CN111146577B - 天线单元 - Google Patents

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Abstract

本发明提供能够恰当地将天线安装在框体的天线单元。天线单元具备贴片天线(30)及盒体。贴片天线(30)被构成为包含导电性的天线图案(32)以及作为该天线图案(32)的接地而起作用的天线接地图案(33)并接收电波。盒体具有介电性并供贴片天线(30)设置。天线图案(32)被设置在盒体的壁部的内壁面(12a)。天线接地图案(33)形成在盒体(10)的壁部的外壁面(12b)，且位于与天线图案(32)对置的位置。

Description

天线单元
技术领域
本发明涉及天线单元。
背景技术
以往，作为天线单元，例如存在一种天线，其具备：膜，其具有介电性；天线图案，其形成在该膜的一侧；以及接地图案，其形成在膜的另一侧。需要说明的是，在专利文献1中，记载了形成有收发电波的天线图案(单极天线)的印刷电路板。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2017-63364号公报
发明内容
发明欲解决的技术问题
然而，上述的天线例如有时在被容纳于框体的状态下被搭载于车辆等。该情况下，天线虽然被安装在框体的内部，但是在将天线安装在框体这一点上存在进一步改善的余地。
因此，本发明是鉴于上述情况而完成的，目的是提供一种能够将天线恰当地安装在框体的天线单元。
用于解决问题的技术手段
为了解决上述问题，实现目的，本发明所涉及的天线单元的特征在于，具备：天线，所述天线发送或接收电波，且被构成为包含：导电性的天线图案；及作为所述天线图案的接地而起作用的第一接地图案；以及框体，所述框体具有介电性，并供所述天线设置，所述天线图案被设置在所述框体的壁部的一侧的壁面，所述第一接地图案被形成在所述壁部的另一侧的壁面，且位于与所述天线图案对置的位置。
在上述天线单元中，优选为，所述天线图案设置在所述框体的内侧的所述壁面，并被容纳在所述框体的内部空间部，所述第一接地图案形成在所述框体的外侧的所述壁面。
在上述天线单元中，优选为，所述天线被构成为包含具有介电性的片状的膜，所述天线图案被形成在所述膜的一侧的膜面，并经由该膜设置在所述框体的所述壁面。
在上述天线单元中，优选为，所述天线单元具备微带线，所述微带线被构成为包含导电性的供电图案以及作为所述供电图案的接地而起作用的第二接地图案，并向所述天线传输电力，所述供电图案被形成在所述一侧的膜面，所述第二接地图案被形成在所述膜的另一侧的膜面，并位于与所述供电图案对置的位置。
在上述天线单元中，优选为，所述天线图案形成在所述框体的所述壁面。
发明效果
本发明所涉及的天线单元中，由于天线图案被设置在框体的壁部的一侧的壁面，第一接地图案被形成在壁部的另一侧的壁面，且位于与所述天线图案对置的位置，所以能够将框体的壁部用作天线的介电体，其结果，能够恰当地将天线安装在框体。
附图说明
图1是表示第一实施方式所涉及的天线单元的结构例的立体图。
图2是表示第一实施方式所涉及的天线单元的结构例的分解立体图。
图3是图1的X1-X1剖视图。
图4是表示下侧盒体的厚度和VSWR的关系的图。
图5是表示下侧盒体的厚度和右旋圆偏振波增益的关系的图。
图6是表示在第一实施方式所涉及的天线单元中由空气层导致的增益降低的图。
图7是表示第一实施方式所涉及的天线单元和比较例所涉及的天线单元的增益的比较例的图。
图8是表示第二实施方式所涉及的天线单元的结构例的分解立体图。
图9是图8的X2-X2剖视图。
符号说明
1 天线单元
10 盒体(框体)
12a 内壁面(内侧的壁面)
12b 外壁面(外侧的壁面)
20、20A 微带线
21 供电图案
22 供电接地图案(第二接地图案)
23 天线接地图案(第一接地图案)
30、30A 贴片天线(天线)
31 膜
31a 表面(一侧的膜面)
31b 背面(另一侧的膜面)
32 天线图案
G 接地图案(第一接地图案、第二接地图案)
Q 内部空间部
具体实施方式
