CN106415928A - 天线 - Google Patents

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Abstract

天线1，其为能够在相对于反射板的垂直方向倾斜的方向上收发电波的低姿态天线，具备反射板10和偶极子元件20，该反射板10具有：导体11，其由导电材料构成；和多个导体贴片12，其在与包含导体11的面正交的方向上，在相对于导体11预定的距离处排列并由导电材料构成，该偶极子元件20，其设置于在与包含所述导体11的面正交的方向上距所述多个导体贴片12预定的其他的距离之处。多个导体贴片12具备在预定的单位面积中与导体11相对的表面积的比例在预定的方向上变化的区域。

Description

天线
技术领域
本发明涉及一种天线。
背景技术
作为设置在顶棚面及墙面等在室内使用的天线，从设置和景观上的观点出发，被要求是平面构造且是薄型的。
通过把采用了超材料技术的EBG(Electromagnetic Band Gap，电磁带隙)构造体作为反射板使用，能够使天线低姿态化。
在专利文献1中记载了一种无线通信系统，其是采用了控制反射波的相位的反射板，构成为通过反射使从发送侧装置一次放射的电波相对于所希望的区域进行二次放射的无线通信系统，所述反射板的反射特性设定为，使从所述发送侧装置一次放射的电波，作为朝向与镜面反射的情况下的反射角度不同的方向的等相位的平面波进行反射。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2010-62689号公报
发明内容
发明要解决的问题
在这里，在平面构造的天线在室内使用的情况下，要求根据天线被设置的位置与收发来自天线的电波的位置的关系，在相对于垂直于平面构造的平面的方向倾斜的(倾斜了的，tilted)方向上收发信号。
本发明的目的在于提供能够在相对于垂直于反射板的方向倾斜的方向上收发电波的低姿态的天线。
用于解决问题的手段
基于该目的，适用了本发明的天线，具备：导体，其由导电材料构成；多个贴片(patch)，其由导电材料构成，配置于在与包含导体的面正交的方向上的预定的第1距离，在预定的单位面积的导体相对的表面积的比例是在预定的方向有变化的区域；和放射元件，其在与包含导体的面正交的方向，设置在从多个导体贴片起的预定的第2距离，收发电波。
在这样的天线中，其特征可以在于：还设置有其他的放射元件，其设置于在与包含导体的面正交的方向，从多个导体贴片起的预定的第3距离，收发与放射元件的收发的电波的极化波相交的极化波的电波。
因此，能够成为极化波共用天线。
另外，特征可以在于：多个贴片的上述区域中的导体相对的表面积的比例的变化，是包含于这个区域的贴片的表面积的变化。
而且，特征可以在于：多个贴片的间隔在预定的方向和与预定的方向正交的方向上不同。
因此，能够分别控制两个极化波的指向性。
另一方面，特征可以在于：多个贴片的所述区域中与导体相对的表面积的比例的变化，是包含于所述区域的贴片之间的距离的变化。
进一步，特征可以在于：放射元素和其他的放射元素中的任意一方或者双方的中心，在预定的方向上相对于所述区域的中心错开配置。
因此，能够使能收发电波的方向相对于反射板的垂直方向大幅倾斜。
而且，多个导体贴片设置为，除去放射元件或者/和其他的放射元件中的任意一方或者双方所面向的部分。
因此，向放射元件或者其他的放射元件的供电变得容易。
发明效果
根据本发明，能够提供能在相对于反射板的垂直方向的倾斜的方向上收发电波的低姿态的天线。
附图说明
图1是表示适用了第1实施方式的天线的整体构成的一个例子的立体图。
图2是适用了第1实施方式的天线的俯视图和剖面图。(a)是天线的俯视图，(b)是天线的(a)的IIb-IIb线剖面图，(c)是天线的(a)的IIc-IIc线剖面图。
图3是表示适用了第1实施方式的天线的反射板的导体贴片以及偶极子元件构成的图。(a)是表示反射板的导体贴片的构成的图，(b)是表示偶极子元件构成的图。
图4是表示适用了第2实施方式的天线的整体构成的一个例子的立体图。
图5是适用了第2实施方式的天线的俯视图和剖面图。(a)是天线的俯视图，(b)是天线的(a)的Vb-Vb线剖面图，(c)是天线的(a)的Vc-Vc线剖面图。
图6是表示适用了第2实施方式的天线的反射板的导体贴片以及偶极子元件构成的图。(a)是表示反射板的导体贴片的构成的图，(b)是表示偶极子元件构成的图。
图7是表示适用了第2实施方式的天线1的垂直方向上(垂直面内)的指向性及其频率(f)依存性的图。(a)是f﹦0.94f0的情况下垂直极化波元件的指向性，(b)是f﹦f0的情况下垂直极化波元件的指向性，(c)是f﹦1.06f0的情况下垂直极化波元件的指向性，(d)是f﹦0.94f0的情况下水平极化波元件的指向性，(e)是f﹦f0的情况下水平极化波元件的指向性，(f)是f﹦1.06f0的情况下水平极化波元件的指向性。
图8是表示由EBG构造体构成的反射板的相对于入射波的反射波的反射相位差与导体贴片的间隔d的关系的图。(a)是对导体贴片的间隔d进行说明的图，(b)是对相对于反射板的入射波和反射波进行说明的图，(c)是表示相对于频率f的反射相位差与导体贴片的间隔d的关系的图。
