]的高度的基准天线的天线增益差缩减至-3[dB]。但是，即便是上述约90％的面积(2500[mm²])，上述天线增益差也是-4[dB]程度，也能够使用这样的尺寸的顶板电容板。

另外，通过使具有上述面积的顶板电容板的天线元件401～404和放大器201～204分别一对一地对应，合成放大器201～204的放大信号来得到输出信号，能够实现在FM频带中为4倍(6[dB])、在AM频带中为2倍(3[dB])的天线增益改善。

由此，能够将FM频带中的天线增益从-9[dB]改善为-3[dB]。在相同的面积下，能够比使用一个天线元件的情况，提高该天线增益。即，将具有70[mm]×50[mm]的顶板电容板的4个天线元件401～404并排设置时的面积是14000[mm²]。在用一个天线元件构成这样的面积的顶板电容板的情况下，根据图5(a)的高度10[mm]的图形可知，天线增益是-7.5[dB]。因此，即便是相同的面积，在使用4个天线的情况下，增益变高4.5[dB]。

此外，根据图5(a)、(b)可知，即使在有限的天线设置面部的面积中将各个顶板电容板的面积做成比上述尺寸小而要增加天线元件的数量并且增加对应的放大器的数量，与将顶板电容板减小相应的天线增益的降低也变大、并且合成电路的损失也变大，作为整体，有时也无法得到充分的天线性能，所以关于天线元件数量，存在一定的界限。

另一方面，在将天线元件的高度设为20[mm]或者30[mm]的情况下，能够减少天线元件以及对应的放大器的数量。

接下来，说明电子电路侧的天线性能的改善的规格。

在车辆上安装的以往的FM频带以及AM频带用的薄型天线装置因为天线元件等的收容空间被限制，所以典型地做成图6所示的结构(上述基准天线也相同)。即，在以往型天线装置中，在一个天线元件601中共用FM频带和AM频带，在将接收到的信号通过分波电路602分离为FM频带信号和AM频带信号之后，将FM频带信号输入到FM放大器603，将AM频带信号输入到AM放大器604。然后，将FM放大器603的输出和AM放大器604的输出经由输出端子605导入到外部的电子设备。

但是，分波电路602是按照集中常数组装的高通滤波器和低通滤波器的组合，所以一般难以将FM频带信号和AM频带信号完全分离。其结果，FM频带信号的一部分流入到AM放大器。同样地，AM频带信号的一部分也流入到FM放大器。因此，接收到的信号的能量的部分发生丢失。其结果，输出端子605中的信号的能量不为FM放大器603的输出和AM放大器604的输出的相加值。

相对于此，在本实施方式的天线装置1中，使用FM频带用的天线元件401～404和AM频带用的天线元件405、406，将FM频带信号在FM放大器201～204中独立地放大，将AM频带信号在AM放大器205、206中独立地放大，之后，在各合成电路211～213、221中合成。因此，信噪比(S/N)提高，这有助于提高天线增益。

以一对天线元件为例子，对其进行说明。用以下的式，表示基于这些天线元件和放大器的S/N。

So/No＝GSi/(GNi+Na)…(1)

其中，So是输出信号、No是输出噪声、Si是输入信号、Ni是输入噪声、Na是放大器噪声、G是放大增益。

输出信号So是仅将输入信号Si放大G倍而产生的信号，相对于此，输出噪声No是对输入噪声Ni被放大G倍的结果加上放大器产生的噪声Na而得到的噪声。此处，在将天线元件和放大器并联地连接了2个的情况下，输入信号Ni和输入噪声No由于都加上相同的部分，所以简单地成为相加值。但是，从放大器产生的噪声Na是随机的，相互无相关性。因此，无法单纯地进行相加，变成均方之和的平方根、即√2Na。

即，将天线元件和放大器的组并联连接的情况下的S/N如下所述。

So/No＝2GSi/(2GNi+√2Na)...(2)

如果比较(1)式和(2)式，则可知(2)式(并联连接)的输出S/N较大。

根据本发明者的实测，判明了通过削减图6所示的分波电路601，使FM频带用的天线元件401～404和放大器201～204以及AM频带用的天线元件405、406和放大器205、206并联连接，能够分别改善3[dB]的天线增益。

