CN111656613A - 天线装置、车辆用窗玻璃及窗玻璃结构 - Google Patents

天线装置、车辆用窗玻璃及窗玻璃结构 Download PDF

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CN111656613A CN201980010727.9A CN201980010727A CN111656613A CN 111656613 A CN111656613 A CN 111656613A CN 201980010727 A CN201980010727 A CN 201980010727A CN 111656613 A CN111656613 A CN 111656613A
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Abstract

本发明为一种天线装置，其具备第一导体板、第二导体板和第三导体板，第一导体板具有第一端部和与上述第一端部相反的一侧的第二端部，在上述第一端部和上述第二端部之间设置供电部；第二导体板具有与上述供电部连接的第三端部、位于远离上述第一导体板的部位的第四端部、和与上述第一导体板平行的方向上的宽度随着从上述第三端部朝向上述第四端部而扩大的板面；第三导体板具有与上述第四端部电容耦合的第五端部、相对于上述供电部在上述第一端部侧与上述第一导体板连接的第六端部、和与上述板面相对的相对部分。

Description

天线装置、车辆用窗玻璃及窗玻璃结构
技术领域
本发明涉及天线装置、车辆用窗玻璃及窗玻璃结构。
背景技术
近年来，出现了从4G LTE向5G(sub6)的转变等、高速和大容量的通信基础设施扩大的变化，除使用以往的700MHz～3GHz频带之外，还使用最大到6GHz频带，其使用频带有扩大的倾向。另一方面，在4G LTE的全球使用的频带中，主要需要698～960MHz、1790～2690MHz。因此，作为与4G和5G均对应的天线，要求在从700MHz到6GHz的宽频带中能够接收信号的天线。
例如，作为在宽频带上能够接受信号的UWB(Ultra Wide Band)天线，已知具有竖立设置在接地板上的扇形放射元件的天线(例如，参照专利文献1)。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本专利特开2007-235395号公报
发明内容
发明所要解决的技术问题
但是，具有竖立设置在接地板上的扇形放射元件的UWB天线能够接受信号的频率几乎完全取决于其放射元件的外缘部分的长度。因此，在现有技术中，难以进一步实现能够接受信号的频率的宽频带化。
在此，本公开提供一种容易实现能接受信号的频率的宽频带化的天线装置、以及具备至少一个该天线装置的车辆用窗玻璃和窗玻璃结构。
解决技术问题所采用的技术方案
本公开提供一种天线装置、以及具备至少一个该天线装置的车辆用窗玻璃和窗玻璃结构，上述天线装置具备第一导体板、第二导体板和第三导体板，上述第一导体板具有第一端部和与上述第一端部相反的一侧的第二端部，在上述第一端部和上述第二端部之间设置第一供电部；
上述第二导体板具有与上述第一供电部连接的第三端部、位于远离上述第一导体板的部位的第四端部、和与上述第一导体板平行的方向上的宽度随着从上述第三端部朝向上述第四端部而扩大的板面；
上述第三导体板具有与上述第四端部电容耦合的第五端部、相对于上述第一供电部在上述第一端部侧与上述第一导体板连接的第六端部、和与上述板面相对的相对部分。
发明的效果
根据本公开，能够提供一种容易实现能接受信号的频率的宽频带化的天线装置、以及具备至少一个该天线装置的车辆用窗玻璃和窗玻璃结构。
附图说明
图1是显示本实施方式的天线装置的构成的一例的立体图。
图2是显示与供电部连接的供电电线的第一例的图。
图3是显示与供电部连接的供电电线的第二例的图。
图4是显示匹配电路的构成的一例的图。
图5是显示分波器的构成的一例的图。
图6是示意地显示带天线装置的车辆用窗玻璃的构成的一例的剖视图。
图7显示天线装置的低频带中的垂直面上的放射图案的一例。
图8显示天线装置的低频带中的水平面上的放射图案的一例。
图9显示天线装置的高频带中的垂直面上的放射图案的一例。
图10显示天线装置的高频带中的水平面上的放射图案的一例。
图11显示天线装置的VSWR(驻波比)的频率特性的一例。
图12显示在水平面上的平均增益的频率特性(699～7100MHz)的一例。
图13是显示本实施方式的天线装置的构成的第一变形例的立体图。
图14是显示本实施方式的天线装置的构成的第二变形例的立体图。
图15是显示本实施方式的天线装置的构成的第三变形例的立体图。
图16是显示本实施方式的天线装置的构成的第四变形例的立体图。
图17显示第一变形例的天线装置的VSWR(驻波比)的频率特性的一例。
图18显示第一变形例的天线装置的在水平面上的放射图案的一例。
图19是显示第一变形例的天线装置的相关系数的一例的图。
具体实施方式
以下，参照附图说明用于实施本发明的实施方式。另外，在各实施方式中，平行、直角、正交、水平、垂直、上下、左右等方向可具有不损害本发明的效果程度的偏差。此外，X轴方向、Y轴方向、Z轴方向分别表示与X轴平行的方向、与Y轴平行的方向、与Z轴平行的方向。X轴方向、Y轴方向和Z轴方向相互正交。另外，天线装置和天线的含义相同。
图1是显示本实施方式的天线装置的构成的一例的图。图1所示的天线装置101具备导体板10、导体板20和导体板30。
导体板10是第一导体板的一例。在导体板10上设有以导体板10作为接地基准的供电部3。供电部3是第一供电部的一例，表示天线装置101的供电点。本实施方式中，导体板10具有端部13、和与端部13相反一侧的端部14。端部13和端部14位于在X轴方向上相互远离的位置。供电部3设置在端部13和端部14之间。导体板10具有从供电部3朝着朝向13延伸的第一板面部12、和从供电部3朝向端部14延伸的第二板面部11。
