CN112310620B - 层叠贴片天线 - Google Patents

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Abstract

提供了在中高仰角处具有改善的接收灵敏度特性的层叠贴片天线。层叠贴片天线包括电路板(10)、第一贴片天线(20)、第二贴片天线(30)和寄生元件(40)。第一贴片天线(20)层叠在电路板(10)上，具有第一供电线(21)和第一辐射元件(22)，并且接收第一频带的信号。第二贴片天线(30)层叠在第一贴片天线(20)上，具有比第一供电线(21)长并且贯穿第一辐射元件(22)以连接到第二供电部(12)的第二供电线(31)，以及尺寸比第一辐射元件(22)小的第二辐射元件(32)，并且第二贴片天线(30)接收比第一频带高的第二频带的信号。寄生元件(40)是布置在第二贴片天线(30)上方以改善第二贴片天线(30)的仰角接收特性的板状元件。

Description

层叠贴片天线
技术领域
本发明涉及一种层叠贴片天线，更特别地涉及具有使用多个贴片天线的层叠结构的层叠贴片天线。
背景技术
如今，车辆上安装有各种类型的天线。例如，安装了实现各种通信服务所需的天线，诸如无线电、电视、移动电话、全球导航卫星系统(GNSS)、卫星数字音频无线电服务(SDARS)。这些天线被容纳在例如安装在车顶上的低矮天线设备中。
使用陶瓷、介电基板等的贴片天线被认为是用于接收这些车载天线设备的圆极化信号的天线。作为贴片天线，已知具有多个层叠贴片天线的层叠贴片天线。层叠贴片天线具有以下天线接收灵敏度特性。即，当上层贴片天线被构造成与下层贴片天线相比接收较低频带的信号时，在从顶部(例如，与水平面成90°的位置)附近传输的信号方面，上层贴片天线具有相对良好的灵敏度，但在从低仰角(例如，与水平面成约30°的位置)传输的信号方面具有较差的灵敏度。
另一方面，还存在一种已知的层叠贴片天线，其被构造成使得上层贴片天线被构造成与下层贴片天线相比接收较高的频带的信号(例如，专利文献1和专利文献2)。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2003-309424号公报
专利文献2：日本特开2010-226633号公报
发明内容
就仰角而言，用于GNSS和SDARS的天线需要不仅对于来自顶部的信号而且对于来自低仰角的信号都具有良好的接收灵敏度。在如专利文献1和专利文献2中的上层贴片天线被构造成与下层贴片天线相比接收较高频带的信号的层叠贴片天线中，上层贴片天线在低仰角处的接收灵敏度特性并不差，但在中高仰角(例如，约30°至90°)附近的接收灵敏度特性较差。这是因为被构造成接收较高频带的信号的上层贴片天线的供电线比下层贴片天线的供电线延伸得更长，使得长的供电线对天线接收灵敏度特性施加不利影响。因此，用于高频带的贴片天线的较长供电线对天线接收灵敏度特性的不利影响比用于低频带的贴片天线所带来的不利影响更严重。
因此，上层贴片天线被构造成与下层贴片天线相比接收较高频带的信号的层叠贴片天线需要不仅在低仰角处、而且在中高仰角处也具有改善的天线接收灵敏度特性。
鉴于上述情况，已经做出了本发明并且本发明的目的是提供一种能够在中高仰角处也具有改善的接收灵敏度特性的层叠贴片天线。
为了实现本发明的上述目的，根据本发明的层叠贴片天线可以包括：电路板，其具有第一供电部和第二供电部；第一贴片天线，其层叠在所述电路板上，具有第一辐射元件和连接到所述第一供电部的第一供电线，并且构造成接收第一频带的信号；第二贴片天线，其层叠在所述第一贴片天线上，具有比所述第一供电线长并且贯穿所述第一辐射元件以连接到所述第二供电部的第二供电线，并且具有尺寸比所述第一辐射元件小的第二辐射元件，并且所述第二贴片天线构造成接收比所述第一频带高的第二频带的信号；以及板状寄生元件，其布置在所述第二贴片天线上方，以改善所述第二贴片天线的仰角接收特性。
所述第一贴片天线可以是板状空气贴片天线，其中，所述第一辐射元件由板状元件形成，并且所述电路板可以具有接地导体图案。
所述第一辐射元件可以包括与所述电路板具有预定间隔地与所述电路板相对布置的四边形板状元件，以及用于支撑所述板状元件的多个腿部。