图7(a)是FM频带中的水平面内的指向特性图，图7(b)是AM频带中的水平面内的指向特性图。通过将天线元件40做成图1～图3那样的构造，在FM频带、AM频带中，都能够全方位地得到大致相同的接收灵敏度。即，本实施方式的天线装置1在与天线设置面部平行的面内成为无方向性。

因此，无需在多个方向上配置例如具有指向性的天线元件，能够从全方位接收电磁波。

这样，在本实施方式的天线装置1中，通过将FM频带用的天线元件401～404的顶板电容板的面积做成3150[mm²]以上、优选做成3500[mm²]以上，能够将天线增益改善约6[dB]，通过将它们在同一平面上排列4个，能够将天线增益改善约[6dB]，进而，通过削减分波电路，能够将天线增益改善约3[dB]。即，判明了即使薄型化至高度10[mm]，也能够维持与高度60[mm]的基准天线等同的天线性能。

另外，通过将AM频带用的天线元件405、406的顶板电容板的面积做成2520[mm²]以上、优选做成2800[mm²]以上，能够将天线增益改善约12[dB]，通过将它们在同一平面上排列2个，能够将天线增益改善3[dB]，通过削减分波电路，能够将天线增益改善3[dB]。即，判明了即使薄型化至高度10[mm]，也能够维持与高度60[mm]的基准天线等同以上的天线性能。

[第2实施方式]

接下来，作为FM频带以及AM频带用的天线装置的基本结构与第1实施方式相同，说明使天线元件的高度、即天线设置面部至顶板电容板的距离比第1实施方式的天线装置1高的情况下的实施方式例。关于天线装置的构成要素的名称等，与第1实施方式相同。

根据图5(a)、(b)所示的特性图可知，如果使天线元件比10[mm]高，则能够减小所补偿的顶板电容板的面积、即能够减小天线设置面部的面积。因此，在第2实施方式中，示出将天线元件的高度设为20[mm]、将天线设置面部的面积做成10000[mm²](＝100[mm]×100[mm])的情况的例子。

图8是示出第2实施方式的天线装置中的拆下了罩部的部分的外观的图。图8(a)是上面图，图3(b)以及(c)是其侧视图。

如图8(a)所示，第2实施方式的天线装置是在2个FM频带用的天线元件401a、402a之间，与天线基体210的天线设置面部并排配置1个AM频带用的天线元件403a而构成的。对各FM频带用的天线元件401a、402a分别连接有与在第1实施方式中说明的结构相同的FM放大器。这些FM放大器的输出在合成电路中被合成。另外，对AM频带用的天线元件403a连接有与在第1实施方式中说明的结构相同的AM放大器。

FM频带用的天线元件401a、402a分别是在由电介体块构成的单元支撑体301a、302a的顶板部设置顶板电容板并且在框部卷绕线状导体(螺旋线圈)而构成的。另外，AM频带用的天线元件403a构成为具备在单元支撑体303a的顶板部所设置的顶板电容板和经由单元支撑体303a的中空部将一端与顶板电容板电连接且将另一端与电路基板连接的线状导体(螺旋线圈)。

关于FM频带用的天线元件401a、402a的顶板电容板的尺寸，长边是100[mm]，短边是27[mm]。另外，关于AM频带用的天线元件403a的顶板电容板的尺寸，长边是100[mm]，短边是42[mm]。

如图5(a)所示，在FM频带用的天线元件401a、402a的高度是20[mm]且顶板电容板的面积是2700[mm²]的情况下，在1个天线元件中，天线增益为-4.5[dB]。因此，通过使用2个具有该面积的顶板电容板的天线元件而被补偿3[dB]，进而，通过不使用分波电路而被补偿3[dB]，合计被补偿6[dB]，所以成为基准天线之上的天线性能。

