CN108140952B

CN108140952B - 天线装置

Info

Publication number: CN108140952B
Application number: CN201680058968.7A
Authority: CN
Inventors: 铃木友贵
Original assignee: Alps Electric Co Ltd
Current assignee: Alps Alpine Co Ltd
Priority date: 2015-10-26
Filing date: 2016-10-18
Publication date: 2020-06-23
Anticipated expiration: 2036-10-18
Also published as: JPWO2017073410A1; US10411355B2; CN108140952A; EP3370305B1; WO2017073410A1; JP6474069B2; EP3370305A4; EP3370305A1; US20180191070A1

Abstract

天线装置具备：平板状的接地的配线基板(100)、与配线基板(100)隔开间隔而对置配置的平板状的天线元件(110)、配置于天线元件(110)的端部且各自的延伸前端与配线基板(100)连接的两个接地用脚部(120)、以及配置于天线元件(110)的端部且延伸前端与电路(150)(发送电路或者接收电路)连接的供电用脚部(130)。由配置有多个接地用脚部(120)的各个端部与配置有供电用脚部(130)的端部形成的面点对称。

Description

天线装置

技术领域

本发明涉及天线装置。

背景技术

近年来，在机动车的车顶上部搭载天线装置而进行通信的结构被广泛使用。在从机动车与地面基础设施进行通信的用途中，多使用具有在水平面内全向的方向性的、垂直极化波的单极子型或者偶极子型的天线。

单极子型或者偶极子型的天线通常要求λ/4～λ/2左右的天线高度，因此封装壳体的高度增加。例如在为5.9GHz带的天线的情况下，成为12mm左右的高度。另外，由于其形状而难以实现元件的自立而使形状不稳定，因此在大多数情况下需要天线的保持构件。

对此，在专利文献1中，公开了作为相对于方位角全向的垂直极化波天线而进行动作的薄型的天线装置。具体而言，在一对平板状导体的对置的周缘部之间形成有左右被连接导体分隔的开口，在供电时该开口内的电场分布与缝隙天线类似，因此向该开口的前方辐射垂直极化波。

在先技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2006-135773号公报

发明内容

发明所要解决的课题

另一方面，天线装置谋求进一步的小型化。根据专利文献1的天线装置，顶面部的电流被复杂地抵消。由于进行与缝隙天线类似的动作，因此若不能确保至少20×20×4mm(1600mm²)左右的大小，则无法确保充分的电波接收，无法充分地小型化。

本发明是鉴于上述情况而完成的，其目的在于对于全向的垂直极化波天线提供进一步被小型化的天线装置。

用于解决课题的方案

本发明所涉及的天线装置涉及一种天线装置，具备：平板状的天线元件，其与接地的配线基板隔开间隔而对置配置；多个接地用脚部，其配置于所述天线元件的端部，且各自的延伸前端与所述配线基板连接；以及供电用脚部，其配置于所述天线元件的端部，且延伸前端与发送电路或者接收电路连接，由配置有所述多个接地用脚部的各个端部与配置有所述供电用脚部的端部形成的面点对称。

根据该结构，从成为点对称的形状的一端供电，在另一端接地，因此电流分布以旋转对称的方式进行环路动作，能够消除电流复杂地相互抵消的状况。其结果是，能够确保适当的大小的动作长度，因此能够确保动作长度的大小并且实现小型化。

优选为，所述天线元件的与所述配线基板对置的面呈正多边形，配置有所述供电用脚部的端部是所述正多边形的一个顶点，配置有所述多个接地用脚部的端部是所述正多边形的其他顶点。

根据该结构，能够通过简单的结构以容易设计、制造的方式实现天线元件的点对称结构。而且，通过设为点对称结构，能够实现天线元件的小型化。

优选为，所述天线装置还具备切口部，该切口部通过将所述天线元件中的外边部分分别设为在至少一部分处被切除的形状而成，所述外边部分将配置有所述多个接地用脚部与所述供电用脚部中的相邻的任意两个脚部的端部之间连结，所述多个接地用脚部以及所述供电用脚部与所述外边部分各自的未被切除的部分的延伸前端连接。

根据该结构，在通过点对称结构而使电流分布形成环路的形状中还具备切口部，因此通过切口部而使应当在外边部分周边流通的电流蛇行，其结果是，能够进一步确保电流路线，因此能够实现进一步的小型化。

