CN107978844A - 车辆用天线以及带天线的窗玻璃 - Google Patents

车辆用天线以及带天线的窗玻璃 Download PDF

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Abstract

提供一种能够提高指定方向的天线增益的车辆用天线以及带天线的窗玻璃。一种车辆用天线以及具备该车辆用天线的带天线的窗玻璃，该车辆用天线具备：共面波导，其具有板状的电介质、设置于所述电介质的信号导体以及隔着槽位于所述信号导体的两侧的一对接地导体；接地平面，其隔着电介质而与所述信号导体和所述接地导体相向；以及倒F天线，其具有与所述信号导体连接的供电部、与所述接地导体的一方连接的短路部以及与所述供电部的端部和所述短路部的端部连接并沿规定方向延伸的辐射部，其中，所述辐射部相对于所述电介质位于所述接地平面侧。

Description

车辆用天线以及带天线的窗玻璃
技术领域
本发明涉及一种车辆用天线以及带天线的窗玻璃。
背景技术
以往，已知一种设置于车辆的窗玻璃面、车体的绝缘性构件表面的车辆用天线(例如，参照专利文献1)。
专利文献1：日本特开2007-53505号公报
发明内容
发明要解决的问题
作为在ITS(Intelligent Transport Systems：智能道路交通系统)中使用的无线通信，例如已知一种DSRC(Dedicated Short Range Communication：短程通信)。DSRC例如用于路车间通信、车车间通信。在DSRC等ITS中使用的车辆用天线中，考虑到通信对方与本车辆之间的位置关系，期望指定方向(例如车辆的前后方向)的天线增益高。
因此，本公开的一个方式的目的在于，提供一种能够提高指定方向的天线增益的车辆用天线以及具备该车辆用天线的带天线的窗玻璃。
用于解决问题的方案
为了实现上述目的，在本发明的一个方式中，提供一种车辆用天线以及具备该车辆用天线的带天线的窗玻璃，该车辆用天线具备：共面波导，其具有板状的电介质、设置于所述电介质的信号导体以及隔着槽位于所述信号导体的两侧的一对接地导体；接地平面，其隔着电介质而与所述信号导体和所述接地导体相向；倒F天线，其具有与所述信号导体连接的供电部、与所述接地导体的一方连接的短路部以及与所述供电部的端部和所述短路部的端部连接并沿规定方向延伸的辐射部，其中，所述辐射部相对于所述电介质位于所述接地平面侧。
发明的效果
根据本方式，能够提高指定方向的天线增益。
附图说明
图1是示出第一实施方式所涉及的车辆用天线的结构的一例的立体图。
图2是示出第一实施方式所涉及的车辆用天线的结构的一例的主视图。
图3是示出第一实施方式所涉及的车辆用天线的结构的一例的侧视图。
图4是示出第一实施方式所涉及的车辆用天线的结构的一例的后视图。
图5是示出第二实施方式所涉及的车辆用天线的结构的一例的立体图。
图6是示出第二实施方式所涉及的车辆用天线的结构的一例的主视图。
图7是示出第二实施方式所涉及的车辆用天线的结构的一例的侧视图。
图8是示出第二实施方式所涉及的车辆用天线的结构的一例的后视图。
图9是示出第三实施方式所涉及的车辆用天线的结构的一例的主视图。
图10是示出第三实施方式所涉及的车辆用天线的结构的一例的后视图。
图11是示出第三实施方式所涉及的车辆用天线的结构的一例的截面图。
图12是示出带天线的窗玻璃的结构的一例的截面图。
图13是示出反射系数的测定结果的一例的图。
图14是示出安装于前玻璃的车辆用天线的天线增益的测定结果的一例的图。
图15是示出安装于前玻璃的车辆用天线的指向性的测定结果的一例的图。
图16是示出安装于后玻璃的车辆用天线的天线增益的测定结果的一例的图。
图17是示出安装于后玻璃的车辆用天线的指向性的测定结果的一例的图。