参照附图对用于实施本发明的方式(实施方式)进行详细说明。本发明并不被以下的实施方式所记载的内容限定。另外，以下记载的构成要素中，包含本领域技术人员容易想到的要素、实质上相同的要素。而且，以下记载的构成可以适当组合。另外，可以在不脱离本发明的要旨的范围内进行结构的各种省略、置换或变更。
[第一实施方式]
参照附图对第一实施方式所涉及的天线单元1进行说明。图1是表示第一实施方式所涉及的天线单元1的结构例的立体图。图2是表示第一实施方式所涉及的天线单元1的结构例的分解立体图。图3是图1的X1-X1剖视图。
天线单元1是接收电波的部件。例如，如图1～图3所示，天线单元1具备：作为框体的盒体10、微带线20以及作为天线的贴片天线30。
此时，将贴片天线30的后述的天线图案32和膜31层叠的方向称为层叠方向。另外，在层叠方向上，将天线图案32侧称为层叠方向的上侧，将膜31侧称为层叠方向的下侧。也可以说层叠方向的上侧是上侧盒体11侧，层叠方向的下侧是下侧盒体12侧。
盒体10是供贴片天线30和微带线20安装的部件。盒体10安装有一个或多个贴片天线30以及微带线20。盒体10具有介电性，例如由PC-ABS(聚碳酸酯-丙烯腈、丁二烯和苯乙烯混合)树脂形成。盒体10被形成为箱状，且被构成为包含上侧盒体11和下侧盒体12。上侧盒体11被形成为长方体状，且被构成为包含顶板11a和4个侧壁板11b～11e。顶板11a被形成为矩形的平板状，且位于层叠方向的上侧。各侧壁板11b～11e被形成为矩形的平板状，且沿着顶板11a的周向配置。各侧壁板11b～11e从顶板11a的各边沿层叠方向向下侧延伸，并包围顶板11a的周边。上侧盒体11利用顶板11a和各侧壁板11b～11e形成内部空间部Q。上侧盒体11在层叠方向的下侧(顶板11a的相反侧)具有开口部。
下侧盒体12是将上侧盒体11的开口部封闭的部件。下侧盒体12被形成为矩形的平板状，并与上侧盒体11的开口部卡合。下侧盒体12优选为例如设置成介电常数(ε)为3左右，且层叠方向上的厚度落入1mm左右～2mm左右的范围。典型地，下侧盒体12将层叠方向上的厚度设置为1mm左右。
此处，图4是表示下侧盒体12的厚度和VSWR(电压驻波比；Voltage Standing WaveRatio)的关系的图。图5是表示下侧盒体12的厚度和右旋圆偏振波增益的关系的图。在图4和图5中，示出下侧盒体12的厚度以每次0.2mm的厚度从1.1mm增加到2.1mm为止的情况下的模拟结果。例如，如图4所示，对于天线单元1，在5.8GHz的频率处，在下侧盒体12的厚度为1.3mm的情况下VSWR变得最小，在下侧盒体12的厚度为2.1mm的情况下VSWR变得最大。对于天线单元1，在下侧盒体12的厚度为1.5mm～2.1mm的范围内，随着该下侧盒体12的厚度变厚，VSWR存在变大的倾向。天线单元1中，由于下侧盒体12的厚度为2.1mm的情况下VSWR变为2.0，所以将下侧盒体12的厚度的上限值设为2mm左右。
另外，例如如图5所示，对于天线单元1，在5.8GHz频率处，在下侧盒体12的厚度为1.1mm的情况下右旋圆偏振波增益变得最大，在下侧盒体12的厚度为2.1mm的情况下右旋圆偏振波增益变得最小。对于天线单元1，在下侧盒体12的厚度为1.1mm～2.1mm的范围内，随着下侧盒体12的厚度变厚，右旋圆偏振波增益存在变小的倾向。
盒体10在下侧盒体12卡合在上侧盒体11的开口部的状态下，将微带线20和贴片天线30的一部分容纳在内部空间部Q。盒体10例如搭载于车辆等，且将上侧盒体11朝向车辆的顶棚侧而设置。
微带线20是传输电力的部件。微带线20被形成在后述的贴片天线30的膜31。微带线20设置在下侧盒体12的壁部的内壁面12a侧，且位于内部空间部Q。微带线20被构成为包含供电图案21和供电接地图案22。供电图案21被形成在膜31。供电图案21例如通过将银浆料等导体印刷(例如丝网印刷)在膜31而形成。供电图案21被形成在膜31的层叠方向的上侧，即被形成在膜31的表面31a。换言之，供电图案21被形成在膜31的天线图案32侧。供电图案21被形成为线状，一端与天线图案32连接，另一端与接收信号的接收部(图示省略)连接。
