CN111937236B - 天线 - Google Patents

Abstract

本发明的课题在于在不改变外形形状的情况下相对于多种高频信号实现优异的接收特性。天线包括：基材、基材、放射导体、放射导体、以及供电体。基材具有主表面及主表面，且包含介电体。基材具有主表面及主表面，且包含介电体。基材的俯视时的外形形状与基材相同。放射导体形成在主表面，且为与利用第一频带的第一高频信号对应的形状。放射导体形成在主表面，且为与第二高频信号相对应的形状，所述第二高频信号利用频率比第一频带低且范围广的第二频带。供电体的配置位置为与放射导体及放射导体的中心相距d的距离的位置，且将相对于第二高频信号的反射损失最低的位置与中心的距离设为d0，d/d0为4/3以上。

Description

天线

技术领域

本发明涉及一种接收多个频率的高频信号的天线。

背景技术

以往，设计有各种全球导航卫星系统(Global Navigation Satellite System，GNSS)用的天线。GNSS用的天线例如在采用全球定位系统(Global Positioning System，GPS)作为GNSS的情况下，要求以L1波与L2波的组合的方式接收多个频率。

例如，在专利文献1中，作为GNSS用的天线，记载了层叠有接收频率不同的多个贴片天线(patch antenna)的多层天线。

[现有技术文献]

[专利文献]

专利文献1：日本专利特开2017-195433号公报

发明内容

[发明所要解决的问题]

然而，在专利文献1所记载的多层天线中，有时在不改变外形形状的情况下无法满足对多个频率的高频信号要求的接收特性(增益、频带宽)。

因此，本发明的目的在于在不改变外形形状的情况下实现具有优异的接收特性的天线。

[解决问题的技术手段]

本发明的天线包括：第一基材、第二基材、第一放射导体、第二放射导体、以及供电体。第一基材具有相互平行的第一面与第二面。第一基材包含介电体。第二基材具有相互平行的第三面与第四面。第二基材的第三面与第二面相对而抵接配置。第二基材包含介电体。第二基材的俯视时的外形形状与第一基材相同。第一放射导体形成在第一面，且为与利用第一频带的第一高频信号对应的形状。第二放射导体形成在第三面，且为与第二高频信号对应的形状，所述第二高频信号利用频率比第一频带低且范围广的第二频带。供电体向第一放射导体及第二放射导体供电。供电体的配置位置为与第一放射导体及第二放射导体的中心相距d的距离的位置。将相对于第二高频信号的反射损失最低的位置与中心的距离设为d0，d/d0为4/3以上。

在所述结构中，可以加宽相对于第二频高信号的3dB带宽。

[发明的效果]

根据本发明，可以在不改变外形形状的情况下实现优异的接收特性。

附图说明

图1是表示本发明的实施方式的天线的结构的侧面剖视图。

图2是本发明的实施方式的天线的外观立体图。

图3的(A)是第一基材的平面图，图3的(B)是第一基材的侧面剖视图(A-A剖视图)，图3的(C)是第二基材的平面图，图3的(D)是第二基材的侧面剖视图(A-A剖视图)。

图4是表示峰值增益及3dB相对带宽与供电点距中心的距离的关系的图表。

图5是表示峰值增益及3dB相对带宽与基材的厚度的关系的图表。

图6是表示本实施方式的天线与作为比较对象的天线的增益的频率特性的图表。

[符号的说明]

10：天线

20、21、22：基材

31、32：放射导体

40：接地导体

50：供电体

60：固定构件

211、212、221、222：主表面

具体实施方式

参照图对本发明的实施方式的天线进行说明。图1是表示根据本发明的实施方式的天线的结构的侧面剖视图。图2是本发明的实施方式的天线的外观立体图。图3的(A)是第一基材的平面图，图3的(B)是第一基材的侧面剖视图(A-A剖视图)，图3的(C)是第二基材的平面图，图3的(D)是第二基材的侧面剖视图(A-A剖视图)。