附图标记说明
10、17：CPWG(带接地平面的共面波导)；11：信号导体；12、13：接地导体；14、54：接地平面；15、16：槽；20、40、50：倒F天线；21、51：供电部；22、52：短路部；23、53：辐射部；30：电介质基板；31、32：表面；33：侧面；34：通孔；100：车辆用窗玻璃；101、102、103：天线；110：窗玻璃。
具体实施方式
下面，参照附图来说明用于实施本发明的方式。此外，在用于说明方式的附图中，在对方向没有特别地进行记载的情况下，指的是附图上的方向，各附图的基准的方向与附图标记、数字的方向对应。另外，关于平行、直角等的方向，允许不损害本发明的效果的程度的偏差。另外，作为本发明所能够应用的窗玻璃，例如能够列举安装于车辆的前部的前玻璃。此外，窗玻璃也可以是安装于车辆的后部的后玻璃、安装于车辆的侧部的侧玻璃、安装于车辆的天窗部的车顶玻璃等。
图1～图4是示出第一实施方式所涉及的车辆用天线的结构的一例的图，分别示出立体图、主视图、侧视图、后视图。图1～图4所示的天线101是车辆用天线的一例。下面，参照图1～图4来说明天线101的结构。天线101具备CPWG(Coplanar Waveguide with Groundplane：带接地平面的共面波导)10和倒F天线20。
CPWG 10具有共面波导和接地平面14，共面波导具有电介质、信号导体11以及接地导体12、13，接地平面14隔着电介质基板30而与信号导体11和接地导体12、13相向。CPWG 10例如具有：信号导体11，其形成于电介质的表面31；一对接地导体12、13，该一对接地导体12、13以从信号导体11的两侧将信号导体11夹在中间的方式形成于表面31；以及接地平面14，其形成于相对于电介质而言位于与表面31相反的一侧的表面32。在信号导体11与一方的接地导体12之间形成有槽15，在信号导体11与另一方的接地导体13之间形成有槽16。
表面31是形成有信号导体11和接地导体12、13的第一表面的一例。表面31例如是电介质基板30的一方的表面。表面32是相对于电介质而言位于与第一表面相反的一侧的第二表面的一例。表面32例如是电介质基板30的另一方的表面(也就是说，是电介质基板30的与一方的表面相反的一侧的表面)。
电介质基板30是电介质的一例。电介质基板30例如是树脂制的方形状印刷电路基板。作为电介质基板30的具体例，能够列举将铜箔安装于FR4(FlameRetardant Type 4(耐燃等级4))的玻璃环氧基板。电介质基板30具有侧面33。侧面33是槽15、16在信号导体11的端部11b侧开放的基板端面。
对信号导体11的一方的端部11a、接地导体12的一方的端部12a以及接地导体13的一方的端部13a进行供电。例如，信号导体11的一方的端部11a与同轴线缆的内部导体(信号线)的一方的前端部电连接。接地导体12的一方的端部12a和接地导体13的一方的端部13a与同轴线缆的外部导体的一方的前端部电连接。同轴线缆的另一方的前端部与发送接收电路连接。
接地导体12、13也可以与接地平面14以能够导通的方式连接。例如，接地导体12、13分别经由贯通电介质基板30的通孔34而与接地平面14以能够导通的方式连接。通孔34设置于端部12a、13a。
倒F天线20具有与信号导体11连接的供电部21、与接地导体12连接的短路部22以及与供电部21的端部和短路部22的端部连接并沿规定方向延伸的辐射部23。
倒F天线20没有与接地平面14接触。具体地说，供电部21、短路部22以及辐射部23没有与接地平面14接触。例如，接地平面14以相对于电介质基板30的侧面33偏移的方式形成于表面32，以避免供电部21、短路部22以及辐射部23与接地平面14的靠侧面33侧的缘部接触。