导体板20是第二导体板的一例。导体板20具有与供电部3连接的端部23、和位于远离导体板10的部位的端部24。端部24位于与端部23相反的一侧，更具体而言，位于相对于端部23、与存在导体板10的一侧相反的一侧。端部23和端部24位于在Z轴方向上相互远离的位置。
此外，导体板20具有板面21，该板面21的与导体板10平行的方向(图1中为Y轴方向)上的宽度随着从端部23朝向端部24而扩大。这里，与导体板10平行的方向可以是X轴方向，但优选相对于Y轴方向以小于±90°的范围倾斜的方向。特别是，与导体板10平行的方向优选相对于Y轴方向在±45°的范围内，更优选±20°的范围，进一步优选±5°的范围，最优选与Y轴方向一致。此外，“导体板20随着从端部23朝向端部24而扩大”是指，只要存在随着从端部23朝向端部24而扩大的部分即可，也可以随着从端部23朝向端部24存在例如宽度相同的状态持续的部分、或宽度变窄的部分。另外，导体板20优选随着从端部23朝向端部24不存在宽度变窄的部分。此外，导体板20可以是没有弯曲的平坦形状，但也可以是图中所示的存在弯曲部分的三维形状。本实施方式中的导体板20具有包含端部23的板面21、和包含端部24的板面22。板面22是相对于板面21在弯曲部25弯曲的部分。通过设置弯曲的板面21，与没有弯曲的形态相比，能够实现天线装置101的低高度化。这里所说的低高度化相当于缩短Z轴方向的相对于导体板10的距离(高度)。
导体板30是第三导体板的一例。导体板30具有与导体板20的端部24电容耦合的端部33、和相对于供电部3在端部13一侧与导体板10连接的端部34。端部34位于与端部33相反一侧的位置。端部33和端部34位于在Z轴方向和X轴方向上相互远离的位置。在本实施方式中，端部33通过具有能够电容耦合的间隔的间隙2与端部24电容耦合。形成电容耦合的间隙2的方向并不限定于图示的X轴方向，也可以是Z轴方向或Y轴方向，例如，可以是板面22相对于X轴方向具有
Figure BDA0002607600940000041
的角度的方向。此外，端部24和端部33之间的电容耦合也可以通过梳形结构或介电负载等其他形式来实现。
此外，在本实施方式中，导体板30具有与导体板20的板面21在X轴方向上相对的相对部分31、和与导体板10的第一板面部12在Z轴方向上相对的相对部分32。相对部分32是相对于相对部分31在弯曲部35弯曲的部分。相对部分32包含端部33，相对部分31包含端部34。
由此，在本实施方式的天线装置101中，导体板20在端部23连接至以导体板10作为接地基准的供电部3，板面21的宽度形成为随着从导体板10远离而扩大。因此，通过以导体板20具有在所需的频率范围内工作的电长度的方式来设定板面21的外缘部分(例如从端部23扩张的曲线部分)的长度，能够使导体板20起到UWB天线的放射元件的作用。
另一方面，导体板20在端部23连接至以导体板10作为接地基准的供电部3，导体板20的端部24与导体板30的端部33之间进行电容耦合。因此，导体板20还起到通过电容耦合向导体板30供电的供电元件的作用。此外，导体板30在端部34连接至导体板10。因此，通过导体板20与导体板30电容耦合，将导体板30和导体板10结合后的导体板10,30通过电容耦合作为由导体板20供电的一个放射元件(在本实施方式中是J字状的一个放射元件)而激励。因此，通过以导体板10,30具有在所需的频率范围内工作的电长度的方式来设定导体板30及导体板10的各导体长度，可使导体板10,30起到在与导体板20不同的共振频率下工作的放射元件的作用。
由此，如图1所示的天线装置101具备第一天线，其中导体板20不仅在作为放射元件进行工作的第一工作模式下工作，而且也在导体板20作为供电元件工作、导体板10,30作为放射元件进行工作的第二工作模式下工作。即，可以在与导体板20的共振频率不同的共振频率下使导体板10,30共振，因此容易实现天线装置101的能够接受信号的频率的宽频带化。天线装置101在第一工作模式中以在导体板20中流通的电流ib及在导体板30中流通的电流ic下进行共振，在第二工作模式中以在导体板10,30中流通的电流ia下进行共振。
例如，导体板20具有在第一工作频率f1下共振的第一电长度Le1，导体板10,30具有在比第一工作频率f1低的第二工作频率f2下共振的第二电长度Le2。藉此，能够使导体板10,30在比导体板20的最低共振频率低的共振频率下共振。
例如，若将第一电长度Le1设定为第一工作频率f1的四分之一波长，则可以将导体板20小型化、并且在第一工作频率f1下使导体板20共振。此外，例如，若将第二电长度Le2设定为第二工作频率f2的四分之一波长，则可以将导体板10,30小型化、并且在第二工作频率f2下使导体板10,30共振。
第一电长度Le1相当于考虑从端部23到端部24为止的沿导体板20的最短导体长、以及与导体板20接触或相邻的基材的介电常数及厚度等而得的长度。第二电长度Le2相当于考虑从端部33经由端部34到端部14为止的沿导体板10,30的最短导体长、以及与导体板10,30接触或相邻的基材的介电常数及厚度等而得的长度。
此外，导体板30的相对部分31和导体板20的板面21优选相距第一工作频率f1的四分之一波长的电长度。藉此，天线装置101形成为电流ib流通的板面21和相位与电流ib反向的电流ic流通的相对部分31相距四分之一波长并接地至导体板10的构成。藉此，像阵列天线或八木天线一样，天线装置101的指向性可以指向X轴方向上的端部14侧。导体板30的相对部分31如果与导体板20的板面21平行，则天线装置101的指向性可以指向X轴方向上的端部14侧，在这点上是更优选的。