优选为，所述多个接地用脚部以及所述供电用脚部从各个所述外边部分中的未被切除的部分延伸而形成为面状。

根据该结构，接地用脚部与所述供电用脚部接近配线基板，因此能够以天线元件与接地面的电容增大的方式进行接地，从而实现进一步的小型化。

优选为，所述天线元件的与所述配线基板对置的面呈正三角形或者正四边形。

根据该结构，能够在正多边形中采用特别容易小型化且容易制造的形状。

优选为，所述天线元件的与所述配线基板对置的面的被切除前的形状为正三角形或者正四边形。

根据该结构，能够根据容易制造的形状而实现电流的蛇行形状，由此能够实现小型化。

优选为，所述天线装置还具备所述配线基板，所述配线基板呈平板状。

根据该结构，通过天线元件与配线基板的组合，能够实现全向的垂直极化波天线。

发明效果

根据本发明，能够对于全向的垂直极化波天线提供进一步被小型化的天线装置。

附图说明

图1是对本发明的实施方式所涉及的在从顶面观察的情况下呈三角形形状的天线装置进行说明的图。

图2是对本发明的实施方式所涉及的在从顶面观察的情况下呈三角形形状的天线装置的辐射特性进行说明的图。

图3是对本发明的实施方式所涉及的在从顶面观察的情况下呈正方形状的天线装置进行说明的图。

图4是对本发明的实施方式所涉及的在从顶面观察的情况下呈正方形状的天线装置的辐射特性进行说明的图。

图5是示出类似缝隙天线的方式的情况下的顶面部的电流分布的图。

图6是示出类似环路天线的方式的情况下的顶面部的电流分布的图。

图7是对本发明的实施方式所涉及的在外边具备切口形状的天线装置进行说明的图。

图8是示出组装本发明的实施方式所涉及的天线装置前的结构的图。

图9是对本发明的实施方式所涉及的具备切口的天线装置的辐射特性进行说明的图。

图10是对本发明的实施方式所涉及的在外边具备切口形状且脚部具有宽度的第二天线装置进行说明的图。

图11是从上部和侧部示出本发明的实施方式所涉及的、在外边具备切口形状且脚部具有宽度的第二天线装置时的图。

图12是对本发明的实施方式所涉及的具备切口的第二天线装置的辐射特性进行说明的图。

具体实施方式

图1是对本发明的实施方式所涉及的在从顶面观察的情况下呈三角形形状的天线装置进行说明的图。图1所示的呈三角形形状的天线装置具备：平板状的接地的配线基板100、与配线基板100隔开间隔而对置配置的平板状的天线元件110、配置于天线元件110的端部且各自的延伸前端与配线基板100连接的两个接地用脚部120、以及配置于天线元件110的端部且延伸前端与电路150(发送电路或者接收电路)连接的供电用脚部130。

天线元件110具有在从顶面侧(上表面)和其背侧(下表面)观察时分别成为平面的平板状的形状。分别形成上表面和下表面的图形为相同的形状，上表面与下表面之间具有恒定的厚度。天线元件110的上表面以及下表面呈以中心点111为中心的点对称图形，呈正多边形。在图1的例子中，将天线元件110的上表面以及下表面设为正三角形而进行说明。

天线元件110的上表面呈正三角形，因此具有三个顶点。在图1的例子中，将该三个顶点设为端部而进行说明。通过连结该三个顶点、即端部而形成的图形为点对称图形，呈正多边形。在图1的例子中，与天线元件110的上表面的图形相同，呈正三角形。

两个接地用脚部120配置于天线元件110的两个端部、即天线元件110的三个顶点中的两个。而且，两个接地用脚部120分别从天线元件110的上表面以及下表面沿垂直、即法线方向延伸，各自的延伸前端与配线基板100连接。两个接地用脚部120分别沿垂直、即法线方向到达配线基板100，各自的延伸前端与配线基板100连接。

供电用脚部130配置于天线元件110的一个端部、即天线元件110的三个顶点中的剩余的一个。而且，供电用脚部130分别从天线元件110的上表面以及下表面沿垂直、即法线方向延伸，各自的延伸前端沿垂直、即法线方向朝向配线基板100。在配线基板100中的、供电用脚部130所朝向的前端开设有孔140，供电用脚部130以不与配线基板100的接地部接触的方式通过配线基板100的面。

供电用脚部130最终与电路150(发送电路或者接收电路)连接。由配置有多个接地用脚部120的各个端部与配置有供电用脚部130的端部形成的面点对称。从电路150经由供电线对天线装置供电。