供电部21具有通过焊料等与信号导体11的端部11b电连接的连接部21a以及从连接部21a延伸的延伸部21b。延伸部21b的与连接部21a相反的一侧的端部连接于辐射部23的中间部。供电部21由连接部21a和延伸部21b形成为L字形。
连接部21a与信号导体11相连接，但是没有与接地导体12、13连接。连接部21a例如与信号导体11的端部11b相向地接合。连接部21a在俯视表面31时(也就是说，以图2所示的视点)与信号导体11的端部11b重叠，但是也可以与槽15、16中的至少一方重叠。
延伸部21b以绕过电介质基板30的外侧(具体地说，是电介质基板30的侧面33)的方式延伸。延伸部21b既可以与侧面33相接，也可以不与侧面33相接。
因而，供电部21的形状不限定于L字形，也可以为U字形或J字形。
短路部22具有通过焊料等与接地导体12的另一方的端部12b电连接的连接部22a以及从连接部22a延伸的延伸部22b。延伸部22b的与连接部22a相反的一侧的端部与辐射部23的一方的端部连接。短路部22由连接部22a和延伸部22b形成为L字形。
连接部22a与接地导体12相连接，但是没有与信号导体11和接地导体13连接。连接部22a例如与接地导体12的端部12b相向地接合。连接部22a在俯视表面31时与接地导体12的端部12b重叠，但是也可以与槽15重叠。
延伸部22b以绕过电介质基板30的外侧(具体地说，是电介质基板30的侧面33)的方式延伸。延伸部22b既可以与侧面33相接，也可以不与侧面33相接。
因而，短路部22的形状不限定于L字形，也可以为U字形或J字形。
辐射部23相对于电介质基板30位于接地平面14侧。也就是说，在图3的天线101的侧视图中，以电介质基板30为基准，位于处于右侧的接地平面14侧。由此，关于天线101的天线增益，与接地平面14平行的Z轴方向(与信号导体11的长边方向平行的方向、特别是Z轴方向中的倒F天线20侧的方向)上的天线增益比与接地平面14垂直的Y轴方向上的天线增益高。特别是，在使Z轴方向上的天线101的天线增益提高这点上，优选的是，辐射部23如图3所示那样具有与接地平面14相向的部分。
辐射部23例如沿与信号导体11的长边方向呈直角且与接地平面14平行的方向延伸。辐射部23的与接地平面14平行的方向上的长度L12优选为该方向上的接地平面14的长度L1以下，更优选为小于长度L1。相比于长度L12超过长度L1的情况而言，在长度L12为长度L1以下的情况下，从辐射部23辐射的能量扩散的程度小，从而从辐射部23辐射的能量向接地平面14返回的程度大。因而，通过长度L12为长度L1以下，倒F天线20的天线增益提高，进而天线101的天线增益提高。
另外，优选的是，辐射部23的与接地平面14平行的方向上的长度L12为该方向上的信号导体11的导体宽度、该方向上的槽15的槽宽度以及该方向上的槽16的槽宽度之和W以上。在图2中，该方向上的信号导体11的导体宽度相当于(L8-L7)，该方向上的槽15的槽宽度相当于(L7-L6)，该方向上的槽16的槽宽度相当于L5。相比于长度L12小于和W的情况而言，在长度L12为和W以上的情况下，倒F天线20的天线增益提高，进而天线101的天线增益提高。
在图示的方式中，辐射部23远离接地平面14且没有与电介质基板30的表面32接触。但是，辐射部23也可以在与接地平面14绝缘的状态下与电介质基板30的表面32接触。例如，在图3中，使电介质基板30的厚度L11厚和/或使延伸部21b、22b的长度短且使接地平面14的上端部的至少一部分向下方偏移。由此，辐射部23在与接地平面14绝缘的状态下与电介质基板30的表面32接触。其结果，对电介质基板30安装倒F天线20的安装强度提高。