供电接地图案22是导电性的图案。如图3所示，供电接地图案22被形成在膜31。供电接地图案22例如通过将银浆料等导体印刷(例如丝网印刷)在膜31而形成。供电接地图案22被形成在膜31的供电图案21的相反侧。也就是说，供电接地图案22被形成在膜31的层叠方向的下侧(膜31的背面31b)。供电接地图案22位于沿着层叠方向与供电图案21对置的位置，用作供电图案21的基准电位即接地。
微带线20将供电接地图案22形成在膜31的背面31b，而不是形成在下侧盒体12的外壁面12b，从而能够将供电图案21的线宽维持为期望的宽度。此处，微带线20的特性阻抗由供电图案21的线宽、供电图案21的厚度、介电体的厚度以及介电常数决定。微带线20在将特性阻抗例如设为50Ω的情况下，由于在介电体变厚时不容易改变供电图案21的厚度，所以需要使供电图案21的线宽变细。对于微带线20，由于将供电图案21的线宽设置得细的情况伴随着制造上的困难，所以通过将供电接地图案22形成在膜31的背面31b，从而将供电接地图案22的线宽维持在期望的宽度。微带线20利用从供电图案21经由介电体(膜31)利用朝向供电接地图案22的电场和围绕供电图案21的周围的磁场来传输电磁波(电力)。微带线20例如将由贴片天线30接收的电波(信号)向接收部传输。
贴片电线30是接收电波的不平衡天线。贴片天线30例如接收ECT(Electric TollCollection System，电子收费系统)的电波等的圆偏振波。贴片天线30被构成为包含膜31、天线图案32以及天线接地图案33。膜31具有介电性，且被形成为片状。对于膜31，例如将介电常数(ε)设置为3左右，将层叠方向的厚度设置为250μm左右。
天线图案32被形成在膜31。天线图案32例如通过将银浆料等导体印刷(例如丝网印刷)在膜31而形成。天线图案32被形成在膜31的层叠方向的上侧，即被形成在膜31的表面31a。换言之，天线图案32被形成在膜31的供电图案21侧。天线图案32根据接收的电波来确定尺寸和形状，例如被形成为大致矩形状。天线图案32经由膜31设置在下侧盒体12的内壁面12a，且位于内部空间部Q。天线图案32与供电图案21的一端连接。
天线接地图案33是具有导电性的图案。如图3所示，天线接地图案33直接形成在下侧盒体12的壁部的外壁面12b。也就是说，天线接地图案33不像供电接地图案22那样形成在膜31的背面31b。天线接地图案33例如通过将铜箔带等导体粘贴在下侧盒体12的外壁面12b从而形成。天线接地图案33被形成为比天线图案32的大小更大，且位于在层叠方向上与天线图案32对置的位置。天线接地图案33电气独立，不与供电接地图案22导通。天线接地图案33用作天线图案32的基准电位即接地。需要说明的是，在膜31的背面31b，供电接地图案22不是被形成在与天线接地图案33对置的位置(参照图3)。
将天线图案32形成在表面31a的膜31被设置在下侧盒体12的内壁面12a，从而贴片天线30被安装在盒体10。贴片天线30例如通过利用双面胶将膜31的背面31b贴附在下侧盒体12的内壁面12a从而固定。此处，对于贴片天线30，需要将膜31的背面31b和下侧盒体12的内壁面12a之间紧密固定。图6是表示第一实施方式所涉及的天线单元1中空气层所导致的增益衰减的图。图6中，纵轴表示增益(dB)，横轴表示频率(GHz)。图6中，对于膜31的背面31b和下侧盒体12的内壁面12a的间隔以0.1mm间隔从0.0mm扩大到0.9mm为止的情况，图示出各增益的变化。随着膜31的背面31b和下侧盒体12的内壁面12a的间隔变大，存在增益衰减的倾向。对于天线单元1，例如在5.8GHz的频率处，膜31的背面31b和下侧盒体12的内壁面12a的间隔为0mm的情况与该间隔为0.1mm的情况相比，增益会提高3dB左右。如此，对于天线单元1，将膜31的背面31b和下侧盒体12的内壁面12a之间紧密固定并消除空气层的事情非常重要。