图9是表示适用了第3实施方式的天线的整体构成的一个例子的立体图。
图10是适用了第3实施方式的天线的俯视图。
图11是表示适用了第3实施方式的天线的垂直方向上(垂直面内)的指向性及其频率(f)依存性的图。(a)是f﹦0.94f0的情况下垂直极化波元件的指向性，(b)是f﹦f0的情况下垂直极化波元件的指向性，(c)是f﹦1.06f0的情况下垂直极化波元件的指向性，(d)是f﹦0.94f0的情况下水平极化波元件的指向性，(e)是f﹦f0的情况下水平极化波元件的指向性，(f)是f﹦1.06f0的情况下水平极化波元件的指向性。
图12是对相对于反射板的中心将偶极子元件的中心在垂直方向错开配置的情况进行说明的图。(a)表示相对于反射板的中心将偶极子元件的中心向垂直方向的正侧错开配置的情况，(b)表示在反射板的中心配置了偶极子元件的中心的情况，(c)表示相对于反射板的中心将偶极子元件的中心向垂直方向的负侧错开配置的情况。
图13是表示偶极子元件中心相对于反射板中心的位置R和倾斜角θ的关系的图。
图14是适用了第4实施方式的天线的俯视图。
图15是表示适用了第4实施方式的天线的垂直方向上(垂直面内)的指向性的图。(a)是f﹦f0的情况下垂直极化波元件的指向性，(b)是f﹦f0的情况下水平极化波元件的指向性。
图16是适用了第5实施方式的天线的俯视图。
图17是表示适用了第5实施方式的天线的垂直方向上(垂直面内)的指向性的图。(a)是f﹦f0的情况下垂直极化波元件的指向性，(b)是f﹦f0的情况下水平极化波元件的指向性。
图18是适用了第6实施方式的天线的俯视图。
图19是表示适用了第6实施方式的天线的垂直方向上(垂直面内)的指向性的图。(a)是f﹦f0的情况下垂直极化波元件的指向性，(b)是f﹦f0的情况下水平极化波元件的指向性。
图20是适用了第7实施方式的天线的俯视图。
图21是表示适用了第7实施方式的天线的垂直方向上(垂直面内)的指向性的图。(a)是f﹦f0的情况下垂直极化波元件的指向性，(b)是f﹦f0的情况下水平极化波元件的指向性。
图22是表示适用了第8实施方式的天线的整体构成的一个例子的立体图。
图23是表示适用了第9实施方式的天线的整体构成的一个例子的立体图。
图24是适用了第9实施方式的天线的俯视图。
图25是表示适用了第9实施方式的天线的垂直方极化波元件的指向性的图。(a)是在x-z平面的垂直极化波元件的指向性的图，(b)是在y-z平面上的垂直极化波元件的指向性，(c)是在φ45°-z平面上的垂直极化波元件的指向性。
具体实施方式
以下，参照附图对本发明的实施方式详细地进行说明。
[第1实施方式]
图1是表示适用了第1实施方式的天线1的整体构成的一个例子的立体图。
如图1所示，天线1具备：反射板10，其含有由导电材料构成的导体11和在相对于含有导体11的面正交的方向上距该导体预定的距离(后述图2的距离L3)之处平行排列的由导电材料构成的多个导体贴12；和偶极子元件20，其作为从多个导体贴片12起在相对于含有导体11的面的正交的方向按预定的距离(后述图2的距离L2)而设置的反射元件的一个例子。
反射板10通过导体11和多个导体贴片12从而构成EBG构造体。
图1中，为了区别反射板10中的导体贴片12和偶极子元件20，对偶极子元件20施加了网点。其他的图中也是一样的。
此外，反射板10的导体11是作为四边形的，沿着该四边形的边，把从图1的下侧朝向上侧的方向作为垂直方向，把从左侧朝向右侧的方向作为水平方向。
而且，多个导体贴片12像后述图3中的说明的那样，导体贴片12的表面的面积(表面积)被构成为在垂直方向上变化。即，多个导体贴片12的表面积被设定为随着从垂直方向的上部朝向下部而变小。
在这里，有把多个导体贴片12的各个表记为导体贴片12，有把多个导体贴片12归总而表记为导体贴片12。
偶极子元件20具备在垂直方向上为1组的元件部20a和元件部20b。偶极子元件20收发垂直极化波。而且，极化波(垂直极化波)的方向与多个导体贴片12中表面积变小的方向一致。
此外，偶极子元件20在元件部20a、20b(参照图3)的中央部分具有供电点且收发电波。在这里，关于向偶极子元件20的供电的方法，省略说明。
在天线1发送电波的情况下，若偶极子元件20被供电，则天线1向从相对于反射板10垂直立起的垂线的方向(垂线方向)向导体贴片12的表面积大的一侧倾斜角度θ(倾斜角θ)的方向(放射方向)放射主射束(main beam)。
由于天线的可逆性，在接收电波的情况下也是一样的。
导体11由导电材料构成即可，例如可以适用Al、Cu等金属板。进一步，导体11也可以是设置在由玻璃环氧树脂(glass epoxy)等电介材料构成的基板上的Al、Cu等金属层。
同样地，导体贴片12也是由导电材料构成即可，例如可以适用Al、Cu等金属板。进一步，导体贴片12也可以是设置在由玻璃环氧树脂等电介材料构成的基板上的Al、Cu等金属层。
而且，偶极子元件20、元件部20a、20b也是由导电材料构成即可，例如可以适用Al、Cu等金属板。另外，并不限于板状，也可以是Al、Cu等金属棒。进一步，元件部20a、20b也可以由设置在由玻璃环氧树脂等电介材料构成的基板上的Al、Cu等金属层构成。