至少一个所述腿部可以是所述板状空气贴片天线的第一供电线。
可以通过切割并弯曲所述板状元件的辐射表面的一部分来形成所述第一贴片天线的第一供电线。
所述第二贴片天线的第二供电线可以贯穿为了形成所述第一供电线而通过切割和弯曲形成的缝。
所述层叠贴片天线还可以包括用于支撑所述电路板、所述第一贴片天线和所述寄生元件的一体型树脂保持件，并且所述第二贴片天线可以被固定到所述第一辐射元件。
所述一体型树脂保持件可以具有：板支撑部，其布置在板状空气贴片天线与所述电路板之间以支撑所述板状空气贴片天线；电路板锁定爪，其从所述板支撑部朝向所述电路板延伸以保持所述电路板；以及寄生元件锁定爪，其从所述板支撑部朝向所述寄生元件延伸以保持所述寄生元件。
所述第二贴片天线可以使用陶瓷、合成树脂和多层基板中的一者作为介电体。
所述寄生元件可以具有六角形主体，该六角形主体具有两条相对的平行边、垂直于左边和右边这两条平行边的下边、以及比所述下边短并且平行于所述下边的上边，并且在平面图中，所述寄生元件的从上边到下边的长度可以比所述第二贴片天线的从上边到下边的长度大，并且所述寄生元件的从左边和右边开始的宽度可以比所述第二贴片天线的宽度小。
所述层叠贴片天线还可以包括绝缘间隔件，其布置在所述第二贴片天线与所述寄生元件之间，以支撑所述寄生元件。
根据本发明的层叠贴片天线的优点在于，也能够改善在中高仰角处的接收灵敏度特性。
附图说明
图1是用于说明根据本发明的层叠贴片天线的示意性截面侧视图。
图2是用于说明根据本发明的层叠贴片天线的第一贴片天线的示意性立体图。
图3是用于说明根据本发明的层叠贴片天线的寄生元件的示意性俯视图。
图4是根据本发明的层叠贴片天线关于仰角的接收灵敏度特性的曲线图。
图5是用于说明使用一体型树脂保持件将根据本发明的层叠贴片天线模块化的示例的示意性立体图。
具体实施方式
下面将参照附图说明本发明的优选实施方式。图1是用于说明根据本发明的层叠贴片天线的示意性截面侧视图。根据本发明的层叠贴片天线具有使用多个贴片天线的层叠结构。如图所示，根据本发明的层叠贴片天线主要包括电路板10、第一贴片天线20、第二贴片天线30和寄生元件40。例如，上述部件被构造为一个模块并且与诸如AM/FM天线和移动电话天线的其它天线一起被容纳在车载天线设备中。
电路板10包括第一供电部11和第二供电部12。通过蚀刻等在电路板10上形成电路图案和接地导体图案13。例如，放大器电路14等也可以载置于电路板10。
第一贴片天线20接收第一频带的信号。第一频带可以是用于例如GNSS的范围从1GHz至2GHz的频带；然而，根据本发明的层叠贴片天线的第一贴片天线20所支持的频带不限于上述频带，并且可以是另一频带。第一贴片天线20层叠在电路板10上。第一贴片天线20包括第一供电线21和第一辐射元件22。第一供电线21连接到电路板10的第一供电部11。在图示的示例中，第一贴片天线20是板状的空气贴片天线，其中第一辐射元件22由板状元件形成；然而，根据本发明的层叠贴片天线的第一贴片天线20不限于此，而是可以使用陶瓷、合成树脂、多层基板等作为介电体。
将使用图2更详细地说明第一贴片天线20。图2是用于说明根据本发明的层叠贴片天线的第一贴片天线的示意性立体图。在图2中，与图1中相同的附图标记表示与图1中的部件相同的部件。图示示例的第一贴片天线20是板状空气贴片天线。电路板10具有例如接地导体图案13。接地导体图案13与第一辐射元件22一起构成微带天线(micro-stripantenna)。第一辐射元件22是四边形板状元件并且与电路板10之间具有预定间隔地与电路板10相对布置。板状元件由多个腿部23支撑。多个腿部23可以形成为使得例如当第一辐射元件22被从金属板上切下并经受金属板加工时，从四边形板状元件的四个角突出的部分被弯曲。如在图示的示例中，在具有通过使从四个角延伸的突起弯曲而形成的腿部23的板状元件中，由于腿部23的存在，元件的电气长度增大。也就是，在附图中，腿部23从板状元件的各顶部和底部边缘延伸，使得上下方向上的电气长度比左右方向上的电气长度长。因此，在本示例中，板状元件不是正方形，而是上下方向上的长度比左右方向上的长度短的矩形。