对于贴片天线30，在膜31的背面31b和下侧盒体12的内壁面12a之间消除了空气层的状态下，从层叠方向的上侧起朝向下侧，天线图案32、膜31、下侧盒体12、天线接地图案33按照该顺序层叠。贴片天线30在天线图案32和天线接地图案33之间存在有膜31和下侧盒体12作为介电体。由此，对于贴片天线30，与仅存在膜31作为介电体的情况相比，能够使介电体的厚度变厚，所以能够抑制天线增益的衰减。
图7是表示第一实施方式所涉及的天线单元1和比较例所涉及的天线单元(图示省略)的增益的比较例的图。在图7中，纵轴表示增益(dBi)，横轴表示频率(GHz)。比较例所涉及的天线单元将天线接地图案33形成在膜31的背面31b。因此，比较例所涉及的天线单元的介电体的厚度比第一实施方式所涉及的天线单元1的介电体的厚度更薄。例如，如图7所示，比较例所涉及的天线单元在5.8GHz的频率处，增益是-3.8dBi左右。与之相对，第一实施方式所涉及的天线单元1在5.8GHz的频率处，增益是-0.8dBi左右。如此，第一实施方式所涉及的天线单元1通过使介电体的厚度仅增厚下侧盒体12的相应量，从而能够将增益提升3dBi左右。
如以上，实施方式所涉及的天线单元1具备贴片天线30和盒体10。贴片天线30接收电波，且被构成为包含导电性的天线图案32以及作为该天线图案32的接地而起作用的天线接地图案33。盒体10具有介电性，且在盒体设置有贴片天线30。天线图案32被设置在盒体10的壁部的内壁面12a。天线接地图案33被形成在盒体10的壁部的外壁面12b，且位于与天线图案32对置的位置。
根据该构成，天线单元1能够利用盒体10的下侧盒体12的壁部的厚度来确保适当的天线增益。天线单元1通过将下侧盒体12的壁部用作贴片天线30的介电体，从而由于不需要使用基板，所以能够抑制部件个数的增加。天线单元1能够利用下侧盒体12的内壁面12a来保持天线图案32的形状。其结果，天线单元1能够将贴片天线30恰当地安装在盒体10。对于天线单元1，能够在盒体10的制造时一并制造贴片天线30，能够抑制制造工序的增加。另外，天线单元1能够抑制制造成本增加。
在上述天线单元1中，天线图案32被设置在盒体10的内壁面12a，并被容纳在盒体10的内部空间部Q。天线接地图案33被形成在盒体10的外壁面12b。根据该结构，天线单元1中，由于天线图案32被容纳在盒体10的内部空间部Q，所以能够保护天线图案32。
在上述天线单元1中，贴片天线30被构成为包含具有介电性的片状的膜31。天线图案32形成在该膜31的表面31a，并经由该膜31而设置在盒体10的内壁面12a。根据该结构，天线单元1中，由于能够通过将膜31固定在盒体10的内壁面12a，从而形成贴片天线30，所以能够在确保贴片天线30的天线增益的基础上提升贴片天线30的设置性。
上述天线单元1具备能够向贴片天线30传输电力的微带线20。微带线20被构成为包含导电性的供电图案21以及作为供电图案21的接地而起作用的供电接地图案22。供电图案21被形成在膜31的表面31a。供电接地图案22被形成在膜31的背面31b，与供电图案21对置的位置。根据该构成，天线单元1能够在确保贴片天线30的天线增益的基础上恰当地形成微带线20。
[第二实施方式]
接着，说明第二实施方式所涉及的天线单元1A。需要说明的是，在第二实施方式中，对与第一实施方式等同的构成要素标记相同的附图标记，并省略其详细的说明。第二实施方式所涉及的天线单元1A与第一实施方式的天线单元1的不同点在于，将天线图案32直接形成在下侧盒体12的内壁面12a而不是形成在膜31。
如图8及图9所示，天线单元1A具备上侧盒体11、下侧盒体12、微带线20A以及贴片天线30A。微带线20A被构成为包含供电图案21和接地图案G。
供电图案21被直接形成在下侧盒体12的内壁面12a。供电图案21例如通过将银浆料等导体印刷(例如丝网印刷)在下侧盒体12的内壁面12a而形成。供电图案21被形成为线状，一端与天线图案32连接，另一端与接收信号的接收部(图示省略)连接。
接地图案G是导电性的图案。接地图案G被直接形成在下侧盒体12的外壁面12b。接地图案G例如通过将铜箔带等导体粘贴在下侧盒体12的外壁面12b从而形成。接地图案G位于沿着层叠方向与供电图案21对置的位置，用作供电图案21的基准电位即接地。