如图1、图2所示，天线10包括：基材20、放射导体31、放射导体32、接地导体40、供电体50、以及固定构件60。基材20包括第一基材21及第二基材22。放射导体31对应于本发明的“第一放射导体”，放射导体32对应于本发明的“第二放射导体”。

如图1、图2、图3的(A)、图3的(B)、图3的(C)、以及图3的(D)所示，第一基材21及第二基材22为平板。第一基材21及第二基材22例如包含陶瓷等介电体。

第一基材21具有相互相向的主表面211与主表面212。主表面211对应于本发明的“第一主表面”，主表面212对应于本发明的“第二主表面”。

第二基材22具有相互相向的主表面221与主表面222。主表面221对应于本发明的“第三主表面”，主表面222对应于本发明的“第四主表面”。第一基材21与第二基材22的俯视时的形状相同。

第一基材21与第二基材22以相互重叠的方式层叠。此时，第一基材21的主表面212与第二基材22的主表面221相互相向且抵接。

第一基材21的厚度h1小于第二基材22的厚度h2。更具体而言，满足0＜(h1/h2)≦(3/7)的关系。

放射导体31形成在第一基材21的主表面211。放射导体31为大致方形。放射导体31由导电性高的金属等形成。

放射导体31的形状、具体而言，方形的各边的尺寸等根据利用放射导体31接收的高频信号的频率(波长)来决定。利用所述放射导体31接收的高频信号对应于本发明的“第一高频信号”，所述频带对应于“第一频带”。在将天线10设为GPS接收用的情况下，利用放射导体31接收的高频信号(第一高频信号)为L1波，频率是1575.42MHz。因此，第一频带是包含频率1575.42MHz的规定的频率宽的范围。

放射导体32形成在第二基材22的主表面221。放射导体32为大致方形。放射导体32的平面面积大于放射导体31的平面面积。在俯视时，放射导体32的中心与放射导体31的中心一致。在放射导体32的各边形成有多个狭缝。多个狭缝为从各边向中心方向延伸的形状。放射导体32由导电性高的金属等形成。

放射导体32的形状、具体而言，方形的各边的尺寸等根据利用放射导体32接收的高频信号的频率(波长)来决定。利用所述放射导体32接收的高频信号对应于本发明的“第二高频信号”，所述频带对应于“第二频带”。在将天线10设为GPS接收用的情况下，利用放射导体32接收的高频信号(第二高频信号)分别为L2波、L5波、以及L6波，频率分别是1227.60MHz、1176.45MHz、以及1278.75MHz。因此，第二频带是包含频率1227.60MHz、1176.45MHz、以及1278.75MHz的规定的频率宽的范围。

接地导体40形成在基材22的主表面222。接地导体40形成在主表面222的大致整个面。接地导体40在俯视时，与放射导体31及放射导体32重叠，其面积大于放射导体31的面积及放射导体32的面积。再者，也可在基材22的主表面222侧配置绝缘性的电路基板，在所述电路基板(例如，背面(与基材22侧为相反侧的面))配置接地导体40。

供电体50包含棒状的导体。供电体50贯通基材21及基材22。供电体50直接连接于放射导体31，供电体50电容耦合于放射导体32。供电体50未连接于接地导体40。供电体50配置在俯视放射导体31及放射导体32时与它们的中心PO相距距离d的位置。即，如图1所示，供电点FP与中心PO的距离为d。供电体50配置有两个，连接其中一个供电体50与中心的方向和连接另一个供电体50与中心的方向正交。

而且，距离d满足(d/d0)≧(4/3)的关系。此处，d0表示第二高频信号的反射损失为最小值时的中心PO与供电点的距离。更具体而言，由包含在第二高频信号中所含的多个高频信号(例如，若为所述例子则为L2波、L5波、L6波)各者中反射损失为最小值的位置在内的范围来决定。再者，作为反射损失的最小值的一例，例如是-30dB，所述最小值可以根据天线10的规格、天线10所连接的GNSS接收装置的规格来适当设定。另外，d的最大值是供电体50能够对放射导体31及放射导体32供电的最长的长度(距放射导体31及放射导体32的中心的距离)，且例如可以设定为放射导体31或放射导体32的半径以下的规定值。

