CN110383581A - 带狭缝的贴片天线 - Google Patents

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Abstract

一种带狭缝的贴片天线，能够提高两个收发带域的设定自由度并与所要求的收发带域对应。该带狭缝的贴片天线具备：电介质基板(10)；设于其主面的放射电极(20)；和配置于主面的相反面的接地板(40)，在放射电极(20)形成有具有曲径部(31a)的两对狭缝(31)。放射电极(20)的外形为正方形，狭缝(31)在所述正方形的内侧沿着所述正方形的各边共计设有两对，各狭缝(31)针对与所述正方形的一边平行且从所述正方形的中心穿过的对称轴而线对称地配置，且针对所述正方形的中心而点对称地配置。

Description

带狭缝的贴片天线
技术领域
本发明涉及在两个不同的收发带域内工作的带狭缝的贴片天线。
背景技术
在卫星用、例如GNSS(Global Navigation Satellite System)用的天线装置中，通常使用与圆极化波的电波对应的贴片天线。另外，最近开始要求与贴片天线的由放射电极的外形所决定的收发带域不同地，设置另一个收发带域。
为了该目的而提出一种带狭缝的贴片天线。图12表示现有的带狭缝的贴片天线(但省略接地板)。如该图所示，带狭缝的贴片天线5具备：方形的电介质基板10；设于电介质基板10的主面的由平面状导体构成的方形的放射电极20；和配置于主面的相反面的未图示的接地板(接地导体)，并且在放射电极20形成有两对直线状的狭缝30。在此，狭缝30是没有导体的部分。另外，对于放射电极20，通过馈电点a、b这两个部位进行双点馈电而有效地进行圆极化波的收发。通过贴片天线中的双点馈电，如以下的专利文献1所述地那样，将彼此相位以90°不同的信号向两个馈电点馈电，由此能够在较宽的频率带域内使轴比(AxialRatio)良好。
图12的带狭缝的贴片天线5变得具有两个收发带域，其一是根据放射电极20的外形尺寸决定的收发带域(贴片天线工作的收发带域)，其二是由形成于放射电极20的狭缝30的长度所决定的作为狭缝天线的收发带域(狭缝天线工作的收发带域)。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2015-19132号公报
非专利文献
非专利文献1：论文“Dual-Frequency Patch Antennas”，S.Maci and G.BiffiGentili著，1045-9243/97，1997IEEE.
非专利文献1表示图12所示的带狭缝的贴片天线5。
发明内容
图12的现有的带狭缝的贴片天线5的情况下，在对放射电极20使用的原本的贴片天线工作中，因电介质基板10的介电常数造成的对于放射电极20的电气长度的增大效果大(与放射电极20相接的电介质基板10的面积大)。相对于此，在基于直线状的狭缝30执行的狭缝天线工作中，仅涉及电介质基板10的狭缝30的周缘的电介质部分，由此因电介质基板10的介电常数造成的对于狭缝30的电气长度的增大效果小。另外，直线状的狭缝30的全长不得不短于放射电极20一边的长度。由此，由狭缝30的长度所决定的狭缝天线工作的收发带域与由放射电极20的外形尺寸所决定的贴片天线工作的收发带域相比较，高至机械性尺寸比以上。
由此，无法使狭缝天线工作的收发带域接近贴片天线工作的收发带域。
本发明实施方式涉及提高两个收发带域的设定自由度并能够与所要求的收发带域对应的带狭缝的贴片天线。
本发明的一个方式为带狭缝的贴片天线。该带狭缝的贴片天线的特征在于，具备：电介质基板；设于所述电介质基板的主面的放射电极；和配置于所述主面的相反面的接地导体，在所述放射电极形成有具有曲径部、弯曲部或者曲折部的狭缝。