图2是表示适用了第1实施方式的天线1的俯视图和剖视图。图2的(a)是天线1的俯视图，图2的(b)是天线1的图2的(a)的IIb-IIb线剖视图，图2的(c)是天线1的图2的(a)的IIc-IIc线剖视图。
如图2的(a)所示，天线1具备：反射板10，其包括导体11以及多个导体贴片12；和偶极子元件20。而且，例如导体11是边长为L1的正方形。
如图2的(b)所示，偶极子元件20设置在从反射板10的导体贴片12起的作为第2距离的一个例子的距离L2的位置。而且，在反射板10中，多个导体贴片12设置从导体11起的作为第1距离的一个例子的距离L3的位置。
如图2的(a)、(c)所示，反射板10的多个导体贴片12构成为从垂直方向的上部朝向下部的方向表面积变小。
而且，从反射板10的垂直方向的下端到偶极子元件20的中心为止的距离为L4，从反射板10的垂直方向的上端到偶极子元件20的中心为止的距离为L5。
在这里，反射板10中导体11和导体贴片12没有被连接。但是，导体11和导体贴片12也可以作为由导电材料而连接的，所谓的蘑菇构造。
图3是表示适用了第1实施方式的天线1的反射板10的多个导体贴片12以及偶极子元件20的构成的图。图3的(a)是表示反射板10的多个导体贴片12的构成的图，图3的(b)是表示偶极子元件20的构成的图。
如图3的(a)所示，反射板10的多个导体贴片12具备从垂直方向的上部朝向下部边长变化的正方形的导体贴片12a、12b、12c、12d、12e、12f、12g、12h、12i。
此外，导体贴片12在水平方向上边长相同，以相对于水平方向的中心对称地被配置有多个。
导体贴片12a的边长为L7，导体贴片12b的边长为L9，导体贴片12c的边长为L10，导体贴片12d的边长为L11，导体贴片12e的边长为L12，导体贴片12f的边长为L13，导体贴片12g的边长为14，导体贴片12h的边长为L15，导体贴片12i的边长为L16。
而且，导体贴片12在水平方向上按间隔L6配置，在垂直方向上按间隔L8配置。
如图3的(b)所示，偶极子元件20在垂直方向配置有元件部20a、20b。元件部20a、20b的水平方向的宽度为L7，配置在垂直方向上的元件部20a、20b的整体的长度为L19。
在这里，对图2、图3所示的天线1的边长L1等数值的一个例子进行说明。把天线1收发的电波在自由空间中中心波长作为λ0(中心频率f0)。
在这种情况下，反射板10的导体11的边长L1为1.3λ0，反射板10中导体贴片12与偶极子元件20之间的距离L2为0.02λ0，反射板10中导体11与导体贴片12之间的距离L3为0.04λ0，从反射板10的垂直方向的下端到偶极子元件20中心的距离L4为0.5λ0，从上端到偶极子元件20中心的距离L5为0.8λ0。
偶极子元件20相对于反射板10的垂直方向的中心向下错开0.15λ0而配置。将偶极子元件20的中心相对于导体11的中心向导体贴片12的表面积小的一侧错开配置能够用于增大倾斜角θ。
即，导体贴片12的端(图3(a)中导体贴片12a的上端)与偶极子元件20的中心之间的距离也影响倾斜角θ。
导体贴片12a的边长L7为0.24λ0，导体贴片12b的边长L9为0.21λ0，导体贴片12c的边长L10为0.18λ0，导体贴片12d的边长L11为0.15λ0，导体贴片12e的边长L12为0.13λ0，导体贴片12f的边长L13为0.1λ0，导体贴片12g的边长L14为0.07λ0，导体贴片12h的边长L15为0.04λ0，导体贴片12i的边长L16为0.02λ0。
而且，导体贴片12的水平方向的间隔L6为0.02λ0，垂直方向的间隔L8为0.02λ0。即，第1实施方式中，反射板10的导体贴片12在垂直方向以及水平方向上按相同的间隔(间隔L6﹦间隔L8)配置。
进一步，偶极子元件20的元件部20a、20b的宽度L17为0.12λ0，元件部20a、20b的整体的长度L19为0.38λ0。
如上所述，适用了第1实施方式的天线1中，通过使用作为EBG构造体的反射板10从而使从反射板10的导体11到偶极子元件20为止的高度(距离L2+距离L3)为0.06λ0。
相对于此，在仅把导体11作为反射板10的情况下，一般从导体11到偶极子元件20为止的高度约为0.25λ0。
即，适用了第1实施方式的天线1比不使用作为EBG构造体的反射板10的情况能够低姿态化。
进一步，在天线1发送电波的情况下，使主射束的放射方向相对于反射板10的垂线方向，从而能够使向导体贴片12的面积大的方向倾斜(倾斜角θ)。
这是因为，在采用了由EBG构造体构成的反射板10的天线1中，根据构成反射板10的导体贴片12的表面形状以及导体贴片12相互之间的间隔，导体11与导体贴片12之间的电感(inductance)、导体贴片12相互之间的电容(capacitance)不同。因而，随着从反射板10的垂直方向的上部朝向下部的导体贴片12的表面积变化，电感或者/以及电容产生了差异。
因此，在天线1发送电波的情况下，能够使偶极子元件20放射电波的主波束的方向倾斜(使倾斜)。另外，也能够控制天线1的垂直方向的指向性。
由于天线的可逆性，在接收电波的情况下也是一样的。