通过所述结构，天线10使用放射导体31接收第一高频信号(例如，L1波)，使用放射导体32接收频率比第一高频信号低的第二高频信号(例如，L2波、L5波、L6波)。

而且，通过将供电点与中心的距离设为所述关系((d/d0)≧(4/3))，天线10的接收特性得到改善。

图4是表示峰值增益及3dB相对带宽与供电点距中心的距离的关系的图表。在图4中，示出了L1波的峰值增益、3dB相对带宽即第一高频信号的峰值增益、3dB相对带宽、与L2波、L5波、L6波的峰值增益、3dB相对带宽即第二高频信号的峰值增益、3dB相对带宽。另外，图4的横轴离散地设定供电点的距离的范围。

如图4所示，通过设为d/d0大于D3(1.33至1.41)的结构(本申请发明的结构)，例如，与d/d0为约Dc(0.92至0.97)的结构(作为比较对象的现有的一般的天线的结构)相比，相对于L1波，可以获得与现有的一般的天线的结构同等的峰值增益。即，通过设为(d/d0)≧(4/3)，可以抑制相对于L1波的峰值增益的劣化。

进而，通过设为本申请发明的结构，与现有的一般的天线的结构相比，可以加宽L2波、L5波、以及L6波的3dB相对带宽。另外，作为本申请发明的结构，相对于L2波、L5波、以及L6波也可以获得与现有的一般的天线的结构同等的峰值增益。即，通过设为(d/d0)≧(4/3)，可以加宽相对于L2波、L5波、以及L6波的3dB相对带宽，同时抑制峰值增益的劣化。

如此，通过使用天线10，相对于L1波的峰值增益的劣化得到抑制。

另外，通过使用天线10，可以相对于包含带宽广的L2波、L5波、以及L6波的频带的频带(第二频带)，实现与所述带宽相应的广度的3dB相对带宽，从而可以改善接收特性。由此，可以提高相对于L2波、L5波、L6波的接收灵敏度。另外，通过所述结构，峰值增益的劣化得到抑制，因此相对于L2波、L5波、以及L6波，天线10具有优异的接收特性。

因此，相对于多种高频信号，具体而言，在本实施方式中为L1波、L2波、L5波、以及L6波，天线10具有优异的接收特性。

另外，通过将基材21的厚度h1、基材22的厚度h2设为所述关系(0＜(h1/h2)≦(3/7))，天线10的接收特性得到改善。

图5是表示峰值增益及3dB相对带宽与基材的厚度的关系的图表。在图5中，示出了L1波的峰值增益、3dB相对带宽即第一高频信号的峰值增益、3dB相对带宽、与L2波、L5波、L6波的峰值增益、3dB相对带宽即第二高频信号的峰值增益、3dB相对带宽。再者，图4的仿真是在本申请结构与现有的比较结构中使基材的总厚度(第一基材与第二基材的合计即h(h1+h2))相同而进行。

如图5所示，通过设为h1/(h1+h2)小于0.3的结构(本申请发明的结构)，例如与h1/(h1+h2)为约0.4的结构(作为比较对象的现有的一般的天线的结构)相比，可以缩窄相对于L1波的3dB相对带宽。另一方面，作为本申请发明的结构，相对于L1波也可以获得与现有的一般的天线的结构同等的峰值增益。即，通过设为0＜(h1/h2)≦(3/7)，可以缩窄相对于L1波的3dB相对带宽，同时抑制峰值增益的劣化。