此外，导体板30具有与导体板10的第一板面部12相对的相对部分32。通过设置相对部分32，容易调整天线装置101的指向性。相对部分32如果与导体板10的第一板面部12平行，则容易调整指向性，在这点上是更优选的。此外，通过使导体板30弯曲，与没有弯曲的形态相比，能够实现天线装置101的低高度化。
如果导体板20的板面21的形状相对于在Z轴方向上通过供电部3的假想线是线对称的，则可以使天线装置101的指向性相对于Z轴方向接近对称，在这一点上是优选的。此外，导体板20具有例如半圆形状的板面21。但是，板面21的形状不限定于半圆形状，也可以是倒三角形或半椭圆等其他形状。此外，也可以在导体板20中形成切槽。
导体板20如图所示，可以以端部24接近端部33的方式弯曲，藉此能够实现天线装置101的低高度化。从端部23到端部24的导体长如果在100mm以下，则在实现天线装置101的低高度化的方面是优选的，更优选在70mm以下。
位于板面21的底部的端部23与供电部3连接。端部23可以以直接接触的方式与供电部3连接，也可以以通过电容耦合等的方式与供电部3连接。
供电部3如果在与板面21平行的方向(图1中，相当于Y轴方向的板面21的宽度方向)上位于导体板10的中央部，则天线装置101的指向性为相对于板面21的法线方向(图1中，X轴方向)接近对称，在这一点上是优选的。这里说的中央部是指以导体板10的宽度为基准，自该宽度的中心±10％的范围。此外，中央部优选为该宽度±5％的范围，更优选该宽度的中心。
同轴电缆的一端通过焊锡等直接连接至供电部3、或者通过连接器等间接地连接至供电部3。在该同轴电缆的另一端连接例如具备发送信号功能和接收信号功能中的至少一方的设备。
图2是显示与供电部连接的供电电线的第一例的图。与供电部3连接的供电电线6包括将导体板10用作接地的输电线路5、和与输电线路5的端部连接的同轴电缆4。供电电线6是第一供电电线的一例。同轴电缆4的芯线4a连接至输电线路5的带状导体5a，并通过带状导体5a连接至供电部3。同轴电缆4的外部导体4b连接至起接地作用的导体板10。
作为输电线路5的具体例，可例举微带状线、带状线、具有接地平面的共面波导(接地平面配置在与可形成信号线的导体面相反的一侧的表面的共面波导)、共面带状线等。
图3是显示与供电部连接的供电电线的第二例的图。与供电部3连接的供电电线6包括与供电部3连接的同轴电缆4。同轴电缆4的芯线4a连接至供电部3。同轴电缆4的外部导体4b连接至起接地作用的导体板10。
在图1中，导体板30的相对部分31可具有开口部36。通过具有开口部36，可削减相对部分31的材料，抑制天线装置101的重量。在本实施方式中，通过在相对部分31设置开口部36，从而相对部分31具有包围开口部36的壁部31a,31b,31c。壁部31a,31b位于开口部36的两侧，壁部31a在端部34a连接至导体板10的端部13，壁部31b在端部34b连接至导体板10的端部13。此外，壁部31c与曲折部35连接，并且与壁部31a和壁部31b连接。
此外，连接至供电部3的供电电线可以在开口部36中通过。图2、3分别示出了供电电线6贯穿开口部36的例子。即使在相对部分31中没有设置开口部36的情况下，高频电流也不容易在相对部分31的中央部流通，而容易沿着相对部分31的外缘流通。因此，即使在相对部分31的中央部设有开口部36，沿着相对部分31的外缘的高频电流的流动也不容易被开口部36遮挡。因此，天线装置101的阻抗特性和放射特性不容易受到由开口部36的设置造成的影响。此外，如果使供电电线6在设置在相对部分31的中央部的开口部36中通过，则可抑制沿着相对部分31的外缘流通的高频电流和供电电线6附近的高频电流的耦合程度。因此，天线装置101的阻抗特性和放射特性不容易受到由通过开口部36的供电电线6附近的高频电流造成的影响。例如，如果供电电线6的同轴电缆不是在X轴方向上贯穿开口部36、而是横穿导体板10的位于Y轴方向上的侧缘，则沿着该侧缘流动的高频电流容易与同轴电缆周边的高频电流强烈耦合。该耦合可能会干扰阻抗特性和放射特性。
供电部3可以通过匹配电路(matching circuit)连接至同轴电缆4。藉此，可以进一步扩展天线装置101能够匹配的频带域。图4是显示匹配电路的构成的一例的图。匹配电路40连接在供电部3和端口7之间。端口7与同轴电缆的一端连接。匹配电路40具有电容器41～45和电感器46～49。匹配电路40内的各元件的常数只要根据需要匹配的所需频带进行适当设定即可。
供电部3可以通过分波器连接至同轴电缆4。如果设置分波器，则可以在使用频带不同的多个通信装置中共用一个天线装置101。图5是显示分波器的构成的一例的图。分波器50连接在供电部3和端口8,9之间。端口8是用于提取天线装置101接收的低频率侧的电波的端子，端口9是用于提取天线装置101接收的高频率侧的电波的端子。端口8连接至低频率侧的电波用的同轴电缆的一端，并通过该同轴电缆连接至例如LTE用的通信装置。端口9连接至高频率侧的电波用的同轴电缆的一端，并通过该同轴电缆连接至例如车车间通信或路车间通信用的通信装置。分波器50具有移相器57、电容器51～53和电感器54～56。移相器57连接在供电部3和电感器55之间。分波器50内的各元件的常数只要根据需要匹配的所需频带进行适当设定即可。
此外，在图1中，本实施方式的天线装置101可以构成为第二天线60设置在导体板10的第二板面部11上。通过使与第二天线60的供电部连接的供电电线61贯穿开口部36，可以抑制供电电线61附近的高频电流对天线装置101的阻抗特性和放射特性造成的影响。也可以设置与导体板20的供电部3和第二天线60的供电部连接的分波器。作为第二天线60的具体例，可例举GPS等卫星定位系统用的天线等。
图6是示意地显示带有天线装置的车辆用窗玻璃的构成的一例的剖视图，且显示与车宽方向垂直的平面上的截面。图6中，Y轴方向表示车辆80的车宽方向。图6显示玻璃板70是前窗玻璃的情况。玻璃板70以相对于水平面90呈θ角度安装在车辆80的窗框上。角度θ是大于0°且在90°以下的角度(例如30°)。通过在玻璃板70的Y轴方向上调整长度，即使各车种的角度θ不同，也可根据各车种来调整天线装置101的指向性。