腿部23可以不必通过使板状元件弯曲而形成，而是可以由与板状元件分离的棒状构件构成。腿部23可以通过焊接或其它方式固定到电路板10。在这种情况下，腿部23通过例如电容器连接至接地导体图案13。这是为了补偿板状元件的容量不足。替代地，板状元件的容量可以通过例如曲折状的布线图案来补偿。当容量足够时，可以将腿部23固定在与接地导体图案13等绝缘的状态中。当能够通过除腿部23以外的部件支撑板状元件时，可以省去腿部23。此外，一个腿部23可以用作第一供电线21。在图示示例的第一贴片天线20中，通过使四边形板状元件的辐射表面的一部分弯曲来形成第一供电线21。此外，图示示例的第一贴片天线20是双线馈电贴片天线，因此，形成了两个第一供电线21；然而，本发明不限于此，而是第一贴片天线20可以是单线馈电贴片天线。替代地，供电线可以由单独的棒状构件构成。板状元件具有通孔24，稍后将说明的第二贴片天线30的第二供电线31穿过通孔24；然而，本发明不限于此，而是可以使第二供电线31穿过在第一供电线21的形成过程中通过切割并弯曲辐射表面的一部分而形成的缝。
回到参照图1，将说明第二贴片天线30。第二贴片天线30接收高于上述第一频带的第二频带的信号。第二频带可以是用于例如SDARS的2.3GHz的频带；然而，由根据本发明的层叠贴片天线的第二贴片天线30支持的频带不限于上述频带，并且可以是高于第一频带的另一频带。第二贴片天线30层叠在第一贴片天线20上。第二贴片天线30包括第二供电线31和第二辐射元件32。第二供电线31连接到电路板10的第二供电部12。也就是，第二供电线31比第一供电线21长，并且穿过第一辐射元件22连接到电路板10的第二供电部12。第二供电线31可以通过穿过形成在第一贴片天线20的第一辐射元件22中的通孔24而连接到第二供电部12。第二辐射元件32的尺寸小于第一辐射元件22。在图1所示的示例中，第二贴片天线30是使用陶瓷33作为介电体的陶瓷贴片天线；然而，根据本发明的层叠贴片天线的第二贴片天线30不限于此，而是可以使用合成树脂、多层基板等作为介电体。在图示的示例中，形成在陶瓷33的背面上的接地导体图案34与第二辐射元件32一起构成微带天线。此外，可以利用例如双面胶带35将第二贴片天线30固定到第一贴片天线20。这允许第一贴片天线20的第一辐射元件22和接地导体图案34彼此电绝缘。
设置在第一贴片天线20上的第二贴片天线30接收较高频带的信号。当使用较长的第二供电线31时，如在现有技术的说明中所记载的，第二贴片天线30在中高仰角处的天线接收灵敏度特性会受到影响。因此，在根据本发明的层叠贴片天线中，采用以下结构以改善接收灵敏度特性。
也就是，如图1所示，在根据本发明的层叠贴片天线中，使用寄生元件40以改善第二贴片天线30的仰角接收特性。寄生元件40是板状元件。寄生元件40可以是例如导电板。寄生元件40布置在第二贴片天线30上方。
将使用图3更详细地说明寄生元件40。图3是用于说明根据本发明的层叠贴片天线的寄生元件的示意性俯视图。在图3中，与图1中相同的附图标记表示与图1中的部件相同的部件。当将根据本发明的层叠贴片天线应用于例如所谓的鲨鱼鳍形低矮天线设备时，图3中的向上方向对应于车辆行驶方向和鲨鱼鳍天线的末端侧。根据本发明的层叠贴片天线的寄生元件40可以具有如图3所示的六角形板状体。具体地，寄生元件40可以具有六角形主体，该六角形主体具有两条相对的平行的左边和右边、垂直于该两边的下边以及比下边短并且平行于下边的上边。此外，在平面图中，寄生元件40的从上边到下边的长度可以比第二贴片天线30的从上边到下边的长度长，并且寄生元件40的从左边和右边开始的宽度可以比第二贴片天线30的宽度小。换言之，六角形的下边的长度可以比第二贴片天线30的宽度小，并且六角形的从上边到下边的长度可以比第二贴片天线30的从上边到下边的长度大。更具体地，寄生元件40的从上边到下边的长度可以比第二贴片天线30的第二辐射元件32的从上边到下边的长度大，并且寄生元件40的从左边和右边开始的宽度可以比第二贴片天线30的第二辐射元件32的宽度小。在根据本发明的层叠贴片天线中，寄生元件40的形状不限于六角形，并且可以是例如梯形。具体地，梯形可以是上边比下边短并且平行于下边的四边形。此外，梯形的上边的长度可以比第二贴片天线30的宽度小，并且梯形的从上边到下边的长度可以比第二贴片天线30的从上边到下边的长度大。在图示的示例中，寄生元件40的从上边到下边的长度等于第一贴片天线20的从上边到下边的长度。