进而，通过设为本申请发明的结构，与现有的一般的天线的结构相比，可以加宽相对于L2波、L5波、以及L6波的3dB相对带宽。另外，作为本申请发明的结构，相对于L2波、L5波、以及L6波也可以获得与现有的一般的天线的结构同等以上的峰值增益。即，通过设为0＜(h1/h2)≦(3/7)，可以加宽相对于L2波、L5波、以及L6波的3dB相对带宽，同时提高峰值增益。

如此，通过使用天线10，可以改善相对于带宽窄的L1波的频带(第一频带)的3dB相对带宽不必要地广的接收特性。由此，可以抑制相对于L1波的无用波的接收，从而实质上提高相对于L1波的接收灵敏度。另外，通过所述结构，峰值增益的劣化得到抑制，因此相对于L1波，天线10具有优异的接收特性。

另外，通过使用天线10，可以相对于包含带宽广的L2波、L5波、以及L6波的频带的频带(第二频带)，实现与所述带宽相应的广度的3dB相对带宽，从而可以改善接收特性。由此，可以提高相对于L2波、L5波、L6波的接收灵敏度。另外，通过所述结构而峰值增益提高，因此相对于L2波、L5波、以及L6波，天线10具有优异的接收特性。

因此，相对于多种高频信号，具体而言，在本实施方式中为L1波、L2波、L5波、以及L6波，天线10具有优异的接收特性。

图6是表示本实施方式的天线与作为比较对象的天线的增益的频率特性的图表。

如图6所示，通过使用本实施方式的天线10的结构，可以抑制相对于带宽窄的L1波的3dB相对带宽不必要地变广，并且可以根据L2波、L5波、以及L6波的频带，加宽相对于带宽广的L2波、L5波、以及L6波的3dB相对带宽。另外，通过使用天线10的结构，可以抑制相对于L1波、L2波、L5波、以及L6波的增益的下降。

由此，天线10可以相对于L1波、L2波、L5波、以及L6波实现优异的接收特性。进而，为了实现所述接收特性，天线10未变更外形形状。因此，天线10可以在不改变外形形状的情况下相对于L1波、L2波、L5波、以及L6波实现优异的接收特性。

再者，通过采用所述基材的厚度的条件、及供电点与中心的距离的条件中的任一者，可获得不少所述接收特性的改善。特别是通过满足供电点的位置的条件，容易获得所述接收特性的改善。

另外，在所述说明中，以GPS为例进行了说明，但对其它的GNSS的各系统也应用相同的结构，从而获得相同的作用效果。

另外，在所述说明中，将放射导体的形状设为大致方形，但并不限于大致方形，例如，只要如大致圆形那样为可以放射(发送接收)包含所期望的频率的圆偏振波的高频信号的形状即可。

[用语]

未必可根据本说明书中所记载的任意的特定的实施方式来达成所有目的或效果、优点。因此，例如若为本领域从业人员，则会想到特定的实施方式能够以如下方式构成：未必达成如在本说明书中所指点或暗示的其他目的或效果、优点，以达成如在本说明书中所指点的一个或多个效果、优点或使所述效果、优点最佳化的方式运行。

本说明书中所记载的所有处理通过由包含一个或多个计算机或者处理器的计算系统执行的软件代码模块来具体化，可以完全地自动化。代码模块可存储在任意类型的非暂时的计算机可读介质或其他计算机存储装置中。一部分或全部方法可通过专用的计算机硬件来具体化。

根据本公开而明确，除本说明书中所记载的例子以外，也存在许多其他变形例。例如，根据实施方式，本说明书中所记载的算法的任一个特定的动作、事件、或功能能够以不同的次序来执行，可以追加、合并、或完全地除外(例如，经记述的全部行为或现象并非在算法的执行中必需)。进而，在特定的实施方式中，动作或事件例如可经由多线程处理、中断处理、或者多个处理器或处理器核心，或者在其他并列结构上，并列地执行而非依次执行。进而，不同的任务或工序也可以通过可一同发挥功能的不同的机器和/或计算系统来执行。