另外，倒F天线20的至少一部分也可以通过导体图案形成于电介质基板30。例如，连接部21a也可以是与信号导体11的端部11b一体化的图案。延伸部21b也可以通过侧金属图案形成于侧面33。连接部22a也可以是与接地导体12的端部12b一体化的图案。延伸部22b也可以通过侧金属图案形成于侧面33。辐射部23也可以在与接地平面14绝缘的状态下通过导体图案形成于表面32。
图5～图8是示出第二实施方式所涉及的车辆用天线的结构的一例的图，分别示出立体图、主视图、侧视图、后视图。图5～图8所示的天线102是车辆用天线的一例。下面，参照图5～图8来说明天线102的结构。天线102具备CPWG(带接地平面的共面波导)10和倒F天线40。通过引用上述的说明而省略关于第二实施方式的结构中的与第一实施方式相同的结构和效果的说明。
第二实施方式所涉及的天线102在倒F天线40的辐射部23没有与接地平面14相向的这一点与第一实施方式所涉及的天线101不同。辐射部23与侧面33平行。也就是说，辐射部23处于与接地平面14正交的配置关系(倾斜角度＝90°)。但是，辐射部23相对于接地平面14的倾斜角度不限定于90°，也可以是其它倾斜角度。第二实施方式也与第一实施方式同样地，辐射部23相对于电介质基板30位于接地平面14侧。
图9～图11是示出第三实施方式所涉及的车辆用天线的结构的一例的图，分别示出主视图、后视图、截面图。图9～图11所示的天线103是车辆用天线的一例。天线103具备CPWG(带接地平面的共面波导)17和倒F天线50。通过引用上述的说明而省略关于第三实施方式的结构中的与第一实施方式和第二实施方式相同的结构和效果的说明。
第三实施方式所涉及的天线103在CPWG 17的接地平面54被配置于电介质基板30的内部这一点以及倒F天线50的形状这一点与第一实施方式和第二实施方式所涉及的天线101、102不同。
CPWG 17具有共面波导和接地平面54，共面波导具有电介质、信号导体11以及接地导体12、13，接地平面54隔着电介质(具体地说，是电介质基板30)而与信号导体11和接地导体12、13相向。
倒F天线50具有在端部11b与信号导体11连接的供电部51、在端部12b与接地导体12连接的短路部52以及与供电部51的端部和短路部52的端部连接的辐射部53。
信号导体11和接地导体12、13的上端部在俯视表面31时相对于电介质基板30的上部的侧面33向下方偏移，但是也可以不使信号导体11和接地导体12、13的上端部偏移。
供电部51和短路部52在电介质基板30的内部延伸。由此，能够实现天线103的小型化。供电部51和短路部52例如经由贯通电介质基板30的通孔而与辐射部53以能够导通的方式连接。
供电部51的端部连接于辐射部53的中间部。短路部52的端部连接于辐射部53的一方的端部。
通孔的形状不限于圆筒状，也可以是半圆筒状。也就是说，也可以在电介质基板30的侧面形成半圆筒状的通孔，来将信号导体11和接地导体12、13与辐射部53导通。
如图11所示，辐射部53位于电介质基板30的与表面31相反的一侧的表面32。在图11中，辐射部53没有与接地平面54相向，但也可以与接地平面54相向。辐射部53例如通过导体图案形成于表面32。
通孔34在电介质基板30中从表面31贯通至表面32，但只要是将接地导体12、13与接地平面54导通的深度，也可以不贯通。
图12是示出带天线的窗玻璃的结构的一例的截面图。图12所示的窗玻璃110是带天线的窗玻璃的一例，具备天线101和车辆用窗玻璃100。图12示出第一实施方式所涉及的天线101，但是也可以置换为上述的其它实施方式所涉及的天线，能够得到与天线101的情况等同的效果。
图12示出在车辆用窗玻璃100相对于水平方向以安装角度θ安装于车辆的状态下车辆用窗玻璃100与天线101之间的位置关系的一例。图12例示出车辆用窗玻璃100为前玻璃的情况。