车辆用窗玻璃100具备车辆80的窗用玻璃板70、和可安装在玻璃板70上的天线装置101。天线装置101通过未图示的安装构件安装在玻璃板70上。
此时，通过使导体板20和导体板30的至少一方以距离D1接近玻璃板70，可获得由作为电介质的玻璃板70产生的缩短效果，能够实现天线装置101的小型化。此外，通过使导体板10以距离D2接近玻璃板70，可获得由作为电介质的玻璃板70产生的缩短效果，可实现天线装置101的小型化。
另外，距离D1表示导体板20或导体板30与玻璃板70的车内侧表面之间的最短距离(第一距离的一例)。距离D2表示导体板10与玻璃板70的车内侧表面之间的最短距离(第二距离的一例)。通过使距离D1和距离D2不同，可形成具有带Z轴方向成分的元件的三维天线装置101。
不带有Z轴方向成分的平面的天线装置的指向性容易在玻璃板70的法线方向上增强。相对于此，本实施方式的天线装置101因为具有带Z轴方向成分的元件，所以天线装置101的指向性增强的方向相对于玻璃板70的法线方向朝接近水平面90的方向倾斜。因此，根据本实施方式的天线装置101，与水平面90平行的方向(水平方向)的指向性提高，因此能够进一步增大水平方向的天线增益(工作增益)。
此外，本实施方式的天线装置101具备弯曲形状的元件。若以相同的天线长度比较，弯曲部位多的元件比不弯曲的天线更容易实现低高度化。通过使元件在两处以上的部位弯曲，能够在确保规定的天线长度的同时容易使高度(D2-D1)变低。因此，可以防止玻璃板70的自车内侧的表面的较大突出，对于乘客而言不容易成为障碍。
在本实施方式的天线装置101中，导体板30的相对部分32和导体板10的第二板面部11通过形成有具有Z轴方向成分的板面21的导体板20，通过较强的电容耦合而连接。通过这样的连接，因为相对部分32和第二板面部11不相对或相对的导体部分较小(窄)，所以相对部分32和第二板面部11的电容耦合不容易变强。因此，根据本实施方式的天线装置101，可获得良好的阻抗匹配。
此外，在提高水平方向的指向性的方面，如图6所示，距离D1优选比距离D2短。另外，距离D1也可以是零。在距离D1是零的情况下，导体板20和导体板30的至少一方与玻璃板70的车内侧表面接触。
在图6所示的实施方式中，天线装置101以相对部分32和导体板10与玻璃板70的车内侧的表面平行的方式、相对于玻璃板70配置在车内侧上方。此外，角度α表示相对部分32和板面21形成的角度，角度β表示板面21和导体板10形成的角度。角度α是大于0°且小于180°的角度(例如90°)，角度β也是大于0°且小于180°的角度(例如90°)。角度α和角度β优选为直角，但也可以是直角以外的角度(例如45°)。
相对部分32和导体板10并不限定于相对于玻璃板70的车内侧的表面平行地配置的情况，也可以非平行地配置。此外，角度α和角度β可以是相同的角度，也可以是不同的角度。
本实施方式的天线装置适合于接收和发送UHF(Ultra High Frequency：超高频)带和SHF(Super High Frequency：特高频)的电波。例如，天线装置适合于接收和发送LTE(Long Term Evolution：长期演进)所使用的多个频带域中的3个带域(0.698GHz～0.96GHz、1.71GHz～2.17GHz、2.4GHz～2.69GHz)的电波。此外，适合于接收和发送5G(sub6)频带的电波。
此外，本实施方式的天线装置还适合于接收和发送ISM(Industry ScienceMedical：工业科学医学)带的电波。ISM带包括0.863GHz～0.870GHz(欧洲)、0.902GHz～0.928GHz(美国)、2.4GHz～2.5GHz(世界通用)。作为使用ISM带之一的2.4GHz带的通信标准，有基于IEEE802.11b的DSSS(Direct Sequence Spread Spectrum：直接序列扩频)方式的无线LAN(Local Area Network：局域网)、Bluetooth(注册商标)、部分的FWA(FixedWireless Access：固定无线接入)系统等。
图7～10是表示如图6所示安装在前窗玻璃上的天线装置101相对于垂直极化波的电波的指向性的模拟结果的一例的图。假定前窗玻璃相对于水平面倾斜30°的情况。
图7表示在与水平面垂直的垂直面内，天线装置101在低频带的3个频率f(0.698GHz,0.829GHz,0.960GHz)下测定的天线增益。图8表示在水平面内，天线装置101在高频带的3个频率f(0.698GHz,0.829GHz,0.960GHz)下测定的天线增益。图9表示在与水平面垂直的垂直面内，天线装置101在高频带的3个频率f(1.71GHz,2.40GHz,2.69Hz)下测定的天线增益。图10表示在水平面内，天线装置101在高频带的3个频率f(1.71GHz,2.40GHz,2.69GHz)下测定的天线增益。
对于图7、9所示的同心圆，右侧、左侧、上侧、下侧分别表示从车宽方向观看位于同心圆的中心的天线装置时的车辆前方、车辆后方、车辆上方、车辆下方。对于图8、10所示的同心圆，右侧、左侧、上侧、下侧分别表示从顶部观看位于同心圆的中心的天线装置时的车辆前方、车辆后方、车辆左方、车辆右方。
图7～10中，天线增益的单位是dBi。如图7～10所示，在低频带域和高频带域都能够使车辆前方带有指向性。
另外，在测定图7～10所示的天线增益时，图1所示的天线装置101的各部分的尺寸在单位为mm时，分别为：
L2：4、
L11：95、
L12：40、
L21：19、
L22：5、
L31：20、
L32：30、
L33：40。