与本说明书中所公开的实施方式相关联来说明的各种例示性的逻辑块及模块可以通过处理器等机器来实施或执行。处理器也可为微处理器，作为代替，处理器也可为控制器、微控制器、或状态机、或它们的组合等。处理器可以包含以对计算机可执行的命令进行处理的方式构成的电路。在其他实施方式中，处理器包含面向特定用途的集成电路(专用集成电路(Application Specific Integrated Circuit，ASIC))、现场可编程门阵列(FieldProgrammable Gate Array，FPGA)、或不对计算机可执行的命令进行处理而执行逻辑运算的其他可编程设备。另外，处理器可以作为计算设备的组合，例如数字信号处理器(数字信号处理装置)与微处理器的组合、多个微处理器、与数字信号处理器(Digital SignalProcessor，DSP)核心组合的一个以上的微处理器、或任意的其他此种结构来安装。在本说明书中，主要关于数字技术进行说明，但处理器也可以主要包含模拟元件。例如，本说明书中所记载的信号处理算法的一部分或全部可以通过模拟电路、或模拟与数字的混合电路来安装。计算环境包含微处理器、大型计算机、数字信号处理器、便携式计算设备、设备控制器、或基于装置内的计算引擎的计算机系统，但可以包含不限定于它们的任意类型的计算机系统。

只要未特别载明，则“可以”、“能够”、“吧”、或“有可能”等带有条件的语言以为了传达特定的实施方式包含特定的特征、要素和/或步骤，但其他实施方式不包含而一般使用的文脉内的意思来理解。因此，此种带有条件的语言一般并不表示特征、要素和/或步骤是在一个以上的实施方式中必需的任意的方法，或者一个以上的实施方式必然包含用于决定这些特征、要素和/或步骤是否包含在任意的特定的实施方式中、或是否被执行的逻辑。

只要未特别另外记载，则如语句“X、Y、Z的至少一个”这样的析取语言以为了表示项目、用语等可为X、Y、Z的任一者，或它们的任意的组合而一般使用的文脉来理解(例如：X、Y、Z)。因此，此种析取语言一般并不表示特定的实施方式将分别存在的X的至少一个、Y的至少一个、或Z的至少一个的各个作为必需。

本说明书中所记载且/或随附的图式中所示的流程图中的任意的工序记述、要素或区块应作为包含用于安装工序中的特定的逻辑功能或要素的一个以上的可执行的命令，且潜在地表示模块、片段、或代码的一部分者来理解。代替的实施方式包含在本说明书中所记载的实施方式的范围内，此处，要素或功能如由本领域从业人员理解的那样，可根据相关联的功能性，实质上同时或以相反的顺序，从图示或说明中删除，以不同顺序执行。

只要未特别明示，则如“一个”这样的数词一般应解释成包含一个以上的经记述的项目。因此，“以～方式设定的一个设备”等语句意图包含一个以上的经列举的设备。此种一个或多个经列举的设备也能够以执行经记载的引用的方式集合式地构成。例如，“以执行以下的A、B及C的方式构成的处理器”可以包含以执行A的方式构成的第一处理器、与以执行B及C的方式构成的第二处理器。此外，即便经导入的实施例的具体的数量的列举已明示地列举，本领域从业人员也应将此种列举解释成典型地表示至少已列举的数量(例如，不使用其他修饰词的仅为“两个列举与”的列举通常表示至少两个列举、或两个以上的列举)。

一般，本领域从业人员判断本说明书中所使用的用语一般意指“非限定”用语(例如，“包含～”这一用语应解释成“不仅如此，至少包含～”，“具有～”这一用语应解释成“至少具有～”，“包含”这一用语应解释成“包含以下，但并不限定于这些”等)。

出于说明的目的，本说明书中所使用的“水平”这一用语不论其方向，均作为与使用所说明的系统的区域的地板的平面或表面平行的平面、或实施所说明的方法的平面来定义。“地板”这一用语可以与“地面”或“水面”这一用语替换。“垂直/铅直”这一用语是指与经定义的水平线垂直/铅直的方向。“上侧”、“下侧”、“下”、“上”、“侧面”、“更高”、“更低”、“在上方”、“越过～”、“下的”等用语相对于水平面来定义。