当如上述那样在使天线装置接地的状态下供电时，沿着图1所示的箭头流通有电流。供电的结果是，电流从天线元件110的上表面的重心部分朝向各顶点流通。另外，从三边的中心朝向各顶点流通有电流。像这样朝向各顶点流通有电流，从各顶点在各脚部中朝向配线基板100流通有电流。到达配线基板100的电流在配线基板100中向与天线元件110的上表面相反的方向流通。

在图1所示的天线装置中，通过天线元件110形成在四个方向具有约λ/2的开口部的变形环路天线，构成能够以低姿态自立、并且垂直极化波具有全向的辐射特性的天线装置。基本动作为约1λ的环路天线，通过将连接天线元件110的顶面形状与作为GND的配线基板100的两个接地用脚部120、以及供电用脚部130构成为点对称，从而能够获得全向的辐射特性。图2是对本发明的实施方式所涉及的在从顶面观察的情况下呈三角形形状的天线装置的辐射特性进行说明的图。波形170示出垂直极化波，波形180示出水平极化波。

当将以5.9GHz进行动作的天线作为例子时，对于构成天线元件的容积，能够将形成天线元件110的正三角形的一边设为17.3mm，将各脚部的高度设为4.5mm。与在以往的在天线元件的顶面部中心设置有供电部的结构中不得不设为一边20mm左右的天线装置相比能够小型化，能够实现约38％的小型化。需要说明的是，对于边、高度以及波长之间的关系，优选构成为横+纵＝λ/2。

图3是对本发明的实施方式所涉及的在从顶面观察的情况下呈正方形状的天线装置进行说明的图。图3是将图1所示的天线装置的上表面以及下表面的形状设为正方形而代替正三角形的图。图3所示的呈正方形的天线装置具备：平板状的接地的配线基板200、与配线基板200隔开间隔而对置配置的平板状的天线元件210、配置于天线元件210的端部且各自的延伸前端与配线基板200连接的三个接地用脚部220、以及配置于天线元件210的端部且延伸前端与电路250连接的供电用脚部230。

天线元件210的上表面呈正方形，因此具有四个顶点。在图3的例子中，将该四个顶点设为端部而进行说明。在图3的例子中，通过连结该四个顶点、即端部而形成的图形与天线元件210的上表面的图形相同，呈正方形。

三个接地用脚部220配置于天线元件210的两个端部、即天线元件210的四个顶点中的三个。而且，三个接地用脚部220分别从天线元件210的上表面以及下表面沿垂直、即法线方向延伸，各自的延伸前端与配线基板200连接。两个接地用脚部220分别沿垂直、即法线方向到达配线基板200，各自的延伸前端与配线基板200连接。

供电用脚部230配置于天线元件210的一个端部、即天线元件210的四个顶点中的剩余的一个。而且，供电用脚部230分别从天线元件210的上表面以及下表面沿垂直、即法线方向延伸，各自的延伸前端沿垂直、即法线方向朝向配线基板200。在配线基板200中的、供电用脚部230所朝向的前端开设有孔240，供电用脚部230以不与配线基板200的接地部接触的方式通过配线基板200的面。供电用脚部230最终与作为供电目的地的电路250(发送电路或者接收电路)连接，经由供电线对天线装置供电。

当如上述那样在使天线装置接地的状态下供电时，沿着图3所示的箭头流通有电流。供电的结果是，电流从天线元件210的上表面的重心部分朝向各顶点流通。另外，从四边的中心朝向各顶点流通有电流。像这样朝向各顶点流通有电流，从各顶点在各脚部中朝向配线基板200流通有电流。到达配线基板200的电流在配线基板200中向与天线元件210的上表面相反的方向流通。

在图3所示的天线装置中，也与图1同样地将垂直极化波具有全向的辐射特性的约1λ的变形环路天线设为基本动作。通过这样构成，能够获得全向的辐射特性。图4是对本发明的实施方式所涉及的在从顶面观察的情况下呈正方形状的天线装置的辐射特性进行说明的图。波形270示出垂直极化波，波形280示出水平极化波。

当将以5.9GHz进行动作的天线作为例子时，对于构成天线元件的容积，能够将形成天线元件210的正方形的一边设为17mm，将各脚部的高度设为4mm，与以往的天线元件相比能够小型化。

在图1以及图3的例子中，将天线元件110设为正三角形、将天线元件210设为正方形而进行了说明，但可以在正多边形的范围内设为各种形状。另外，基于通过设为点对称结构而使电流分布进行环路动作的关系，只要为点对称结构，则可以不是正多边形，例如可以将天线装置设为圆形。另外，天线元件110以及天线元件210可以不必为平面，只要维持点对称结构，也可以将天线元件110以及天线元件210设为曲面结构。