图11显示天线装置101的驻波比(VSWR)的频率特性的一例。作为天线的特性，VSWR优选尽可能接近1。即使在供电部3不与匹配电路40连接的情况下，也可实现足够的宽频带化，但是通过将供电部3与匹配电路40连接，可进一步减小从698MHz到960MHz的VSWR，并能进一步实现宽频带化。
另外，在测定图11所示的VSWR时，图1所示的天线装置101的各部分的尺寸与测定图7～10所示的天线增益时相同。
图12显示分别对于水平极化波和垂直极化波，天线装置101的水平面上的平均增益的频率特性(699～7100MHz)的一例。图12中，纵轴表示对于接收水平极化波(或垂直极化波)的电波，将与水平面平行的0°～360°的各水平方向的天线增益(工作增益)平均而得的值。如图12所示，天线装置101的水平方向的天线增益在发送和接收垂直极化波的电波方面，与发送和接收水平极化波的电波相比，是足够高的值。此外，天线装置101的水平方向的天线增益在从LTE用的频带(0.698GHz～0.96GHz)到5G(sub)的频带(6GHz)为止的带域中，在发送和接收垂直极化波的电波方面是足够高的值。
图13是显示本实施方式的天线的构成的第一变形例的立体图。图13所示的天线装置101A是天线装置101的构成的第一变形例。天线装置101A具备第二天线60A和第二供电部62。第二天线60A是上述的第二天线60的一例。对于第一变形例的天线装置101A的构成和效果，在与天线装置101相同的方面援用上述的说明，从而省略其说明。
第二天线60A相对于板面21设置在端部14侧。供电部62设置在导体板10上，是向第二天线60A供电的供电点。供电部62位于端部14和供电部3之间。天线装置101A通过具备这样的构成，从而在导体板20作为放射元件工作的第一工作模式、导体板10,30作为放射元件工作的第二工作模式、以及第二天线60A作为放射元件工作的第三工作模式下工作。即，用一个天线装置101A可实现3种工作模式。此外，第二天线60A因为相对于板面21设置在端部14侧，所以可有效地利用导体板10的第二板面部11上的空间。因此，容易实现以多种工作模式工作的天线装置101A的紧凑化。
此外，天线装置101A因为具备向不同的两个供电部3,62分别供电的多个放射元件，所以可以作为MIMO(Multiple Input and Multiple Output：多输入多输出)天线或分集式天线使用。
此外，能够将由供电部3供电的放射元件(导体板10,20,30)和由供电部62供电的放射元件(第二天线60A)形成为能发送和接收相互重复的频带的电波。
接着，对天线装置101A的构成进行更详细的说明。
第二天线60A是例如形成为能够发送和接收所需频带的电波的导体板。第二天线60A可形成为例如能够发送和接收包括LTE用和5G用的带域的频带(1.71～6GHz)的电波，但是也可以形成为能够发送和接收除此以外的频带的电波。
第二天线60A具有与供电部62连接的端部63、和位于远离导体板10的部位的端部64。端部64位于与端部63相反的一侧，更具体而言，位于相对于端部63、与存在导体板10的一侧相反的一侧。端部63和端部64位于在Z轴方向上相互远离的位置。从确保宽频带内的增益和确保指向性的水平面对称性的角度考虑，供电部62较好以导体板10的宽度为基准，设置在自该宽度的中心±10％的范围内，优选设置在该宽度的中心±5％的范围内，更优选设置在该宽度的中心。
此外，图13的第二天线60A具有板面66，该板面66的与导体板10平行的方向(图13的情况下，X轴方向)上的宽度随着从端部63朝向端部64而扩大。第二天线60A在以供电部62作为导体板10上的固定位置时，板面66可以朝向任一方向。这里，与导体板10平行的方向并不限定于图13所示的X轴方向，可以是相对于X轴方向在小于±90°的范围内倾斜的方向，例如可以是Y轴方向。此外，“板面66随着从端部63朝向端部64而扩大”是指，只要存在随着从端部63朝向端部64而扩大的部分即可，也可以随着从端部63朝向端部64存在例如宽度相同的状态持续的部分、或宽度变窄的部分。另外，板面66优选随着从端部63朝向端部64不存在宽度变窄的部分。此外，第二天线60A可以是没有弯曲的平坦形状，但也可以是如导体板20所示的存在弯曲部分的三维形状。通过在第二天线60A中设置弯曲的板面66，与没有弯曲的形态相比，能够实现天线装置101A的低高度化。这里所说的低高度化相当于缩短Z轴方向的相对于导体板10的距离(高度)。
由此，在本实施方式的天线装置101A中，第二天线60A在端部63与供电部62连接，板面66的宽度形成为随着从导体板10远离而扩大。因此，通过以第二天线60A具有在所需的频率范围内工作的电长度的方式来设定板面66的外缘部分(例如从端部63扩张的曲线部分)的长度，能够使第二天线60A起到UWB天线的放射元件的作用。
如果第二天线60A的板面66的形状相对于在Z轴方向上通过供电部62的假想线是线对称的，则可以使第二天线60A的指向性相对于Z轴方向接近对称，在这一点上是优选的。但是，板面66的形状也可以不是线对称的。此外，第二天线60A可以具有例如大致半圆状的板面66，也可以具有倒三角形或半椭圆等其他形状。此外，也可以在板面66中形成切槽。
第二天线60A可以如导体板20那样，以端部64接近端部63的方式弯曲，藉此能够实现天线装置101A的低高度化。从端部63到端部64的导体长如果在100mm以下，则在实现天线装置101A的低高度化的方面是优选的，更优选在70mm以下。
位于板面66的底部的端部63与供电部62连接。端部63可以以直接接触的方式与供电部62连接，也可以以通过电容耦合等的方式与供电部62连接。
供电部62例如以导体板10作为接地基准。供电部62可位于通过供电部3且与X轴方向平行的假想直线上，也可以自该假想直线向Y轴方向偏离。