也可以为，所述放射电极的外形为正方形，所述狭缝在所述正方形的内侧沿着所述正方形的各边共计设有两对。
也可以为，各狭缝针对与所述正方形的一边平行且从所述正方形的中心穿过的对称轴而线对称地配置，且针对所述正方形的中心而点对称地配置。
将以上构成要素的任意组合、本发明的表现在方法和系统等之间转换的方案，作为本发明的方式也是有效的。
发明效果
根据本发明的带狭缝的贴片天线，在放射电极形成了具有曲径部、弯曲部或者曲折部的狭缝，由此与现有的直线状的狭缝相比较能够将电气长度(换言之，有效波长)设定得长。由此，能够提高贴片天线工作以及狭缝天线工作的收发带域的设定自由度，并与所要求的收发带域对应。
附图说明
图1是表示本发明的带狭缝的贴片天线的实施方式1的立体图。
图2A是实施方式1的省略接地板表示的俯视图。
图2B是用于说明实施方式1中的带狭缝的贴片天线的尺寸关系的俯视图。
图3是图2A的III-III剖视图。
图4是将带狭缝的贴片天线中的狭缝天线工作的收发带域、与现有的无曲径部的狭缝的情况、和本发明实施方式1的情况(有曲径部)对比表示的VSWR(Voltage StandingWave Ratio)的频率特性图。
图5是实施方式1中、1210MHz中的贴片天线工作的X-Z平面内的指向特性图。
图6是实施方式1中、1594MHz中的狭缝天线工作的X-Z平面内的指向特性图。
图7是实施方式1中、1210MHz中的贴片天线工作的Y-Z平面内的指向特性图。
图8是实施方式1中、1594MHz中的狭缝天线工作的Y-Z平面内的指向特性图。
图9是本发明实施方式2的省略接地板表示的俯视图。
图10是本发明实施方式3的省略接地板表示的俯视图。
图11是本发明实施方式4的省略接地板表示的俯视图。
图12是现有的带狭缝的贴片天线的省略接地板表示的俯视图。
具体实施方式
以下，参照附图来详细说明本发明的优选实施方式。对于各图中所示的相同或者同等的构成要素、部件、处理标注相同的附图标记，适当省略重复的说明。另外，实施方式并非限定发明，仅是示例，实施方式中所记述的全部特征和其组合不限于一定是发明的本质构成。
在图1至图3中说明本发明的带狭缝的贴片天线的实施方式1。如这些图所示，带狭缝的贴片天线1具备：正方形的电介质基板10；设于电介质基板10的主面的由平面状导体构成的正方形的放射电极20；和配置于主面的相反面的接地板(接地导体)40，并且在放射电极20形成有两对狭缝31。在此，狭缝31是没有导体的部分，在直线部分的大致中间位置形成有曲径(蜿蜒)部31a。狭缝31在正方形的放射电极20的内侧沿着上述正方形的各边(在曲径部31a之外，相对的狭缝31彼此平行)设有四个，各狭缝31针对与上述正方形的一边平行且从上述正方形的中心穿过的对称轴而线对称地配置，且针对上述正方形的中心而点对称地配置。而且，各狭缝31从带狭缝的贴片天线1的中心点来看，与馈电点a、b相比位于外侧。如图3所示，对于放射电极20，经由同轴线缆25、26通过馈电点a、b的两个部位进行双点馈电而高效进行圆极化波的收发。
在该实施方式1的情况下，贴片天线工作中，根据正方形的放射电极20的一边的长度以及电介质基板10的介电常数所决定的电气长度为1/2波长(以及其整数倍)的频率成为共振频率，包括该共振频率在内的频率带域为第1收发带域。
狭缝天线工作中，狭缝31具有曲径部31a，由此全长与不具有曲径部31a时相比变长，电气长度也增大。由此，根据狭缝31的全长以及电介质基板10的介电常数所决定的电气长度为1/2波长(以及其整数倍)的共振频率，因设有曲径部31a而降低。因此，能够使包括狭缝天线工作的共振频率在内的频率带域、即第2收发带域向接近第1收发带域的方向转移。