本说明书中所使用的用语的“附着”、“连接”，“成对”及其他关联用语只要无另外的注释，则应解释成包含可卸下、可移动、固定、可调节、和/或可卸下的连接或连结。连接/连结包含直接连接、和/或已说明的两个结构元件间的具有中间结构的连接。

只要未特别明示，则本说明书中所使用的如“大概”、“约”、及“实质上”这样的用语写在前面的数量包含经列举的数量，另外，表示进一步执行所期望的功能、或达成所期望的结果的与经记载的量接近的量。例如，只要未特别明示，则“大概”、“约”及“实质上”是指未满经记载的数值的10％的值。如在本说明书中所使用的那样，“大概”、“约”、及“实质上”等用语写在前面来公开的实施方式的特征表示进一步执行所期望的功能、或针对所述特征达成所期望的结果的几个具有可变性的特征。

在所述实施方式中，可以加入许多变形例及修正例，它们的要素应作为存在于其他可容许的例子中的要素来理解。如上所述的所有修正及变形意图包含在本公开的范围内，由以下的权利要求书来保护。

Claims (3)

1.一种天线，包括：

第一基材，具有相互平行的第一面与第二面，且包含介电体；

第二基材，具有相互平行的第三面与第四面，所述第三面与所述第二面相对而抵接配置，且包含介电体，俯视时的外形形状与所述第一基材相同；

第一放射导体，形成在所述第一面，且为与利用第一频带的第一高频信号对应的形状；

第二放射导体，形成在所述第三面，且为与利用第二频带的第二高频信号对应的形状，所述第二频带为比所述第一频带低频且范围广；以及

供电体，向所述第一放射导体及所述第二放射导体供电，其中所述供电体配置为第一供电体与第二供电体，其中所述第一供电体与所述第二供电体分别贯通所述第一基材与所述第二基材，

在俯视时，所述第一放射导体的中心与所述第二放射导体的中心一致，

在俯视所述第一放射导体时，所述第一供电体与所述第一放射导体的所述中心的连接方向、以及所述第二供电体与所述第一放射导体的所述中心的连接方向为正交，

所述第一供电体与所述第二供电体的配置位置是从所述中心相距d的距离的位置，

将相对于所述第二高频信号的反射损失最小值的位置与所述中心的距离设为d0，d/d0为4/3以上，

所述第一基材的厚度为所述第二基材的厚度的3/7倍以下。

2.根据权利要求1所述的天线，其中

所述第二高频信号包含多种高频信号，

所述反射损失为最小值的位置由包含在所述多种高频信号每一者中反射损失为最小值的位置在内的范围决定。

3.一种天线，包括：

第一基材，具有相互平行的第一面与第二面，且包含介电体；

第二基材，具有相互平行的第三面与第四面，所述第三面与所述第二面相对而抵接配置，且包含介电体，俯视时的外形形状与所述第一基材相同；

第一放射导体，形成在所述第一面，且为与利用第一频带的第一高频信号对应的形状；

第二放射导体，形成在所述第三面，且为与利用第二频带的第二高频信号对应的形状，所述第二频带比所述第一频带低频且范围广；以及

供电体，向所述第一放射导体及所述第二放射导体供电，

其中所述供电体配置为第一供电体与第二供电体，其中所述第一供电体与所述第二供电体分别贯通所述第一基材与所述第二基材，

在俯视时，所述第一放射导体的中心与所述第二放射导体的中心一致，

在俯视所述第一放射导体时，所述第一供电体与所述第一放射导体的中心的连接方向、以及所述第二供电体与与所述第一放射导体的所述中心的连接方向为正交，

所述第一供电体与所述第二供电体的配置位置是从所述中心相距d的距离的位置，

所述第一基材的厚度为所述第二基材的厚度的3/7倍以下。

Images