接着，对供电部62的X轴方向的位置进行说明。这里，将从端部14到供电部3为止的最短距离记为A、将从端部14到供电部62为止的最短距离记为B。此时，B/A为0.15以上且0.40以下，但在降低由供电部3供电的放射元件(导体板10,20,30)和由供电部62供电的放射元件(第二天线60A)之间的相关系数的方面是优选的。通过降低相关系数，可以减少放射元件间的干扰。在降低放射元件间的相关系数的方面，B/A优选为0.20以上且0.40以下，更优选0.22以上且0.38以下，进一步优选0.24以上且0.36以下。如果B/A超过0.40，则第二天线60A过于接近导体板20，所以导体板10和第二天线60A之间的干扰有可能增大。如果B/A小于0.15，则第二天线60A过于接近端部14，所以有可能妨碍电流沿端部14的流动，由供电部3供电的放射元件的天线增益降低。
同轴电缆的一端通过焊锡等直接连接至供电部62、或者通过连接器等间接地连接至供电部3。在该同轴电缆的另一端连接例如具备发送信号功能和接收信号功能中的至少一方的设备。连接至供电部62的第二供电电线61(参照图1)可以是与连接至供电部3的供电电线6(参照图2,3)相同的形态，也可以是不同的形态。
在图13中，在提高天线装置101A的天线增益的方面，与连接至供电部62的第二供电电线61(参照图1)在供电部62和端部14之间的区域通过的形态相比，优选在供电部3和端部13之间的区域通过的形态。如果第二供电电线61在供电部62和端部14之间的区域通过，则由于第二供电电线61的存在而会妨碍电流沿端部14的流动，天线装置101A的天线增益可能会降低。即，优选第二供电电线61不在供电部62和端部14之间的区域通过。
第二供电电线61(参照图1)例如从端部13侧朝向供电部3延伸，通过供电部3的Y轴方向上的一方的侧面，与供电部62连接。第二供电电线61可具有沿着连接至供电部3的供电电线6而延伸的部分，也可以不具有。
第二供电电线61(参照图1)可以在开口部36中通过。如果使第二供电电线61在设置在相对部分31的中央部的开口部36中通过，则可抑制沿着相对部分31的外缘流通的高频电流和第二供电电线61附近的高频电流的耦合程度。因此，天线装置101A的阻抗特性和放射特性不容易受到由通过开口部36的第二供电电线61附近的高频电流造成的影响。例如，如果第二供电电线61的同轴电缆不是在X轴方向上贯穿开口部36、而是横穿导体板10的位于Y轴方向上的侧缘，则沿着该侧缘流动的高频电流容易与同轴电缆周边的高频电流强烈耦合。该耦合可能会干扰阻抗特性和放射特性。
供电部62可以通过匹配电路连接至同轴电缆。藉此，能够进一步扩展包括第二天线60A的天线装置101A能够匹配的频带域。连接至供电部62的匹配电路可以是与连接至供电部3的匹配电路40(参照图4)相同的形态，也可以是不同的形态。
供电部62可以通过分波器连接至同轴电缆。如果设置分波器，则可以在使用频带不同的多个通信装置中共用一个天线装置101A。连接至供电部62的分波器可以是与连接至供电部3的分波器50(参照图5)相同的形态，也可以是不同的形态。
图14是显示本实施方式的天线装置的构成的第二变形例的立体图。图14所示的天线装置101B是天线装置101的构成的第二变形例。天线装置101B具备第二天线60B和第二供电部62A,62B。第二天线60B是上述的第二天线60的一例。对于第二变形例的天线装置101B的构成和效果，在与天线装置101,101A相同的方面援用上述的说明，从而省略其说明。
第二天线60B可以由相对于板面21设置在端部14侧的多个天线元件构成。图14的情况下，第二天线60B由第一天线元件60Ba和第二天线元件60Bb构成。供电部62A设置在导体板10上、并向第一天线元件60Ba供电，供电部62B设置在导体板10上、并向第二天线元件60Bb。供电部62A,62B均位于端部14和供电部3之间的位置。天线装置101B通过具备这样的构成，从而在导体板20作为放射元件工作的第一工作模式、导体板10,30作为放射元件工作的第二工作模式、第一天线元件60Ba作为放射元件工作的第三工作模式、以及第二天线元件60Bb作为放射元件工作的第四工作模式下工作。即，用一个天线装置101B可实现4种工作模式。
第一天线60Ba具有与供电部62A连接的端部63A、和位于远离导体板10的部位的端部64A。第二天线60Bb具有与供电部62B连接的端部63B、和位于远离导体板10的部位的端部64B。
第一天线元件60Ba具有板面66A，该板面66A的与导体板10平行的方向(图14的情况下，X轴方向)上的宽度随着从端部63A朝向端部64A而扩大。第二天线元件60Bb具有板面66B，该板面66B的与导体板10平行的方向(图14的情况下，X轴方向)上的宽度随着从端部63B朝向端部64B而扩大。
第一天线元件60Ba具有大致四分之一圆状的板面66A，第二天线元件60Bb具有大致四分之一圆状的板面66B。但是，板面66A,66B的形状不限定于大致四分之一圆形状，也可以是半圆、倒三角形或半椭圆等其他形状。此外，也可以在板面66A,66B中形成切槽。通过将板面66A,66B形成为面积比半圆狭小的大致四分之一圆等形状，即使在板面66A和板面66B之间进一步安装卫星定位系统用等的天线，也能降低天线间的干扰。
接着，对供电部62A,62B的X轴方向的位置进行说明。这里，将从端部14到供电部3为止的最短距离记为A、将从端部14到供电部62A为止的最短距离记为B。此时，B/A为0.15以上且0.40以下，但在降低由供电部3供电的放射元件(导体板10,20,30)和由供电部62A供电的放射元件(第一天线60Ba)之间的相关系数的方面是优选的。对于从端部14到供电部62B为止的最短距离B也同样。另外，从端部14到供电部62A为止的最短距离与从端部14到供电部62B为止的最短距离可以相同，也可以不同。
图15是显示本实施方式的天线装置的构成的第三变形例的立体图。图15所示的天线装置101C是天线装置101的构成的第三变形例。天线装置101C具备第二天线60C和供电部62。第二天线60C是上述的第二天线60的一例。对于第三变形例的天线装置101C的构成和效果，在与天线装置101,101A,101B相同的方面援用上述的说明，从而省略其说明。