此外，图1、图2所示的天线1中，从导体11起的预定的距离例如平行设置的多个导体贴片12全部构成为，在垂直方向上表面积发生变化。
这可以认为是以包含最大表面积的导体贴片12一样在预定的单位面积中导体贴片12所占有的表面积的比例，在垂直方向(预定的方向)上发生变化。
而且，导体贴片12的表面积或者导体贴片12所占有的表面积的比例的变化，根据垂直方向的距离而设定即可，根据这些变化的比例能够控制倾斜角以及指向性。
另外，如图3所示，导体贴片12的面积在垂直方向上使每1个连续地变化，但是也可以每次使多个一起变化，也可以每次使不同数量一起变化。
另外，图1、图2所示的天线1中，从导体11起的预定的距离例如平行设置的多个导体贴片12全部构成为，在垂直方向上表面积发生变化。但是，也可以，将包含在该垂直方向上表面积变化的多个导体贴片12的范围设为区域，在该区域的外侧设置表面积不变化的导体贴片12。而且，偶极子元件20只要设置于包含在该垂直方向上表面积变化的多个导体贴片12的区域即可。
[第2实施方式]
第1实施方式中，天线1的偶极子元件20具备成为1组的元件部20a和元件部20b，并收发垂直极化波。
第2实施方式中，在天线1中，作为放射元件的一个其他的例子使用4个偶极子元件21、22、23、24，并且除垂直极化波外还能够收发与垂直极化波正交的水平极化波。
图4是表示适用了第2实施方式的天线1的整体构成的一个例子的立体图。
反射板10的构成与第1实施方式一样。关于偶极子元件21、22、23、24的构成后述。
图5是表示适用了第2实施方式的天线1的俯视图和剖面图。图5的(a)是天线1的俯视图，图5的(b)是天线1的图5的(a)的Vb-Vb线剖面图，图5的(c)是天线1的图5的(a)的Vc-Vc线剖面图。
因为除了采用了4个偶极子元件21、22、23、24以外，其余都与图2所示的第1实施方式一样，所以省略标注了相同符号部分的说明。
而且，距离L4是从反射板10的垂直方向的下端到偶极子元件21或者偶极子元件23的中心为止的距离，距离L5是从反射板10的垂直方向的上端到偶极子元件21或者偶极子元件23的中心为止的距离。
在这里，偶极子元件21、22、23、24和反射板10的导体贴片12作为被设置在距离L2。此外，也可以使作为垂直极化波元件的偶极子元件21、23和作为水平极化波元件的偶极子元件22、24到反射板10的导体贴片12的距离不同。此时，偶极子元件21、23到反射板10的导体贴片12的距离是第2距离的一个例子，偶极子元件22、24到反射板10的导体贴片12的距离是第3距离的一个例子。第2距离和第3距离也可以是相等的。
图6是表示适用了第2实施方式的天线1的反射板10的导体贴片12以及偶极子元件21、22、23、24的构成的图。图6的(a)是表示反射板10的导体贴片12的构成的图，图6的(b)是表示偶极子元件21、22、23、24的构成的图。
图6的(a)所示的反射板10的导体贴片12的构成与图3的(a)所示的第1实施方式相同。因而，省略标注了相同符号部分的说明。
在图6的(b)中，对4个偶极子元件21、22、23、24进行说明。
偶极子元件21的元件部21a、21b和偶极子元件23的元件部23a、23b在垂直方向上排列，偶极子元件22的元件部22a、22b和偶极子元件24的元件部24a、24b在水平方向上排列。
即，偶极子元件21、23收发垂直极化波，偶极子元件22、24收发水平极化波。因而，天线1是极化波共用的。在这里，把偶极子元件21以及偶极子元件23表记为垂直极化波元件，把偶极子元件22以及偶极子元件24表记为水平极化波元件。
此外，也可以省略偶极子元件21、23中的任意一方以及/或者偶极子元件22、24中的任意一方。
偶极子元件21的元件部21a、21b，偶极子元件22的元件部22a、22b，偶极子元件23的元件部23a、23b，偶极子元件24的元件部24a、24b的宽度分别为L17。
另外，偶极子元件21、22、23、24的整体的长度为L19。此外，整体的长度L19是从偶极子元件21、22、23、24的各自的元件部(元件部21a、21b，元件部22a、22b，元件部23a、23b，元件部24a、24b)的端到端的长度。
进一步，一起收发垂直极化波的偶极子元件21与偶极子元件23的中心间的距离为L18。同样，一起收发水平极化波的偶极子元件22与偶极子元件24的中心间的距离也为L18。
此外，偶极子元件21、22、23、24的元件部，例如像元件部21a和元件部22b一样在相互呈L字状地接近的部分被斜向地切割。
另外，第2实施方式中，偶极子元件21与偶极子元件23的中心间的距离和偶极子元件22与偶极子元件24的中心间的距离设为相同，但是也可以根据所求的指向性(波束宽度(beam width))而分别设定为不同的距离。
而且，偶极子元件21、22、23、24各自的元件部(元件部21a、21b，元件部22a、22b，元件部23a、23b，元件部24a、24b)也是由导电材料构成即可，可以适用例如Al、Cu等金属板。另外，元件部21a、21b，元件部22a、22b，元件部23a、23b，元件部24a、24b也可以是例如Al、Cu等金属棒。进一步，元件部21a、21b，元件部22a、22b，元件部23a、23b，元件部24a、24b也可以由设置在由玻璃环氧树脂等介电材料构成的基板上的Al、Cu等金属层构成。