微带线20A由于将接地图案G形成在下侧盒体12的外壁面12b，所以介电体(下侧盒体12)变得比第一实施方式的微带线20的介电体(膜31)更厚，需要将供电图案21的线宽设置得细。该情况下，微带线20A通过调整下侧盒体12的厚度，能够将供电图案21的线宽设置为期望的线宽。
贴片天线30A被构成为包含天线图案32和接地图案G。天线图案32被直接形成在下侧盒体12的内壁面12a。天线图案32例如通过将银浆料等导体印刷(例如丝网印刷)在下侧盒体12的内壁面12a而形成。天线图案32位于内部空间部Q，并与供电图案21的一端连接。
接地图案G被形成为比天线图案32的大小更大，且位于在层叠方向上与天线图案32对置的位置。接地图案G也用作天线图案32的接地。也就是说，接地图案G是天线图案32和供电图案21的共用的接地。
如以上，第二实施方式所涉及的天线单元1A中，天线图案32被形成在下侧盒体12的内壁面12a。根据该构成，天线单元1A能够利用下侧盒体12的壁部的厚度来确保恰当的天线增益。天线单元1A由于通过将下侧盒体12的壁部用作贴片天线30A的介电体，从而不需要使用基板，所以能够抑制部件个数的增加。天线单元1A由于不使用膜31，所以能够进一步抑制部件个数的增加。天线单元1A能够利用下侧盒体12的内壁面12a来保持天线图案32的形状。其结果，天线单元1A能够将贴片天线30A恰当地安装在盒体10。对于天线单元1A，能够在盒体10的制造时一并制造贴片天线30A，能够抑制制造工序的增加。另外，天线单元1A能够抑制制造成增加。
[变形例]
接着，对第一实施方式和第二实施方式的变形例进行说明。对于贴片天线30、30A，对接收ETC的电波的例子进行了说明，但是并不限定于此，也可以应用于接收GPS(GlobalPositioning System，全球定位系统)、卫星广播等的电波的天线。
对于贴片天线30、30A，对接收电波的例子进行了说明，但是也可以设置为发送电波。
对于天线单元1、1A，对利用微带线20、20A来传输电力的例子进行了说明，但是并不限定于此，也可以使用同轴电缆来传输电力。
对于贴片天线30，以利用双面胶将膜31的背面31b贴附在下侧盒体12的内壁面12a的例子进行了说明，但是并不限定于此，也可以利用粘接剂等将膜31的背面31b贴附在下侧盒体12的内壁面12a。
天线接地图案33以及接地图案G以通过将铜箔带等导体粘贴在下侧盒体12的外壁面12b从而形成的例子进行了说明，但是并不限定于此，也可以通过印刷银浆料等导体来形成。
供电图案21、供电接地图案22以及天线图案32以利用丝网印刷来形成的例子进行了说明，但是并不限定于此，例如可以利用凹版印刷或柔版印刷等形成，也可以通过其他方法形成。
贴片天线30、30A以及微带线20、20A也可以在盒体10中设置有多个。
虽然膜31和下侧盒体12将介电常数(ε)设置为3左右，但并不限定于此，介电常数(ε)根据对象的电波的频率而适当设定。
虽然将膜31的层叠方向上的厚度设定为250μm左右，但是并不限定于此，可以适当设定。

Claims (2)

1.一种天线单元，其特征在于，具备：
天线，所述天线发送或接收电波，且被构成为包含：导电性的天线图案；作为所述天线图案的接地而起作用的第一接地图案；及具有介电性的片状的膜；
框体，所述框体具有介电性，并供所述天线设置；以及
微带线，所述微带线被构成为包含导电性的供电图案以及仅作为所述供电图案的接地而起作用的第二接地图案，并向所述天线传输电力，
所述天线图案被形成在所述膜的一侧的膜面，并经由该膜设置在所述框体的壁部的一侧的壁面，
所述第一接地图案被形成在所述壁部的另一侧的壁面，且位于与所述天线图案对置的位置，
所述供电图案被形成在所述一侧的膜面，
所述第二接地图案被形成在所述膜的另一侧的膜面，并位于与所述供电图案对置的位置。
2.如权利要求1所述的天线单元，其中，
所述天线图案设置在所述框体的内侧的所述壁面，并被容纳在所述框体的内部空间部，
所述第一接地图案形成在所述框体的外侧的所述壁面。
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