在第二天线60C中，通过共同的供电部62对第一天线元件60Ba和第二天线元件60Bb供电。例如，供电部62通过导体65连接至第一天线元件60Ba的端部63A，通过导体65连接至第二天线元件60Bb的端部63B。通过由共同的供电部62对第一天线元件60Ba和第二天线元件60Bb供电，可以实现第二天线60C的宽频带化。
图16是显示本实施方式的天线装置的构成的第四变形例的立体图。图16所示的天线装置101D是天线装置101的构成的第四变形例。天线装置101D具备第二天线60D和供电部62。第二天线60D是上述的第二天线60的一例。对于第四变形例的天线装置101D的构成和效果，在与天线装置101,101A,101B,101C相同的方面援用上述的说明，从而省略其说明。
第二天线60D是相对于板面21设置在端部14侧的切槽天线。供电部62设置在导体板10上，是向第二天线60D供电的供电点。供电部62位于端部14和供电部3之间。第二天线60D具有切槽，该切槽的与导体板10平行的方向(图16的情况下，Y轴方向)上的宽度随着从供电部62朝向端部14而扩大的切槽。该切槽可以是空隙，也可以填充有电介质。
由供电部3供电的导体板20是垂直极化波天线，相对于此，第二天线60D是水平极化波天线，因此两天线相互干扰的程度较小。因此，天线装置101D中，即使A/B超过0.40，与天线装置101A相比，天线增益降低的程度也较小，所以供电部62的X轴方向的位置可以任意地确定。此外，从确保宽频带内的增益和确保指向性的水平面对称性的角度考虑，供电部62较好以导体板10的宽度为基准，设置在自该宽度的中心±10％的范围内，优选设置在该宽度的中心±5％的范围内，更优选设置在该宽度的中心。此外，以切槽的宽度比导体板10的宽度小、且在切槽的Y轴方向上的两侧具有导体板10的端部14的方式进行确定。这是因为，如上所述，高频电流不容易在相对部分31的中央部流通，但容易沿着相对部分31的外缘流通，为了不妨碍在第二工作模式下在导体板10,30中流通的电流ia的电工作。
图17显示天线装置101A的驻波比(VSWR)的频率特性的一例。作为天线的特性，VSWR优选尽可能接近1。图17显示匹配电路连接至供电部3和供电部62中的任一个的情况。如图17所示，在LTE和5G用的频带(1.7GHz以上6GHz以下)中，由供电部3供电的放射元件(导体板10,20,30)和由供电部62供电的放射元件(第二天线60A)均能够实现宽频带化。
图18显示在水平面内、设置在车辆的前窗玻璃附近的天线装置101A在5.9GHz下测定的天线增益。对于图18所示的同心圆，右侧、左侧、上侧、下侧分别表示从顶部观看位于同心圆的中心的天线装置时的车辆前方、车辆后方、车辆左方、车辆右方。
图18中，天线增益的单位是dBi。如图18所示，通过将天线装置101A设置在车辆的前窗玻璃附近，能够形成指向性朝向车辆前方的多个模式的放射图案。因此，通过在车辆的后侧玻璃附近也设置相同的天线装置101A，可以使放射图案接近无指向性。
图19是显示天线装置101A中的相关系数的图。图19所示的相关系数表示由供电部3供电的放射元件(导体板10,20,30)和由供电部62供电的放射元件(第二天线60A)之间的包络相关系数(ECC)。如图19所示，在LTE和5G用的频带(1.7GHz以上6GHz以下)中，两放射元件间的相关系数在约0.3以下，因此两放射元件相互干扰的程度较小。因此，能够将天线装置101A用作MIMO天线。
另外，在测定图17～19所示的数据时，图13所示的天线装置101A的各部分的尺寸在单位为mm时，分别为：
L2：4、
L11：95、
L12：40、
L21：19、
L22：5、
L31：20、
L32：30、
L33：40、
L60：15、
L61：19、
A：50、
B：15。
板面66中的从端部63扩张的曲线部分的曲率半径为8mm。
以上通过实施方式对天线装置和车辆用窗玻璃进行了说明，但是本发明不限于上述实施方式。其他实施方式的一部分或全部的组合及替换等各种变形和改良在本发明的范围内是可能的。
作为可应用本发明的窗玻璃，可例举例如安装在车辆前部的前窗玻璃。但是，窗玻璃也可以是安装在车辆后部的后窗玻璃或者安装在车辆侧部的侧窗玻璃。
此外，作为可安装天线装置的基材的一例，在上述的实施方式中示出了玻璃板，但是基材并不限定于玻璃板，也可以是其他构件。基材也可以覆盖天线装置。天线装置可以通过基材安装在玻璃板上。基材的材质优选为电介质。
此外，构成天线导体的部分的形态不限定于直线地延伸的形状，也可以是带圆弧且曲线地延伸的形状。天线导体的角部形状不限于直角，也可以是带圆弧的弓形。
此外，导体板不限定于单纯的平板，也可以是弯曲的。此外，各导体板可以由两个以上的导体板连接而构成。
此外，可以在前窗玻璃的车宽方向中央部的上侧区域安装一个本实施方式的天线装置，也可以在后窗玻璃的车宽方向中央部的上侧区域安装一个本实施方式的天线装置。
此外，可以在车宽方向上隔着间隔、在前窗玻璃(优选前窗玻璃的车宽方向的上侧区域)上安装多个本实施方式的天线装置。藉此，通过确保各天线装置间具有一定程度的距离，天线装置间的干扰降低，所以能够提供与MIMO(Multiple Input and MultipleOutput：多输入多输出)对应的天线系统。此外，还能够用作分集式天线。在车宽方向隔着间隔、在后窗玻璃(优选后窗玻璃的车宽方向的上侧区域)上安装多个本实施方式的天线装置的情况也同样。
此外，也可以在前窗玻璃和后窗玻璃的两者上各安装至少一个本实施方式的天线装置。即，能够提供具备车辆用的前窗玻璃、车辆用的后窗玻璃、和分别安装在前窗玻璃和后窗玻璃的至少各一个的本实施方式的天线装置的窗玻璃结构。通过这样的窗玻璃结构，可以在车辆前后方向上补充指向性，提高作为天线系统的发送和接收信号的性能。此外，因为可以确保各天线装置间具有一定程度的距离，所以天线装置间的干扰降低，能够提供与MIMO(例如、4×4MIMO)对应的天线系统。