天线101以使CPWG 10的接地平面和辐射部23与车辆用窗玻璃100平行的方式相对于车辆用窗玻璃100安装于车内侧。通过这样安装，关于天线101的天线增益，车辆前后方向的角度θ的范围内的天线增益比车辆上下方向上的天线增益高。
天线101被安装于车辆用窗玻璃100的周缘区域的上侧中央部。例如，天线101被安装于在车辆用窗玻璃100的周缘区域设置的可见光遮蔽区域(特别是，形成为朝向车辆用窗玻璃100的玻璃面的中央部突出的凸状区域)。可见光遮蔽区域例如由黑色陶瓷膜等黑色遮蔽膜形成。
通过辐射部23位于CPWG 10的接地平面与车辆用窗玻璃100之间，关于天线101的天线增益，车辆前后方向的角度θ的范围内的天线增益比车辆上下方向上的天线增益高。
此外，也可以是，以辐射部23相对于CPWG 10的接地平面位于与车辆用窗玻璃100相反的一侧、也就是说座席侧的方式将天线101安装于车辆用窗玻璃100。
图13示出将窗玻璃110组装于实际的车辆的前窗框或后窗框来测定天线101的反射系数S11所得到的结果的一例。在车辆用窗玻璃100为前玻璃的情况下，安装角度θ(车辆用窗玻璃100与地面之间所形成的角度)为21°，在车辆用窗玻璃100为后玻璃的情况下，安装角度θ为13.5°。前窗框或后窗框与电介质基板30之间的最短距离为30mm。
用虚线表示的前玻璃的反射系数S11和用实线表示的后玻璃的反射系数S11大致一致。ITS用的电波的频带为日本：5.77GHz～5.85GHz、北美：5.85GHz～5.925GHz、欧州：5.875GHz～5.905GHz。如图13所示，在车辆用窗玻璃100为前玻璃和后玻璃中的任一个的情况下，在ITS用的电波中使用的频带5.77GHz～5.925GHz的中心频率5.89GHz附近天线101都谐振而取得匹配。
图14是示出安装于前玻璃的上缘的中间部的天线101的天线增益的测定结果的一例的图。
将组装了安装有天线101的前玻璃的汽车的车辆中心设置于转盘的中心并使汽车旋转360°来进行了天线增益的测定。在每旋转角度1°时就在上限比ITS用的电波中使用的频带稍微高的5.77GHz～5.93GHz的频率范围内每隔20MHz对天线增益的数据进行了测定。一边改变电波的发送位置与天线101之间的仰角(将与地面平行的面设为仰角＝0°，将天顶方向设为仰角＝90°。)和电波的发送位置与天线101之间的方位角(将车辆前方方向设为方位角＝0°，将左右方向设为方位角＝±90°。)一边对天线增益进行了测定。
a表示在仰角为0°且车辆前方方向为0°时测定出的天线增益。b表示仰角为0°且在相对于车辆前方方向为±45°的前方范围内测定出的天线增益的平均值。c表示在仰角从0°至10°每隔2°(0°、2°、4°、6°、8°、10°)且方位角为±45°的前方范围内(在方位角为-45°～+45°的范围内每隔1°)测定出的天线增益的平均值。如图14所示，在车辆前方方向能够得到比较高的天线增益。天线增益的单位为dBi。
图15是示出安装于前玻璃的天线101的指向性的测定结果的一例的图。图15示出在仰角为0°且5.89GHz时测定出的天线增益。Fr、Rr、RH、LH分别表示从天顶观察车辆时的车辆前方、车辆后方、车辆右方、车辆左方。单位为dBi。如图15所示，车辆前后方向(特别是车辆前方)的天线增益比车辆左右方向的天线增益高。
图16是示出安装于后玻璃的天线101的天线增益的测定结果的一例的图。d表示在仰角为0°且车辆后方方向为0°时测定出的天线增益。e表示仰角为0°且相对于车辆后方方向为±45°的后方范围内(在方位角为-135°～+135°的范围内每隔1°)测定出的天线增益的平均值。f表示在仰角为10°的上下范围且相对于车辆后方方向为±45°的后方范围内测定出的天线增益的平均值。如图16所示，在车辆后方方向能够得到比较高的天线增益。