图4是根据本发明的层叠贴片天线相对于仰角的接收灵敏度特性的曲线图。在该曲线图中，黑线表示根据本发明的层叠贴片天线的第二贴片天线的特性，而灰线表示在不使用寄生元件的构造中的上层中的贴片天线的特性。该曲线图表明，在中高仰角处、特别是在30°以上的范围内，平均增益显著提高。因此，在根据本发明的层叠贴片天线中，通过采用上述层叠结构改善了上层中的第二贴片天线的中高仰角处的接收灵敏度特性。
下面说明将寄生元件40安装在第二贴片天线30上方的方法。例如，在第二贴片天线30和寄生元件40之间设置绝缘间隔件以将寄生元件40支撑在第二贴片天线30上方。绝缘间隔件可以是具有一定厚度的双面胶带。当将根据本发明的层叠贴片天线应用于低矮天线设备时，寄生元件40设置在低矮天线设备的天线盖侧的一侧，并且天线盖被放置在基板上方以将寄生元件40布置在第二贴片天线30上方。
当如上所述将寄生元件布置在天线盖侧时，由于天线盖和基板之间的位移或它们之间的组装误差等，寄生元件与第二贴片天线之间的距离或相对位置可能无法保持恒定。下面说明使用保持件使寄生元件与第二贴片天线之间的距离恒定的示例。
图5是用于说明使用一体型树脂保持件将根据本发明的层叠贴片天线模块化的示例的示意性立体图。在图5中，与图1中相同的附图标记表示与图1中的部件相同的部件。图示的根据本发明的层叠贴片天线具有一体型树脂保持件50。一体型树脂保持件50支撑电路板10、第一贴片天线20和寄生元件40。一体型树脂保持件50由绝缘树脂制成。第二贴片天线30被固定到第一辐射元件22。一体型树脂保持件50支撑电路板10以及层叠在电路板10上的第一贴片天线20。具体地，当第一贴片天线20是板状空气贴片天线时，一体型树脂保持件50优选支撑板状空气贴片天线的第一辐射元件22。这是因为第二贴片天线30层叠在第一贴片天线20上。也就是，第二贴片天线30层叠在第一贴片天线20的第一辐射元件22上，使得第一辐射元件22或腿部23可能由于第二贴片天线30的重量而弯曲。因此，作为板状空气贴片天线的第一贴片天线20由一体型树脂保持件50的板支撑部51支撑。具体地，板支撑部51布置在板状空气贴片天线的第一辐射元件22与电路板10之间，并且板状空气贴片天线的第一辐射元件22的整个主体由板支撑部51支撑。供第二供电线穿过的通孔等可以适当地形成在板支撑部51中。一体型树脂保持件50具有板支撑部51作为主要部件并且还具有电路板锁定爪52和寄生元件锁定爪53。电路板锁定爪52从板支撑部51朝向电路板10延伸以保持电路板10。电路板锁定爪52可以设置成保持并锁定例如矩形电路板10的至少两条边。替代地，电路板锁定爪52可以设置成保持并锁定电路板10的三条或四条边。凹部可以适当地形成在电路板10中对应于电路板锁定爪52的位置处。寄生元件锁定爪53从板支撑部51朝向寄生元件40延伸以保持寄生元件40。可以将寄生元件锁定爪53设置成保持并锁定例如图3所示的六边形寄生元件40的上边和下边。凹部可以适当地形成在寄生元件40中对应于寄生元件锁定爪53的位置处。可以将寄生元件锁定爪53设置成保持并锁定寄生元件40的正面侧和背面侧，以使寄生元件40的高度位置恒定。
如上所述，通过使用一体型树脂保持件对根据本发明的层叠贴片天线模块化使寄生元件40和第二贴片天线30之间的距离和相对位置总是恒定，这使得在制造期间天线性能稳定并改善了可组装性。
根据本发明的层叠贴片天线不限于以上说明性示例，而是可以在不脱离本发明的范围的情况下进行各种修改。

Claims (16)

1.一种层叠贴片天线，其具有使用多个贴片天线的层叠结构，所述层叠贴片天线包括：
电路板，其具有第一供电部和第二供电部；
第一贴片天线，其层叠在所述电路板上，具有连接到所述第一供电部的第一供电线和供所述第一供电线连接的第一辐射元件，并且构造成接收第一频带的信号；