此外，还能够提供具备安装在前窗玻璃上的至少一个本实施方式的天线装置、和与该天线装置的类型不同的至少一个天线装置的天线系统。作为该情况下的不同类型的天线装置的具体例，可例举鱼翅形天线、扰流板内置型天线、设置在后托盘部的天线、后视镜内置型天线、形成在侧窗玻璃部上的天线等。
同样地，还能够提供具备安装在后窗玻璃上的至少一个本实施方式的天线装置、和与该天线装置的种类不同的至少一个天线装置的天线系统。作为该情况下的不同类型的天线装置的具体例，可例举仪表板内置型天线、挡泥板内置型天线、侧镜内置型天线、形成在侧窗玻璃部上的天线等。
通过将这些不同类型的天线装置中的至少一个、和安装在前窗玻璃或后窗玻璃上的至少一个本实施方式的天线装置组合，能够提供与MIMO(例如、4×4MIMO)对应的天线系统。
本国际申请要求基于2018年2月2日提出申请的日本专利申请第2018-017048号及2018年11月21日提出申请的日本专利申请第2018-218345号的优先权，并将这些申请的全部内容援用至本国际申请中。
符号说明
3 供电部
4 同轴电缆
5 输电线路
6 供电电线
7～9 端口
10 导体板(第一导体板的一例)
13 端部(第一端部的一例)
14 端部(第二端部的一例)
20 导体板(第二导体板的一例)
21 板面
23 端部(第三端部的一例)
24 端部(第四端部的一例)
30 导体板(第三导体板的一例)
31 相对部分
32 相对部分(第二相对部分的一例)
33 端部(第五端部的一例)
34 端部(第六端部的一例)
40 匹配电路
50 分波器
60,60A,60B,60C,60D 第二天线
61 第二供电电线
62 供电部
66 板面
70 玻璃板
80 车辆
90 水平面
100 车辆用窗玻璃
101,101A,101B,101C,101D 天线装置。

Claims (23)

1.天线装置，具备第一导体板、第二导体板和第三导体板，
所述第一导体板具有第一端部和与所述第一端部相反的一侧的第二端部，在所述第一端部和所述第二端部之间设置第一供电部；
所述第二导体板具有与所述第一供电部连接的第三端部、位于远离所述第一导体板的部位的第四端部、和与所述第一导体板平行的方向上的宽度随着从所述第三端部朝向所述第四端部而扩大的板面；
所述第三导体板具有与所述第四端部电容耦合的第五端部、相对于所述第一供电部在所述第一端部侧与所述第一导体板连接的第六端部、和与所述板面相对的相对部分。
2.如权利要求1所述的天线装置，其特征在于，所述第二导体板具有以第一工作频率谐振的第一电长度；
所述第一导体板和所述第三导体板具有以比所述第一工作频率低的第二工作频率谐振的第二电长度。
3.如权利要求2所述的天线装置，其特征在于，所述第一电长度是所述第一工作频率的四分之一波长。
4.如权利要求2或3所述的天线装置，其特征在于，所述第二电长度是所述第二工作频率的四分之一波长。
5.如权利要求2～4中任一项所述的天线装置，其特征在于，所述相对部分和所述板面相距所述第一工作频率的四分之一波长的电长度。
6.如权利要求1～5中任一项所述的天线装置，其特征在于，所述相对部分与所述板面平行。
7.如权利要求1～6中任一项所述的天线装置，其特征在于，所述相对部分具有开口部。
8.如权利要求7所述的天线装置，其特征在于，与所述第一供电部连接的第一供电电线穿过所述开口部。
9.如权利要求1～8中任一项所述的天线装置，其特征在于，所述第三导体板具有面对所述第一导体板的第二相对部分。
10.如权利要求9所述的天线装置，其特征在于，所述第二相对部分与所述第一导体板平行。
11.如权利要求1～10中任一项所述的天线装置，其特征在于，所述板面的形状相对于通过所述第一供电部的假想线是线对称的。
12.如权利要求1～11中任一项所述的天线装置，其特征在于，所述板面具有半圆形状。
13.如权利要求1～12中任一项所述的天线装置，其特征在于，所述第二导体板以所述第四端部靠近所述第五端部的方式弯曲。
14.如权利要求1～13中任一项所述的天线装置，其特征在于，从所述第三端部到所述第四端部的导体长度在100mm以下。
15.如权利要求1～14中任一项所述的天线装置，其特征在于，所述第一供电部在与所述板面平行的方向上位于所述第一导体板的中央部。
16.如权利要求1～15中任一项所述的天线装置，其特征在于，所述第一供电部通过匹配电路连接至同轴电缆。
17.如权利要求1～16中任一项所述的天线装置，其特征在于，所述第一供电部通过分波器连接至同轴电缆。
18.如权利要求1～17中任一项所述的天线装置，其特征在于，具备相对于所述板面设置在所述第二端部一侧的天线、和设置在所述第一导体板上、并向所述天线供电的第二供电部，所述第二供电部位于所述第二端部和所述第一供电部之间。
19.如权利要求18所述的天线装置，其特征在于，当将从所述第二端部到所述第二供电部为止的最短距离记为A、将从所述第二端部到所述第二供电部为止的最短距离记为B时，B/A在0.15以上且0.40以下。
20.如权利要求18或19所述的天线装置，其特征在于，所述天线具有在与所述第一导体板平行的方向上的宽度随着从所述第一导体板远离而扩大的板面。
21.如权利要求18～20中任一项所述的天线装置，其特征在于，与所述第二供电部连接的第二供电电线穿过所述第二供电部和所述第一端部之间的区域。
22.车辆用窗玻璃，其具备车辆的窗用玻璃板、和安装在所述玻璃板上的至少一个权利要求1～21中任一项所述的天线装置。
23.窗玻璃结构，其具备车辆用的前窗玻璃、车辆用的后窗玻璃、分别安装在所述前窗玻璃和所述后窗玻璃上的至少各一个权利要求1～21中任一项所述的天线装置。
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