在本实施方式中，也可知通过使用多个天线元件，相比于使用一个天线元件的情况，能够提高天线特性。即，在本实施方式的天线装置2的FM天线中，将具有100[mm]×27[mm]的顶板电容板的2个天线元件401a、402a并排设置时的面积是5400[mm²]。根据图5(a)可知，如果与具有20[mm]的高度且5400[mm²]的面积的顶板电容板的一个天线元件进行比较，则天线增益是-3.5[dB]，所以与其比较，即便是相同的面积，相比于使用2个天线元件的情况，增益变高2[dB]。

关于AM频带的天线元件403a，在高度是20[mm]且顶板电容板的面积是4200[mm²]的情况下，仅此天线增益就超过+4[dB]，所以也能够比基准天线提高天线性能。

另外，在第1实施方式的天线装置1中，天线设置面部的面积是22500[mm²](＝150[mm]×150[mm])，相对于此，第2实施方式的天线装置是10000[mm²](＝100[mm]×100[mm])即可，所以仅通过高度增加10[mm]，就能够使天线元件的设置空间变成一半以下。此外，第2实施方式的天线装置也在水平面内成为无方向性。

在使天线元件的高度为30[mm]、实现相同的天线性能的天线装置的情况下，能够进一步减小天线元件的设置空间。

即，在参照图5(a)、(b)时，在例如FM频带，通过将顶板电容板的面积设为700[mm²]，天线增益为-4dB。因此，通过使用2个具有该尺寸的顶板电容板的天线元件，天线增益为-1[dB]。通过删除分波电路，进而得到3[dB]的天线增益，所以能够在确保与基准天线等同以上的天线性能的同时，进一步减小天线元件的设置空间。

[第3实施方式]

接下来，说明本发明的第3实施方式。在该实施方式中，说明能够在蜂窝方式的800[MHz]频带、即800[MHz]～1000[MHz]的频率中发送接收的天线装置的例子。关于天线装置的构成要素的名称等，与第1实施方式相同。另外，该实施方式的天线装置也如车辆顶棚那样，安装在具有导电性的天线设置面上而被使用。

图9是示出第3实施方式的天线装置的构造例的外观立体图，图10是其分解立体图。该天线装置101具备天线基体110、电路基板120、4个单元支撑体1301～1304(在无需区分它们的情况下称为单元支撑体130)、4个天线元件1401～1404(在无需区分它们的情况下称为天线元件140)以及罩部150。罩部150由电波透射性的合成树脂构成。

在天线基体110的上表面，形成有在动作时与车辆顶棚导通而成为接地电位的天线安装面部和用于不透水地接合罩部150的罩接合部。在天线基体110的比外周部分的罩接合部稍微凹陷的区域中，以900[mm²](＝30[mm]×30[mm])的面积，形成有天线安装面部。天线安装面部的厚度是约0.5[mm]，罩接合部的厚度是约1.0[mm]。

在天线安装面部的大致中央部，形成有用于插入用于安装到车辆顶棚的安装机构(图示省略)的安装孔110a。在天线安装面部中，配设电路基板120。电路基板120的厚度是约0.5[mm]。

天线元件140与第1以及第2实施方式的情况同样地，分别由顶板电容板和线状导体构成。顶板电容板由例如厚度0.2[mm]、4边分别是13[mm](面积为13×13[mm²])的铜板等构成。线状导体由例如线径0.1[mm]的铜线构成，绕单元支撑体130的周围卷绕几次，一端与成对的顶板电容板连接，另一端与在电路基板120上形成了的天线供电端子连接。分别相邻的线状导体的卷绕方向是相互反向卷绕。由此，在铜线中流过的电流成为同相，相比于不是这样的情况，抑制天线元件彼此的耦合，抑制天线特性的劣化。

单元支撑体130具有对卷绕对应的线状导体时的定位导引件以及对应的顶板电容板进行保持固定的作用，由相对天线设置面在垂直方向上突出的中空的电介体块等构成。天线设置面至顶板电容板的高度是大致10[mm]。

电路基板120是搭载了与天线元件140连接的发送接收端子、包括在发送时分配信号并在接收时合成信号的分配/合成电路的电子电路、以及用于与外部电路交接信号的输出端子的基板。