图17是示出安装于后玻璃的天线101的指向性的测定结果的一例的图。图17示出在仰角为0°且5.89GHz时测定出的天线增益。Fr、Rr、RH、LH分别表示车辆前方、车辆后方、车辆右方、车辆左方。单位为dBi。如图17所示，车辆前后方向(特别是车辆后方)的天线增益比车辆左右方向的天线增益高。
此外，在图13～图17中测定出反射系数或天线增益时，当将图2～图4所示的天线101的各部分的尺寸的单位以及图12所示的天线101与车辆用窗玻璃100之间的距离L20的单位设为mm时，如下所示。
L1：25
L2：25
L3：10
L4：1.4
L5：0.5
L6：11
L7：11.5
L8：13.5
L9：3
L10：25.2
L11：1
L12：6.5
L13：4
L20：3
以上，通过实施方式对车辆用天线和带天线的窗玻璃进行了说明，但本发明不限定于上述的实施方式。在本发明的范围内能够进行与其它实施方式的一部分或全部的组合、置换等各种变形和改良。
例如，也可以将供电部的位置与短路部的位置相互置换。另外，在图2、图6中，也可以是，连接部22a不与端部12b连接，而与接地导体13的另一方的端部13b连接。因而，此时的辐射部23在俯视表面31时向与图2的辐射部23的延伸方向相反的方向即接地导体12侧延伸。
另外，在图9中，也可以是，短路部52不与端部12b连接，而与端部13b连接。
另外，在图2、图6中，辐射部23在与侧面33平行的X轴方向上向接地导体13侧延伸，但是也可以向接地导体12侧延伸。也就是说，供电部21连接在辐射部23的端部，短路部22连接在辐射部23的中间部。
在第一实施方式中，供电部21的形状和短路部22的形状不限定于L字形，例如也可以为U字形或J字形。
在第一实施方式～第三实施方式中，供电部和短路部以并行地延伸的方式被图示出，但是也可以不并行地延伸。并且，供电部和短路部以相同的形状和相同的尺寸被图示出，但是也可以为不同的形状和不同的尺寸。
假定ITS来记述了车辆用天线的频率范围，但不限定于此，也可以是所期望的无线服务的频率范围。
图12所示的天线101与车辆用窗玻璃100以规定距离分离，但不限定于此，天线101与车辆用窗玻璃100也可以相接。

Claims (8)

1.一种车辆用天线，具备：
共面波导，其具有板状的电介质、设置于所述电介质的信号导体以及隔着槽位于所述信号导体的两侧的一对接地导体；
接地平面，其隔着电介质而与所述信号导体和所述接地导体相向；以及倒F天线，其具有与所述信号导体连接的供电部、与所述接地导体的一方连接的短路部以及与所述供电部的端部和所述短路部的端部连接并沿规定方向延伸的辐射部，
其中，所述辐射部相对于所述电介质位于所述接地平面侧。
2.根据权利要求1所述的车辆用天线，其特征在于，
所述辐射部的在延伸方向上的长度为所述接地平面的在沿该延伸方向上的长度以下。
3.根据权利要求1或2所述的车辆用天线，其特征在于，
所述辐射部与所述接地平面相向。
4.根据权利要求1或2所述的车辆用天线，其特征在于，
所述辐射部相对于所述接地平面倾斜。
5.根据权利要求1至4中的任一项所述的车辆用天线，其特征在于，
所述供电部和所述短路部在所述电介质的外侧延伸。
6.根据权利要求1至4中的任一项所述的车辆用天线，其特征在于，
所述供电部和所述短路部在所述电介质的内部延伸。
7.一种带天线的窗玻璃，
具备根据权利要求1至6中的任一项所述的车辆用天线和车辆用窗玻璃。
8.根据权利要求7所述的带天线的窗玻璃，其特征在于，
所述辐射部位于所述接地平面与所述车辆用窗玻璃之间。
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