图4是将带狭缝的贴片天线中的狭缝天线工作的收发带域、与现有的无曲径部的狭缝的情况(图12)、和本发明实施方式1的有曲径部且为图2B的尺寸的情况对比表示的VSWR(Voltage Standing Wave Ratio)的频率特性图。图4的VSWR的频率特性图是在图2B的尺寸说明图以及图12中，设为正方形的电介质基板10的一边的长度c＝33mm，正方形的放射电极20的一边的长度d＝29mm，狭缝30、31的长度(关于狭缝31是没有曲径部31a的情况下的长度)e＝25mm，狭缝30、31的宽度f＝0.8mm、图2B的曲径部31a的突出长度g＝4.5mm时的值。可知带狭缝的贴片天线中的狭缝天线工作的收发带域由于在狭缝上设有曲径部而向低频带转移。即，如图4所示，在考察实施方式1的带狭缝的贴片天线1的狭缝天线工作的情况下(图中，无曲径部为虚线曲线，有曲径部为实线曲线)，无曲径部的共振频率为P’、Q’、R’，通过设置曲径部，共振频率成为P、Q、R，共振频率变低。
图5至图8分别表示实施方式1(图2B的尺寸关系与图4的情况相同)中的相对于右旋极化波的垂直面内的指向特性图。图1中，将与接地板40垂直且从带狭缝的贴片天线1的中心(放射电极20的中心)穿过的方向设为Z轴，将在接地板40的面内且与放射电极20的一边正交的方向设为X轴，将在接地板40的面内且正交于与放射电极20的上述一边相邻(正交)的边的方向设为Y轴。在图5以及图6中，Z＝0°表示放射电极20的正上方向(从放射电极20朝着接地板40的方向的相反朝向)，Z＝180°表示放射电极20的正下方向(从放射电极20朝向接地板40的方向)，Z＝90°表示X方向。图5为1210MHz中的贴片天线工作的X-Z平面内的指向特性，为朝上且横向(directed upward and broad)的指向特性。Z＝0°时的增益为2.847dBi。图6同样地表示1594MHz中的狭缝天线工作的X-Z平面内的指向特性，为朝上且横向的指向特性。Z＝0°时的增益为4.351dBi。
另外，图7以及图8中，Z＝0°表示放射电极20的正上方向，Z＝180°表示放射电极20的正下方向，Z＝90°表示Y方向。图7是1210MHz中的贴片天线工作的Y-Z平面内的指向特性，为朝上且横向的指向特性。Z＝0°时的增益为2.847dBi。图8相同地表示1594MHz中的狭缝天线工作的Y-Z平面内的指向特性，为朝上且横向的指向特性。Z＝0°时的增益为4.351dBi。
根据本实施方式，能够得到如下的效果。
(1)带狭缝的贴片天线1中，在狭缝31上设置曲径部31a，由此能够使电气长度增大，能够将狭缝天线工作的收发带域与以往相比设定得低。该结果为，能够提高贴片天线工作以及狭缝天线工作的收发带域的设定自由度，并与所要求的收发带域对应。例如，能够通过贴片天线工作而对应于1.2GHz带，通过狭缝天线工作而对应于1.5GHz带。
(2)狭缝31在正方形的放射电极20的内侧沿着上述正方形的各边(在曲径部31a之外，相对的狭缝31彼此平行)设有四个，各狭缝31针对与上述正方形的一边平行且从上述正方形的中心穿过的对称轴而线对称地配置，且针对上述正方形的中心而点对称地配置。由此，在馈电点a以及b中的信号的相位差为90°且振幅相同的情况下，能够恰当地进行圆极化波的收发。
图9表示本发明的实施方式2。在该情况下，带狭缝的贴片天线2中，在正方形的放射电极20形成有整体朝向正方形的中心以圆弧状弯曲的两对狭缝32。狭缝32在上述正方形的内侧沿着上述正方形的各边设有四个。各狭缝32针对与上述正方形的一边平行且从上述正方形的中心穿过的对称轴而线对称地配置，且针对上述正方形的中心而点对称地配置。其他构成与上述的实施方式1相同。