电路基板120收容于单元支撑体130的中空部，由此，能够节约天线装置整体的尺寸。

图11示出被装配的天线主体外观。图11(a)是上面图，(b)以及(c)是侧视图。如图11(a)所示，顶板电容板是大致矩形形状的平板，按照与从天线基体110突出的单元支撑体130的顶板部相同的形状以及尺寸成型。因此，相对天线设置面部大致平行。

此外，顶板电容板无需一定是矩形平板而也可以是圆形、多边形、环状、网状、环和格子的组合、其他形状这一点与第1实施方式以及第2实施方式相同。

另外，线状导体为在单元支撑体130的外侧视以预定间隔(间距)卷绕的螺旋线圈，螺旋直径与顶板电容板的外径大致相同。即，螺旋直径的大小与顶板电容板的面积(由外周包围的部分的面积)等同。螺旋直径以及间距被调整成在800[MHz]频带的天线元件中以蜂窝带的频率共振。

接下来，详细说明图9～图11所示的构造的天线装置101的各部的结构。天线元件140如上所述分别设置顶板电容板和线状导体，其结果，成为13×13×10[mm³]的尺寸。天线元件140之间的间隙是4[mm]。因此，天线基体110上的天线安装面部的面积为900[mm²](＝30×30[mm²])。另外，天线元件140整体的收容空间的尺寸为30×30×10[mm³]。

图12示出在电路基板120装上的电子电路的结构例。天线元件1401和天线元件1402与分配/合成电路1201连接，天线元件1403和天线元件1404与分配/合成电路1202连接。另外，2个分配/合成电路1201、1202与分配/合成电路1203连接，分配/合成电路1203经由输出端子1204而与具备接收机和发送机的外部装置连接。

在天线元件1401～1404接收到信号时，分配/合成电路1201、1202、1203合成这些接收信号而并将其引导到外部装置的接收机。同时接收同一信号，所以天线增益格外高。另一方面，在发送信号时，分配从外部装置的发送机输出的发送对象信号而对各天线元件1401～1404供电。在该情况下，由于同时发送同一信号，所以天线增益也格外高。

图13是示出800[MHz]频带中的天线的增益与顶板电容板的面积的关系的图。纵轴是基准天线比的天线增益[dB]，横轴是面积[mm²]。天线增益[dB]表示频带内平均增益。

在该实施方式中，将基准天线做成在周围13[mm]见方卷绕了的高度10[mm]的1个螺旋天线。即，与从天线元件140拆下了顶板电容板的结构相同。

1个基准天线的开口面积为169[mm²](＝13[mm]×13[mm])，所以将其增益A1设为基准0[dB]。在图13中，关于A2，对该基准天线附加顶板电容板，使其成为如图9～图11所示排列4个时的天线增益，其值是5.4[dB]。A3表示在将高度维持为10[mm]的状态下，使顶板电容板的面积变化时的天线增益的变化。

在参照图13时，对基准天线附加了顶板电容板的1个天线元件的天线增益高达1.8[dB]。相反地，成为与基准天线等同的天线增益的顶板电容板天线的面积是80[mm²]就足以。即，通过附加顶板电容板，天线增益变大，还实现宽频带化。

另一方面，如本实施方式的天线装置101那样，将具有13[mm]×13[mm]的顶板电容板的4个天线元件1401～1404并排设置时的面积是约900[mm²]。根据图13的A3可知，具有900[mm²]的面积的顶板电容板的一个天线元件的天线增益是4.0[dB]，所以即便是相同的面积，在分割为4个而使用的情况下，也变高1.4[dB]。

这样，在第3实施方式的天线装置101中，也通过增加天线元件的顶板电容板的面积而宽频带化，并且，即便是相同的面积，通过分割为多个而使用，也能够提高天线增益。

此外，在该实施方式中，示出了在接收时在外部装置的接收机中放大、在发送时在外部装置的发送机中放大的情况的例子，但也可以将这些放大器设置于天线装置侧。但是，在该情况下，期望采取发送时的电波的屏蔽对策。

图14～图16是示出将放大器设置于天线装置侧的情况下的结构例的图。在天线装置侧进行放大时，设置图14例示的结构的高频电路。该高频电路是在与端子C1、C2连接了的一对分配/合成电路RT10、RT11之间，并联地设置了接收放大器R10和发送放大器T10的电路。