如图5、6所示的天线1的边长L1等数值的一个例子与第1实施方式相同。此外，同时收发垂直极化波的偶极子元件21与偶极子元件23的中心间以及同时收发水平极化波的偶极子元件22与偶极子元件24的中心间的距离L18为0.42λ0。
图7是表示适用了第2实施方式的天线1的垂直方向上(垂直面内)的指向性以及其频率(f)依存性的图。图7的(a)是表示f﹦0.94f0时的垂直极化波元件的指向性的图，图7的(b)是表示f﹦f0的情况下垂直极化波元件的指向性的图，图7的(c)是表示f﹦1.06f0的情况下垂直极化波元件的指向性的图，图7的(d)是表示f﹦0.94f0的情况下水平极化波元件的指向性的图，图7的(e)是表示f﹦f0的情况下水平极化波元件的指向性的图，图7的(f)是表示f﹦1.06f0的情况下水平极化波元件的指向性的图。
此外，本指向性是使全部的偶极子元件21、22、23、24同相而供电，但是也可以是分别相对垂直极化波元件(图4、5的偶极子元件21、23)、水平极化波元件(图4、5的偶极子元件22、24)使相位不同且供电，并适宜调整倾斜角θ等电波的放射方向(波束方向)。
这些指向性是通过仿真而求得的。
垂直极化波元件的倾斜角θ在f﹦0.94f0(图7(a))的情况下为6.5°，在f﹦f0(图7(b))的情况下为10.5°，在f﹦1.06f0(图7(c))的情况下为16.8°。
进一步，水平偶极子元件的倾斜角θ在f﹦0.94f0(图7(d))的情况下为15.3°，在f﹦f0(图7(e))的情况下为23°，在f﹦1.06f0(图7(f))的情况下为21.3°。
像这样，适用了第2实施方式的天线1中，因为导体贴片12的面积从垂直方向的上部朝向下部而变小，能够使垂直极化波元件以及水平极化波元件的主射束的放射方向相对于反射板10的垂线方向倾斜(使倾斜)。
此外，由频率f使倾斜角θ是不同的，是因为导体11与导体贴片12之间的电感、导体贴片12相互之间的电容具有频率依赖性。
[第3实施方式]
第2实施方式中，设为使用4个偶极子元件21、22、23、24并且能够同时收发垂直极化波和水平极化波的极化波共用。
但是，适用了第2实施方式的天线1中，若将图7的(a)、(b)、(c)所示的垂直极化波元件的指向性与图7的(d)、(e)、(f)所示的水平极化波元件的指向性进行比较，则相对于相同的频率f，水平偶极子元件的倾斜角θ比垂直偶极子元件大(深)。而且，像图7的(e)中由虚线围成的α部分和图7的(f)中由虚线围成的β部分一样，水平极化波元件的指向性的纷乱比垂直极化波元件的指向性大。
例如，如果图7的(d)的f﹦0.94f0的情况下水平偶极子元件的指向性能在图7的(f)的f﹦1.06f0的情况下求得，则倾斜角变浅为15.3°，接近于7的(c)所示的垂直极化波元件的倾斜角θ的16.8°。而且，指向性的纷乱也变少。
于是，第3实施方式中，抑制了水平偶极子元件和垂直偶极子元件中倾斜角θ的差以及水平偶极子元件的指向性的纷乱。
图8是表示由EBG构造体构成的反射板10的相对于入射波的反射波的反射相位差与导体贴片12的间隔d的关系的图。图8的(a)是对导体贴片12的间隔d进行说明的图，图8的(b)是对相对于反射板10的入射波和反射波进行说明的图，图8的(c)是表示相对于频率f的反射相位差与导体贴片12的间隔d的关系的图。
如图8的(c)所示，相对于频率f的反射相位差与导体贴片12的间隔d之间的关系如以下所示而求得。首先，假定从距面积无限大的导体11到预定的距离例如平行地按间隔d无限配置导体贴片12(参照图8(a))。然后，相对于反射板10将平面波作为入射波，计算相对于入射波的反射波的反射相位差(参照图8(b))。
图8的(c)中，在间隔d最小的情况下，将反射相位差成为0°的频率f作为中心频率f0而示出。
而且，在间隔d最小的情况下，反射相位差从f﹦0.5f0的情况下150°到f﹦1.8f0的情况下-150°而变化。
此外，由EBG构造体构成的反射板10，在反射相位从-90°到90°的范围内使用的情况较多。
而且，如图8的(c)所示，随着导体贴片12的间隔d变大(宽)，反射相位差成为0°的频率f变高。即，表示反射相位差的图表向频率f高的一侧移动。
由此可以认为，如果增大(宽)反射板10的导体贴片12的间隔d使频率f向较高一侧移动，则图7的(d)所示的f﹦0.94f0的情况下水平极化波元件的指向性能够在f﹦1.06f0的情况下得到。
图9是表示适用了第3实施方式的天线1的整体构成的一个例子的立体图。
如图9所示，在天线1中，将图6的(a)所示的适用了第2实施方式的天线1的反射板10的导体贴片12的水平方向的间隔L6作为比间隔L6更宽的间隔L6′。此外，导体贴片12的垂直方向的间隔L8与图6的(a)所示的适用了第2实施方式的天线1相同。
图10是表示适用了第3实施方式的天线1的俯视图。
此外，反射板10的导体11的边长L1与图5的(a)所示的第2实施方式相同。
如图10所示，反射板10的导体贴片12，因为在水平方向按比图5的(a)所示的适用了第2实施方式的间隔L6更宽的间隔L6′配置，所以与图5的(a)所示的第2实施方式的情况相比，导体贴片12在水平方向展开设置。