根据实施方式2，在放射电极20上设置弯曲的狭缝32，由此也能够增大狭缝32的电气长度，能够实现与实施方式1实质上相同的效果。
图10表示本发明的实施方式3。在该情况下，带狭缝的贴片天线3中，在正方形的放射电极20上形成了具有带曲径的曲折部33a的两对狭缝33，该曲径位于放射电极20的角部附近。在该狭缝33的情况下，在与放射电极20的一边平行的狭缝部分、跟与正交于上述一边的边平行的狭缝部分之间设有带曲径的曲折部33a，由此与没有带曲径的曲折部33a时相比，狭缝33的全长变长。狭缝33在上述正方形的内侧沿着上述正方形的两边配置。各狭缝33针对与上述正方形的一边平行且从上述正方形的中心穿过的对称轴而线对称地配置，且针对上述正方形的中心而点对称地配置。其他构成与上述的实施方式1相同。
根据实施方式3，在放射电极20上设置了具有带曲径的曲折部33a的狭缝33，由此也能够增大狭缝33的电气长度，能够实现与实施方式1实质上相同的效果。
图11表示本发明的实施方式4。在该情况下，带狭缝的贴片天线4中，在正方形的放射电极20上形成有两对狭缝34。在各狭缝34的直线部分的大致中间位置形成有两个曲径(蜿蜒)部34a。狭缝34在上述正方形的内侧沿着上述正方形的各边设有四个。各狭缝34针对与上述正方形的一边平行且从上述正方形的中心穿过的对称轴而线对称地配置，且针对上述正方形的中心而点对称地配置。其他构成与上述的实施方式1相同。
根据实施方式4，在放射电极20上设置具有两个曲径部34a的狭缝34，由此也能够增大狭缝34的电气长度，能够实现与实施方式1实质上相同的效果。另外，在实施方式1的狭缝31中设有一个曲径部31a，相对于此，在实施方式4的狭缝34中设有两个曲径部34a。因此，在将狭缝31和狭缝34的电气长度设为相同的情况下，沿着狭缝34的放射电极20的一边(与狭缝34的直线部分延伸的方向平行的放射电极20的一边)的长度比狭缝31短。由此，在实施方式4中，与实施方式1相比能够使贴片天线小型化。并且，也可以为，在放射电极20形成有具有三个以上曲径(蜿蜒)部的狭缝。
以上，以实施方式为例说明了本发明，但本领域技术人员能够理解的是，对于实施方式的各构成要素和各处理程序能够在技术方案所记载的范围进行各种变形。以下，介绍变形例。
在本发明的实施方式中，狭缝形状被设为，设有朝向贴片天线的中心点的曲径(蜿蜒)部或弯曲部(狭缝32的弯曲的部位)、曲折部的形状，但根据所要求的频带，也能够为，设有从贴片天线的中心点(换言之，放射电极的中心点)朝向外侧的曲径部或弯曲部的狭缝形状。
在本发明的实施方式中，例举了双点馈电的情况，但本发明也能够适用于单点馈电的情况，并可知馈电方式并不限于同轴线缆。
附图标记说明
1、2、3、4、5 带狭缝的贴片天线
10 电介质基板
20 放射电极
25、26 同轴线缆
30、31、32、33、34 狭缝
31a、34a 曲径部
33a 带曲径的曲折部
40 接地板

Claims (3)

1.一种带狭缝的贴片天线，其特征在于，具备：
电介质基板；
设于所述电介质基板的主面的放射电极；和
配置于所述主面的相反面的接地导体，
在所述放射电极形成有具有曲径部、弯曲部或者曲折部的狭缝。
2.根据权利要求1所述的带狭缝的贴片天线，其特征在于，
所述放射电极的外形为正方形，所述狭缝在所述正方形的内侧沿着所述正方形的各边共计设有两对。
3.根据权利要求2所述的带狭缝的贴片天线，其特征在于，
各狭缝针对与所述正方形的一边平行且从所述正方形的中心穿过的对称轴而线对称地配置，且针对所述正方形的中心而点对称地配置。
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