图15是在4个天线元件1401～1404的正下方分别设置了图14所示的结构的高频电路1211～1214的例子。对高频电路1211和高频电路1212连接分配/合成电路1215，对高频电路1213和高频电路1214连接分配/合成电路1216。进而，2个分配/合成电路1215、1216与分配/合成电路1217连接，该分配/合成电路与图12所示的输出端子1204连接。

图16是在4个天线元件1401～1404的正下方，分别设置图14所示的结构的高频电路1221～1224，并将它们连接到一个分配/合成电路1225的例子。该分配/合成电路1225与输出端子1204连接。

在图14至图16的情况下，分配/合成电路RT10、RT11、1215～1217、1225在发送时作为分配电路而发挥功能，在接收时作为合成电路而发挥功能。

[变形例]

以上，说明了3个实施方式例，但本发明的天线装置能够如以下那样变形而实施。

(1)在第1实施方式中，示出了将4个FM频带用的天线元件和2个AM频带用的天线元件并排配置的情况的例子，在第2实施方式中，示出了将2个FM频带用的天线元件和1个AM频带用的天线元件并排配置的情况的例子，但天线元件数也可以是这些数量以外的数量。另外，还能够在天线设置面部仅排列FM频带的天线元件来构成天线装置。

(2)在第1实施方式以及第2实施方式中，说明了在电路基板20中设置放大器和合成电路的情况下的例子，但也可以做成将电路基板20或者在其上所安装的电子电路不设置于天线基体10，而是设置于与天线装置独立的部位，并能够经由接口电连接的结构。另外，也可以在电路基板20中仅设置针对频带的每个信号进行合成的合成电路，在天线装置的外部装置中放大所合成了的接收信号。

(3)在第1实施方式以及第2实施方式中，说明了AM带用和FM频带用的天线装置的例子，在第3实施方式中，说明了蜂窝的800[MHz]频带用的天线装置的例子，但也可以设为具有能够接收GPS的频带、导航系统用的频带、或者、卫星广播用的频带的天线元件的天线装置。

[第4实施方式]

接下来，说明第1至第3实施方式所示的天线装置的制造方法。能够经由以下的制造工序，制造这些天线装置。为方便起见，说明第1实施方式的天线装置1，但第2实施方式以及第3实施方式的天线装置的情况也是同样的。

(1)分割工序

在天线基体10中，决定能够设置天线元件的天线设置面部的面积。另外，在考虑单元之间的间隙的同时，将该面积针对每个频带进行k分割(k是2以上的自然数)。具体而言，考虑图5(a)、(b)所示的天线增益、天线元件的高度以及顶板电容板的面积的相互关系和在电子电路中可补偿的增益(3[dB])，根据可确保的天线设置面部的面积，决定分割数(k)和分割后的顶板电容板的面积。

(2)配置工序

在将安装了与分割后的系统相应的电子电路的电路基板20收容于天线设置面部之后，以在与天线安装面部平行的平面上呈现无方向性的方式，安装具有分割后的面积的k个顶板电容板和线状导体。即，以使顶板电容板与天线安装面部平行或者大致平行的方式，安装于单元支撑体30。关于线状导体，其一端部在实质上最远离天线设置面部的部位与顶板电容板导通，其另一端部与其他线状导体的另一端部独立地与电子电路连接。

这样，在天线基体10上，构成能够实现同一频带的同一信号的同时接收的k个天线元件。

(3)装配工序

最后，对天线基体10的罩接合部接合罩部而完成天线装置1。

Claims (14)