其他的构成，因为与第2实施方式相同，所以省略标注了相同符号部分的说明。
图11是表示适用了第3实施方式的天线1的垂直方向上(垂直面内)的指向性以及其频率数(f)依存性的图。图11的(a)是表示f﹦0.94f0的情况下垂直极化波元件的指向性的图，图11的(b)是表示f﹦f0的情况下垂直极化波元件的指向性的图，图11的(c)是表示f﹦1.06f0的情况下垂直极化波元件的指向性的图，图11的(d)是表示f﹦0.94f0的情况下水平极化波元件的指向性的图，图11的(e)是表示f﹦f0的情况下水平极化波元件的指向性的图，图11的(f)是表示f﹦1.06f0的情况下水平极化波元件的指向性的图。
这些指向性作为间隔L6′﹦2×间隔L6﹦0.04λ0而通过仿真而求得。
垂直偶极子元件的倾斜角θ在f﹦0.94f0(图11的(a))的情况下6.3°，在f﹦f0(图11的(b))的情况下为10°，在f﹦1.06f0(图11的(c))的情况下为15.5°。这些垂直偶极子元件的倾斜角θ接近图7的(a)、(b)、(c)所示的适用了第2实施方式的天线1的垂直极化波元件的倾斜角θ。
另一方面，水平极化波元件的倾斜角θ在f﹦0.94f0(图11的(d))的情况下为7.5°，在f﹦f0(图11的(e))的情况下为10.3°，在f﹦1.06f0(图11的(f))的情况下为13.8°。这些水平极化波元件的倾斜角θ，比图7的(d)、(e)、(f)所示的适用了第2实施方式的天线1的水平极化波元件的倾斜角θ小(浅)，且指向性的纷乱也变少。
如上所述，适用了第3实施方式的天线1中，使导体贴片12的面积从垂直方向的上部朝向下部变小，并且使导体贴片12的水平方向的间隔L6′比适用了第2实施方式的L6更宽。由此，能够使垂直极化波元件以及水平极化波元件的主射束的放射方向相对于反射板10的垂线方向倾斜(使倾斜)，并且抑制相同的频率f时垂直极化波元件与水平极化波元件中的倾斜角θ的差。另外，还能够抑制水平极化波元件的指向性的纷乱。
第3实施方式中，反射板10的导体贴片12在水平方向上从适用了第2实施方式的间隔L6变为比L6更宽的间隔L6′，垂直方向上设为与间隔L8相同。由此，一边维持垂直极化波元件的指向性与第2实施方式的天线1同样，一边使水平极化波元件的指向性变化。
即，通过分别各自设置水平方向的间隔L6和垂直方向的间隔L8，能够分别抑制水平极化波元件以及垂直极化波元件的指向性。
接下来，对将偶极子元件21、23的中心相对于反射板10的中心(反射板中心)在垂直方向上错开配置的情况进行说明。此外，偶极子元件22、24的位置也同偶极子元件21、23一起错开地配置。因而，将偶极子元件21、22、23、24归总表记为偶极子元件，将偶极子元件21、23的中心表记为偶极子元件中心。
图12是对相对于反射板中心将偶极子元件中心在垂直方向错开地配置的情况进行说明的图。图12的(a)表示了相对于反射板中心将偶极子元件中心向垂直方向的正侧，即在导体贴片12的表面积大的一侧错开地配置的情况，图12的(b)表示了在反射板中心配置了偶极子元件中心的情况，图12的(c)表示了相对于反射板中心将偶极子元件中心向垂直方向的负侧，即在导体贴片12的表面积小的一侧错开地配置的情况。
而且，当把偶极子元件中心(偶极子元件20的中心)相对于反射板中心(反射板10的中心)的位置设为位置R时，位置R在图12的(a)中为0.4λ0，位置R在图12的(b)中为0，位置R在图12的(c)中为-0.4λ0。
图13是对偶极子元件中心相对于反射板的中心的位置R与倾斜角θ的关系进行说明的图。
垂直极化波元件以及水平极化波元件的倾斜角θ随着位置R的变化而变化。若位置R为负，倾斜角θ则为正，即，主射束向垂直方向的正侧(导体贴片12的表面积大的一侧)倾斜。另一方面，若位置R为正，倾斜角θ则为负，即，主射束向垂直方向的负侧(导体贴片12的表面积小的一侧)倾斜。
但是，如图13所示，在位置R为负的情况下，垂直极化波元件的倾斜角θ与水平极化波元件的倾斜角θ的差比位置R为正的情况的小。因而，偶极子元件是优选的，向位置R为负的一侧，即在导体贴片12的表面积小的一侧错开而配置。
[第4实施方式]
第4实施方式中，在天线1中，在反射板10的多个导体贴片12内，在与偶极子元件21、22、23、24相对的部分没有设置导体贴片12。由此，易于设置向偶极子元件21、22、23、24供电的供电电路。
图14是适用了第4实施方式的天线1的俯视图。
如图14所示，天线1中，在图10所示的适用了第3实施方式的天线1的多个导体贴片12中，在配置于水平方向的多个导体贴片12c中，没有设置设置在水平方向中央的1个导体贴片12c。同样，在配置于水平方向的多个导体贴片12d中，没有设置设置于水平方向中央的3个导体贴片12d。进一步，在配置于水平方向的多个导体贴片12e中，没有设置设置于水平方向中央的3个导体贴片12e。
其他的构成，因为与适用了第3实施方式的天线1相同，所以省略标注了相同符号部分的说明。
图15是表示适用了第4实施方式的天线1的垂直方向上(垂直面内)的指向性的图。图15的(a)是f﹦f0时的垂直极化波元件的指向性，图15的(b)是f﹦f0时的水平极化波元件的指向性。