图5是示出类似缝隙天线的方式的情况下的顶面部的电流分布的图。在对如图3所示那样构成天线装置并流通有电流的情况下的电流分布进行说明之前，对在顶面部设置有供电部并将四个脚部接地的结构的情况的例子进行说明。在该以往的结构的情况下，如图5的分布500所示，顶面部的电流被复杂地抵消，成为侧面开口部(缝隙)的大小取决于动作频率的状况。其结果是，电流分布成为偏置于中心部分和端部的分布。更具体而言，如分布510所示，产生箭头彼此增强的部分和抵消的部分。对于抵消的部分，电流的大小被抵消。

图6是示出类似环路天线的方式的情况下的顶面部的电流分布的图。代替图5所示的情况，参照图6对如图3所示那样构成天线装置并流通有电流的情况下的电流分布进行说明。在该结构的情况下，如图6的分布600所示，成为从顶面部中心部分朝向侧面开口部流通有电流的动作，成为小型并且增大了动作长度的状况。更具体而言，如分布610所示，箭头彼此抵消的部分比图5的情况少，作为整体，电流分布变得均匀。

根据上述的结构，将供电点配置于顶面侧的任一处并作为缝隙天线而进行动作的这一点在本实施方式中变为将供电点配置于一个脚部并作为变形环路天线而进行动作，由此提高电流的效率，其结果是，能够实现小型化、薄型化。

图7是对本发明的实施方式所涉及的在外边具备切口形状的天线装置进行说明的图。在图7中将图3所示的天线元件210的外边部设为被切除的形状。图7的天线装置具备：平板状的接地的配线基板700、与配线基板700隔开间隔而对置配置的平板状的天线元件710、配置于天线元件710的端部且各自的延伸前端与配线基板700连接的三个接地用脚部720、以及配置于天线元件710的端部且延伸前端与电路750连接的供电用脚部730。

图7所示的天线装置除上述的结构以外还具备切口部760，切口部760通过将天线元件710中的外边部分分别设为在至少一部分处被切除的形状而成，所述外边部分将配置有多个接地用脚部720与供电用脚部730中的相邻的任意两个脚部的端部之间连结。而且，多个接地用脚部720以及供电用脚部730与外边部分各自的未被切口的部分的延伸前端连接。

切口部760是从天线元件710被切断的部分，在未基于作为该切断部分的切口部760切除的情况下，包括天线元件710的天线装置与图3所示的天线装置的结构相同。切口部760的形状呈从天线元件710的各外边的中心点朝向一个顶点的方向并将到达该顶点附近的长度作为一边的长方形。切口部710的另一边是从外边部分垂直地、即朝向天线元件710的重心延伸的部分，比沿着外边部分的部分短。

以上的切口部760分别设置于天线元件710的四边，其结果是，作为整体，天线元件710在具备切口部760后仍为点对称的结构。因此，四个切口部760配置为整体点对称，在某一切口部760在外边上靠左的情况下，在其他的三个外边中也分别在靠左的位置配置切口部760，从而整体成为点对称结构。需要说明的是，整体成为点对称结构即可，因此可以设为使被切除后的外边分别延长的结构，反之也可以设为使被切除后的外边分别缩短的结构。形成电流、电场成为所希望的分布的适当的结构。

图8是示出组装本发明的实施方式所涉及的天线装置前的结构的图。在图7中示出包括天线元件710的天线装置的配置关系，参照图8对用于形成图7所示的天线元件710的形状进行说明。当然可以将图3所示的正方形的天线元件210中的四个部位切除然后配置脚部，但也可以如图8所示不切除从切口部760的接近顶点的部分延伸的部分。在该情况下，从顶点延伸的三个部分分别为接地用脚部720，另一部分形成供电用脚部730。上述脚部均呈直角地弯折，从而形成图7所示的配置。

在图7所示的天线装置中，也与图1同样地将垂直极化波具有全向的辐射特性的约1λ的变形环路天线设为基本动作。通过这样构成，能够获得全向的辐射特性。图9是对本发明的实施方式所涉及的具备切口的天线装置的辐射特性进行说明的图。波形770示出垂直极化波，波形780示出水平极化波。

当将以5.9GHz进行动作的天线作为例子时，对于构成天线元件的容积，能够将形成天线元件210的正方形的一边设为15.8mm，将各脚部的高度设为4mm，与以往的天线元件相比能够小型化。这样，通过在接地用脚部720、供电用脚部730附近构成成为高频电流的迂电路的狭缝、弯折边，从而能够维持天线的辐射特性和动作频率，并且实现天线的投影面积的缩小。