1.一种天线装置，其特征在于包括：

天线基体，具有在动作时成为接地电位的面部；以及

n个天线元件，以在与所述面部平行的面上呈现无方向性的方式，排列在所述天线基体上，用于同时接收或者发送同一信号，其中，n是2以上的自然数，

所述n个天线元件分别包括：

线状导体，其两端部配置于离开所述面部的方向；以及

面状导体，在该线状导体的一端部实质上最远离所述面部的部位与所述一端部导通，与该面部大致平行地相对，

所述线状导体的另一端部与其他天线元件的线状导体的另一端部电分离。

2.根据权利要求1所述的天线装置，其特征在于：所述线状导体的另一端部与电子电路的输入部连接，该电子电路将所输入的信号与由其他天线元件接收到的信号合成。

3.根据权利要求1所述的天线装置，其特征在于：所述线状导体的另一端部与电子电路的输出部连接，该电子电路分配并输出还从其他天线元件发送的发送对象信号。

4.根据权利要求2或者3所述的天线装置，其特征在于：

所述n个天线元件分别被支撑于支撑所述线状导体的中空的框体，

沿着所述框体的侧面所述线状导体被螺旋状地卷绕，

所述面状导体与所述框体中的实质上最远离所述面部的部位接合，

所述电子电路被收容于由所述框体包围的空间。

5.根据权利要求4所述的天线装置，其特征在于：相邻的所述线状导体被卷绕成相互反向的螺旋状。

6.根据权利要求1至3、5中的任意一项所述的天线装置，其特征在于：

接收或者发送的所述信号是800MHz频带的信号，

所述面状导体的从所述面部起的高度是10mm时的所述天线元件的面状导体的面积是80mm²以上。

7.根据权利要求4所述的天线装置，其特征在于：

接收或者发送的所述信号是800MHz频带的信号，

所述面状导体的从所述面部起的高度是10mm时的所述天线元件的面状导体的面积是80mm²以上。

8.一种天线装置，其特征在于包括：

天线基体，具有在动作时成为接地电位的面部；

n个第1天线元件，以在与所述面部平行的面上呈现无方向性的方式，排列在所述天线基体上，同时接收第1频带的同一信号，其中，n是2以上的自然数；以及

m个第2天线元件，以在与所述面部平行的面上呈现无方向性的方式，排列在所述天线基体上，接收与所述第1频带不同的第2频带的信号，其中，m是1以上的自然数，

所述第1天线元件以及所述第2天线元件分别包括：

线状导体，其两端部配置于离开所述面部的方向；以及

面状导体，在该线状导体的一端部实质上最远离所述面部的部位与所述一端部导通，与该面部大致平行地相对，

所述第1天线元件的线状导体的另一端部和所述第2天线元件的线状导体的另一端部被电分离。

9.根据权利要求8所述的天线装置，其特征在于：相邻的所述线状导体卷绕成相互反向的螺旋状。

10.根据权利要求8所述的天线装置，其特征在于：关于所述第1频带是FM频带、所述第2频带是AM频带、所述面状导体的从所述面部起的高度是10mm时的各个面状导体的面积，所述第1天线元件的面状导体的面积是3000mm²以上，所述第2天线元件的面状导体的面积是2500mm²以上。

11.根据权利要求9所述的天线装置，其特征在于：关于所述第1频带是FM频带、所述第2频带是AM频带、所述面状导体的从所述面部起的高度是10mm时的各个面状导体的面积，所述第1天线元件的面状导体的面积是3000mm²以上，所述第2天线元件的面状导体的面积是2500mm²以上。

12.根据权利要求8-11中任意一项所述的天线装置，其特征在于：所述第1天线元件的线状导体的另一端部与电子电路的输入部连接，该电子电路将所输入的信号与由其他第1天线元件接收到的信号合成。

13.根据权利要求12所述的天线装置，其特征在于：

所述电子电路还包括：

放大器，将在接收的频带中其最小噪声指数是0.2dB以下、且等价噪声电阻是4Ω以下的半导体元件作为初级的放大元件。

14.一种天线装置的制造方法，其特征在于包括：

分割工序，分别根据天线元件的高度、与通过面积确保的天线增益的关系，将设置所述天线元件的面部的该面积进行k分割，其中，k是2以上的自然数；以及

配置工序，以在与所述面部平行的平面上呈无方向性的方式，在所述面部分别并排配置具有被分割的面积的k个面状导体和线状导体，该线状导体的一端部在实质上最远离所述面部的部位与所述面状导体导通且其另一端部在实质上最接近所述面部的部位与k系统的放大电路中的某一个系统的放大电路电连接，

在所述面部，构成进行同一信号的接收或者发送的k个天线元件。