如图15的(a)所示，垂直极化波元件的倾斜角θ在f﹦f0的情况下为9.3°，如图15的(b)所示，水平极化波元件的倾斜角θ在f﹦f0的情况下为12.8°。
这样，即使在设置了偶极子元件21、22、23、24的部分不设置导体贴片12，也能够使垂直极化波元件以及水平极化波元件的主射束的放射方向相对于反射板10的垂线方向倾斜(使倾斜)。
[第5实施方式]
从第1实施方式到第4实施方式，在天线1中，反射板10的多个导体贴片12的表面形状设为正方形。第5实施方式中，在天线1中，将反射板10的多个导体贴片12的表面形状设为长方形。
图16是适用了第5实施方式的天线1的俯视图。
如图16所示，天线1中，将图10所示的适用了第3实施方式的天线1的多个导体贴片12的表面形状从正方形变为长方形。
其他的构成，因为与适用了第3实施方式的天线1相同，所以省略标注了相同符号部分的说明。
图17是表示适用了第5实施方式的天线1的垂直方向上(垂直面内)的指向性的图。图17的(a)是f﹦f0时的垂直极化波元件的指向性，图17的(b)是f﹦f0时的水平极化波元件的指向性。
如图17的(a)所示，垂直极化波元件的倾斜角θ在f﹦f0的情况下为11.5°。但是，如图17的(b)所示，在水平极化波元件中f﹦f0的情况下的指向性纷乱。像在第3实施方式说明了的一样，通过使水平方向的间隔L6′进一步变宽等，能够抑制水平极化波元件的指向性的纷乱并且将倾斜角θ设定为与垂直极化波元件相同的值。
这样，即使将导体贴片12的表面形状设为长方形，也能够使垂直极化波元件以及水平极化波元件的主射束的放射方向相对于反射板10的垂线方向倾斜(使倾斜)。
此外，图16所示的天线1中，将导体贴片12作为水平方向比垂直方向长的长方形，但是也可以是水平方向比垂直方向短的长方形。
[第6实施方式]
第5实施方式中，在天线1中，将反射板10的多个导体贴片12的表面形状作为圆形。
图18是适用了第6实施方式的天线1的俯视图。
适用了第6实施方式的天线1，将图10所示的适用了第3实施方式的天线1的导体贴片12的表面形状从正方形变为圆形。
其他的构成，因为与适用了第3实施方式的天线1相同，所以省略标注了相同符号部分的说明。
图19是表示适用了第6实施方式的天线1的垂直方向上(垂直面内)的指向性的图。图19的(a)是f﹦f0的情况下垂直极化波元件的指向性，图19的(b)是f﹦f0的情况下水平极化波元件的指向性。
如图19的(a)所示，垂直极化波元件的倾斜角θ在f﹦f0的情况下为6°，如图19的(b)所示，水平极化波元件的倾斜角θ在f﹦f0的情况下为8°。
这样，即使将导体贴片12的表面形状作为圆形，也能够使垂直极化波元件以及水平极化波元件的主射束的放射方向相对于反射板10的垂线方向倾斜(使倾斜)。
此外，也可以将导体贴片12的表面形状作为椭圆形。
[第7实施方式]
第7实施方式中，在天线1中，将反射板10的多个导体贴片12的表面形状设为相同表面积的正方形，改变了垂直方向的间隔。
图20是适用了第7实施方式的天线1的俯视图。
适用了第7实施方式的天线1中，将导体贴片12的表面形状设为相同表面积的正方形。而且，导体贴片12从垂直方向的下部朝向上部设为间隔L81、L82、L83、L84、L85、L86而逐渐变窄地配置(L81>L82>L83>L84>L85>L86)。
其他的构成，因为与适用了第3实施方式的天线1相同，所以省略标注了相同符号部分的说明。
图21是表示适用了第7实施方式的天线1的垂直方向上(垂直面内)的指向性的图。图21的(a)是f﹦f0的情况下垂直极化波元件的指向性，图21的(b)是f﹦f0的情况下水平极化波元件的指向性。
如图21的(a)所示，垂直极化波元件的倾斜角θ在f﹦f0的情况下为5.3°，如图21的(b)所示，水平极化波元件的倾斜角θ在f﹦f0的情况下为14.3°。
这样，即使将导体贴片12作为表面积相同的形状，并改变垂直方向的间隔而配置，也能够使垂直极化波元件以及水平极化波元件的主射束的放射方向相对于反射板10倾斜(使倾斜)。
[第8实施方式]
第1实施方式中，在天线1中使用了偶极子元件20，从第2实施方式到第7实施方式，在天线1中使用了偶极子元件21、22、23、24。第8实施方式中，在天线1中，使用作为放射元件的进一步的其他的一个例子的贴片元件，与反射板10组合而设为贴片天线。
图22是表示适用了第8实施方式的天线1的整体构成的一个例子的立体图。
适用了第8实施方式的天线1中，把图1所示的适用了第1实施方式的天线1的偶极子元件20设为贴片元件25。而且，贴片元件25具备贴片部25a和供电部25b。从反射板10的反面侧向供电部25b供电。
其他的构成，因为与适用了第1实施方式的天线1相同，所以省略标注了相同符号部分的说明。
[第9实施方式]
从第1实施方式到第8实施方式，反射板10的导体贴片12在垂直方向上表面积变化。
在第9实施方式中，反射板10的导体贴片12，除在垂直方向上之外，在水平方向上表面积也变化。