第二贴片天线，其层叠在所述第一贴片天线上，具有比所述第一供电线长并且贯穿所述第一辐射元件以连接到所述第二供电部的第二供电线，并且具有尺寸比所述第一辐射元件小并且供所述第二供电线连接的第二辐射元件，并且所述第二贴片天线构造成接收比所述第一频带高的第二频带的信号；以及
板状寄生元件，其布置在所述第二贴片天线上方，以改善所述第二贴片天线的仰角接收特性。
2.根据权利要求1所述的层叠贴片天线，其特征在于，
所述第一贴片天线是板状空气贴片天线，其中所述第一辐射元件由板状元件形成，并且
所述电路板具有接地导体图案。
3.根据权利要求2所述的层叠贴片天线，其特征在于，所述第一辐射元件包括与所述电路板具有预定间隔地与所述电路板相对布置的四边形板状元件，以及用于支撑所述板状元件的多个腿部。
4.根据权利要求3所述的层叠贴片天线，其特征在于，至少一个所述腿部是所述板状空气贴片天线的第一供电线。
5.根据权利要求3所述的层叠贴片天线，其特征在于，通过切割并弯曲所述板状元件的辐射表面的一部分来形成所述第一贴片天线的第一供电线。
6.根据权利要求5所述的层叠贴片天线，其特征在于，所述第二贴片天线的第二供电线贯穿为了形成所述第一供电线而通过切割和弯曲形成的缝。
7.根据权利要求2至6中任一项所述的层叠贴片天线，还包括用于支撑所述电路板、所述第一贴片天线和所述寄生元件的一体型树脂保持件，其中
所述第二贴片天线被固定到所述第一辐射元件。
8.根据权利要求7所述的层叠贴片天线，其特征在于，所述一体型树脂保持件具有：板支撑部，其布置在板状空气贴片天线与所述电路板之间以支撑所述板状空气贴片天线；电路板锁定爪，其从所述板支撑部朝向所述电路板延伸以保持所述电路板；以及寄生元件锁定爪，其从所述板支撑部朝向所述寄生元件延伸以保持所述寄生元件。
9.根据权利要求1至6中任一项所述的层叠贴片天线，其特征在于，所述第二贴片天线使用陶瓷、合成树脂和多层基板中的一者作为介电体。
10.根据权利要求7所述的层叠贴片天线，其特征在于，所述第二贴片天线使用陶瓷、合成树脂和多层基板中的一者作为介电体。
11.根据权利要求8所述的层叠贴片天线，其特征在于，所述第二贴片天线使用陶瓷、合成树脂和多层基板中的一者作为介电体。
12.根据权利要求1至6中任一项所述的层叠贴片天线，其特征在于，所述寄生元件具有六角形主体，该六角形主体具有两条相对的平行边、垂直于左边和右边这两条平行边的下边、以及比所述下边短并且平行于所述下边的上边，并且在平面图中，所述寄生元件的从上边到下边的长度比所述第二贴片天线的从上边到下边的长度大，并且所述寄生元件的从左边和右边开始的宽度比所述第二贴片天线的宽度小。
13.根据权利要求7所述的层叠贴片天线，其特征在于，所述寄生元件具有六角形主体，该六角形主体具有两条相对的平行边、垂直于左边和右边这两条平行边的下边、以及比所述下边短并且平行于所述下边的上边，并且在平面图中，所述寄生元件的从上边到下边的长度比所述第二贴片天线的从上边到下边的长度大，并且所述寄生元件的从左边和右边开始的宽度比所述第二贴片天线的宽度小。
14.根据权利要求8所述的层叠贴片天线，其特征在于，所述寄生元件具有六角形主体，该六角形主体具有两条相对的平行边、垂直于左边和右边这两条平行边的下边、以及比所述下边短并且平行于所述下边的上边，并且在平面图中，所述寄生元件的从上边到下边的长度比所述第二贴片天线的从上边到下边的长度大，并且所述寄生元件的从左边和右边开始的宽度比所述第二贴片天线的宽度小。
15.根据权利要求9所述的层叠贴片天线，其特征在于，所述寄生元件具有六角形主体，该六角形主体具有两条相对的平行边、垂直于左边和右边这两条平行边的下边、以及比所述下边短并且平行于所述下边的上边，并且在平面图中，所述寄生元件的从上边到下边的长度比所述第二贴片天线的从上边到下边的长度大，并且所述寄生元件的从左边和右边开始的宽度比所述第二贴片天线的宽度小。
16.根据权利要求1至6中任一项所述的层叠贴片天线，还包括：绝缘间隔件，其布置在所述第二贴片天线与所述寄生元件之间，以支撑所述寄生元件。
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