图10是对本发明的实施方式所涉及的在外边具备切口形状且脚部具有宽度的第二天线装置进行说明的图。在图7中示出了具备切口部760的天线装置，但在图10中对进一步增大了脚部的宽度的天线装置进行说明。图10的天线装置具备：平板状的接地的配线基板800、与配线基板800隔开间隔而对置配置的平板状的天线元件810、配置于天线元件810的端部且各自的延伸前端与配线基板800连接的三个接地用脚部820、以及配置于天线元件810的端部且延伸前端与电路850连接的供电用脚部830。

并且，天线装置还具备切口部860，切口部860通过将天线元件810中的外边部分分别设为在至少一部分处被切除的形状而成，所述外边部分将配置有多个接地用脚部820与供电用脚部830中的相邻的任意两个脚部的端部之间连结。而且，多个接地用脚部820以及供电用脚部830从各个外边部分中的未被切除的部分延伸而形成为面状。

这样，图10所示的天线装置的结构基本上与图7所示的天线装置的结构相同，但脚部形成为面状这一点不同。通过像这样构成，脚部稳定，因此作为天线装置整体在结构方面稳定，并且能够增大天线元件与接地面的电容，因此作为整体能够进一步小型化。

在图10所示的天线装置中，也与图1同样地将垂直极化波具有全向的辐射特性的约1λ的变形环路天线设为基本动作。通过这样构成，能够获得全向的辐射特性。图12是对本发明的实施方式所涉及的具备切口的第二天线装置的辐射特性进行说明的图。波形870示出垂直极化波，波形880示出水平极化波。当将以5.9GHz进行动作的天线作为例子时，对于构成天线元件的容积，能够将形成天线元件210的正方形的一边设为15mm，将各脚部的高度设为4mm，与以往的天线元件相比能够小型化。

如以上那样，参照各图对采用点对称结构并代替接地部分而将一个脚部设为供电用的情况进行了说明。根据该结构，从成为点对称的形状的一端供电，在另一端接地，因此电流分布以旋转对称的方式进行环路动作，能够消除电流复杂地相互抵消的状况。其结果是，能够确保适当的大小的动作长度，因此能够确保动作长度的大小并且实现小型化。

本发明不限于上述的实施方式。即，本领域技术人员可以在本发明的技术范围或者其等同范围内对上述的实施方式的构成要素进行各种变更、组合、部分组合、以及替换。参照上述实施方式对本发明进行了说明，但本发明不限定于上述实施方式，能够以改进的目的或在本发明的思想的范围内进行改进或变更。

例如，在上述的实施方式中，例示了具备两个或者三个接地用脚部的天线装置，但接地用脚部可以为四个以上。

产业上的可利用性

如以上那样，本发明所涉及的天线装置能够用于车辆用的天线装置，但不限于车辆用而能够应用于用于多种用途的天线装置。

附图标记说明

100…配线基板；110…天线元件；120…接地用脚部；130…供电用脚部；140…孔；150…电路；200…配线基板；210…天线元件；220…接地用脚部；230…供电用脚部；250…电路；700…配线基板；710…天线元件；720…接地用脚部；730…供电用脚部；750…电路；760…切口部；800…配线基板；810…天线元件；820…接地用脚部；830…供电用脚部；850…电路；860…切口部。

Claims

1.一种天线装置，具备：

平板状的天线元件，其与接地的配线基板隔开间隔而对置配置；

多个接地用脚部，其配置于所述天线元件的端部，且各自的延伸前端与所述配线基板连接；

供电用脚部，其配置于所述天线元件的端部，且延伸前端与发送电路或者接收电路连接；以及

切口部，其设为在所述天线元件中的至少一部分处被切除的形状，

所述天线元件的与所述配线基板对置的面的被切除前的形状为正四边形，

配置有所述供电用脚部的端部是所述四边形的一个顶点，

配置有所述多个接地用脚部的端部是所述四边形的其他顶点，

所述切口部的形状呈从所述天线元件的各外边的中心点朝向一个顶点的方向并将到达该顶点附近的长度作为一边的长方形，

所述多个接地用脚部以及所述供电用脚部是从所述外边各自的未被切除的部分延伸而形成为面状的宽幅部分，

由配置有所述多个接地用脚部的各个端部、配置有所述供电用脚部的端部、以及所述切口部形成的面点对称。

2.根据权利要求1所述的天线装置，其中，

所述天线装置还具备所述配线基板，所述配线基板呈平板状。