图23是表示适用了第9实施方式的天线1的整体构成的一个例子的立体图。在这里，如图23所示把沿着反射板10的一方的边的方向(在纸面上朝下的方向)作为x方向(垂直方向)，把与一边的边正交的方向(在纸面上朝右的方向)作为y方向(水平方向)。而且，把垂直于反射板10的方向作为z方向。而且，把x方向与y方向之间的方向作为φ45°方向。
而且，如图23所示，在天线1的反射板10中，以使得随着朝向x方向表面积变小地配置导体贴片12，并且以使得随着朝向y方向表面积变小地配置导体贴片12。即，在x方向和y方向这2个方向上，配置有表面积变小的导体贴片12。
偶极子元件21、22、23、24等的其他的构成，因为与第2实施方式相同，所以省略标注了相同符号部分的说明。
图24是适用了第9实施方式的天线1的俯视图。
如图24所示，反射板10的导体贴片12，沿着x方向以及y方向配置有表面积变小的导体贴片12。而且，导体贴片12之间的间隔也沿着x方向以及y方向变大。
其他的构成，因为与第2实施方式相同，所以省略标注了相同符号部分的说明。
图25是表示适用了第9实施方式的天线1的垂直极化波元件的指向性的图。图25的(a)是在x-z平面上的垂直极化波元件的指向性，图25的(b)是在y-z平面上的垂直极化波元件的指向性，图25的(c)是在φ45°-z平面上的垂直极化波元件的指向性。
如图25的(a)所示，天线1的垂直极化波元件的倾斜角θ在-x方向、即导体贴片12的表面积变大的方向上为10.3°。另外，如图25的(b)所示，天线1的垂直极化波元件的倾斜角θ在-y方向、即导体贴片12的表面积变大的方向上为5.8°。
因此，如图25的(c)所示，天线1的垂直极化波元件的倾斜角θ在-φ45°方向上为10.3°。
如上所述，通过使导体贴片12的表面积、即以包含最大表面积的导体贴片12一样预先设定的单位面积中导体贴片12所占有的表面积的比率在多个方向上变化，能够在预先设定的方向上主波束的倾斜角θ和/或指向性。
此外，取代偶极子元件21、22、23、24，也可以使用在第8实施方式进行说明了的贴片元件25。
如上所述，在使用由EBG构造体构成的反射板10的天线1中，根据构成反射板10的导体贴片12的表面形状以及导体贴片12的相互之间的间隔，导体11与导体贴片12之间的电感、导体贴片12相互之间的电容发生变化。因此，在反射板10中，通过使电感或者/以及电容具有差异，能够控制反射元件(偶极子元件20、21、22、23、24、贴片元件25)收发的电波的主波束相对于反射板10的垂线方向的倾斜角θ以及指向性。此外，倾斜角θ以及指向性可以根据导体贴片12的表面形状、面积、间隔而设定。
从第1实施方式到第4实施方式以及从第7实施方式到第9实施方式，都将导体贴片12的表面形状作为正方形，在第5实施方式中，将导体贴片12的表面形状作为长方形。进一步，第6实施方式中，将导体贴片12的表面形状作为圆形。导体贴片12的表面形状可以是多边形，也可以是由曲线围绕而成的形状。进一步，也可以是由直线和曲线围绕而成的形状。
另外，从第2实施方式到第7实施方式以及第9实施方式，电波作为能够收发垂直极化波以及水平极化波。例如，在电波是±45°的极化波的情况下，只要使放射元件(偶极子元件20、21、22、23、24)绕其中心旋转45°即可。
进一步，为了拓宽能够收发的电波的频带，也可以在天线1的放射元件(偶极子元件20、21、22、23、24)的周围或者/以及离导体11远的一侧设置无供电元件。
附图标记说明
1…天线，10…反射板，11…导体，12、12a、12b、12c、12d、12e、12f、12g、12h、12i…导体贴片，20、21、22、23、24…偶极子元件，25…贴片元件，θ…倾斜角，λ0…中心波长，f0…中心频率。

Claims (7)

1.一种天线，具备：
导体，其由导电材料构成；
多个导体贴片，其由导电材料构成，配置于在与包含所述导体的面正交的方向的预定的第1距离，在预定的单位面积的该导体相对的表面积的比例是在预定的方向有变化的区域；和
放射元件，其在与包含所述导体的面正交的方向从所述多个导体贴片起的预定的第2距离，收发电波。
2.根据权利要求1所述的天线，其特征在于，还设置有其他的放射元件，其设置于在与包含所述导体的面正交的方向，从所述多个导体贴片起的预定的第3距离，收发与所述放射元件的收发的电波的极化波相交的极化波的电波。
3.根据权利要求1或2所述的天线，其特征在于，
所述多个导体贴片的所述区域中的所述导体相对的表面积的比例的变化，是包含于该区域的导体贴片的表面积的变化。
4.根据权利要求3所述的天线，其特征在于，
所述多个导体贴片的间隔在所述预定的方向和与该预定的方向正交的方向上不同。
5.根据权利要求1或2所述的天线，其特征在于，
所述多个导体贴片的所述区域中与所述导体相对的表面积的比例的变化，是包含于该区域的导体贴片之间的距离的变化。
6.根据权利要求2所述的天线，其特征在于，
所述放射元素和所述其他的放射元素中的任意一方或者双方的中心，在所述预定的方向上相对于所述多个导体贴片的所述区域的中心错开配置。
7.根据权利要求2所述的天线，其特征在于，
所述多个导体贴片设置为，除去所述放射元件和所述其他的放射元件中的任意一方或者双方所面对的部分。
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