CN112585817A - 天线、天线装置、以及车载用天线装置 - Google Patents

天线、天线装置、以及车载用天线装置 Download PDF

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Abstract

本发明的天线(100)具有：地板(110)；和辐射振子(130)，该辐射振子(130)为向规定的扩开方向扩开的形状，并为以与作为馈电部的馈电线(151)连接的端部(135)为基准的自相似形状。辐射振子(130)将端部(135)朝向地板(110)并以相对于端部(135)立起的状态下配置。并且，辐射振子(130)具有隔着沿扩开方向的规定虚拟对称面(A1)而成为面对称的第1辐射振子部(131)以及第2辐射振子部(133)，由此构成向扩开方向扩开的形状。

Description

天线、天线装置、以及车载用天线装置
技术领域
本发明涉及天线、天线装置、以及车载用天线装置。
背景技术
作为具有宽带域特性的天线，而存在具有自相似形状的自相似天线。例如，作为自相似天线之一的蝴蝶结天线，已知能作为在大约600MHz至6GHz的宽频带中稳定工作的宽带域天线。
在专利文献1中公开了使用蝴蝶结天线的天线装置。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2002－43838号公报
发明内容
蝴蝶结天线的特征之一为无指向性。由此，在设计具有无指向性且宽带域特性的天线时，蝴蝶结天线可以作为一个选项。但是，在设计又需要具有宽带域特性又需要提高所希望的方向上的增益的天线时，仅通过直接适用包括以往的蝴蝶结天线在内的以往的自相似天线的技术，是难以实现的。
本发明所要解决的课题在于，提供一种实现能够提高向所希望的方向上的增益的宽带域天线的技术。
用于解决上述课题的本发明的第1方式为一种天线，其具有在相对于与馈电部连接的端部立起的状态下配置、且向规定的扩开方向扩开的形状的辐射振子，所述辐射振子具有隔着沿所述扩开方向的规定虚拟对称面成为面对称的第1辐射振子部以及第2辐射振子部，由此构成所述扩开形状，成为以所述端部为基准的自相似形状。
根据第1方式，能够将辐射振子的形状设为向规定的扩开方向扩开的形状，并设为以与馈电部连接的端部为基准的自相似形状，将该辐射振子配置为相对于该端部立起的状态，由此构成天线。根据本方式的天线，能够提高扩开方向上的增益。因此，能够通过扩开方向的朝向来控制天线的指向性，能够实现使向所希望的方向上的增益得到提高的宽带域天线。
第2方式为，在第1方式的天线中，所述第1辐射振子部以及所述第2辐射振子部所成的所述扩开开度为20度以上且160度以下。
根据第2方式，能够将基于辐射振子的扩开形状形成的向扩开方向上的开度设为20度以上且160度以下。
第3方式为，在第1或第2方式的天线中，所述第1辐射振子部以及所述第2辐射振子部借助位于所述虚拟对称面上的规定的折曲部而一体构成。
根据第3方式，能够构成为，使一体构成的第1辐射振子部以及第2辐射振子部在折曲部折曲，能够使辐射振子以规定开度扩开。
第4方式为，在第3方式的天线中，在俯视所述第1辐射振子部以及所述第2辐射振子部的情况下，所述扩开形状为在所述折曲部折曲后的V字状形状。
根据第4方式，能够将扩开形状设为在俯视第1辐射振子部以及第2辐射振子部的情况下在折曲部折曲后的V字状形状。
第5方式为，在第3或第4方式的天线中，所述折曲部具有直线状的折曲线，向所述虚拟对称面的投影观察下所述辐射振子在所述折曲线的方向上的长度为天线带域频率的下限电波的1/8波长以上的长度。
根据第5方式，能够将辐射振子向虚拟对称面的投影观察下的该辐射振子沿着折曲线的方向上的长度设为1/8波长以上。
第6方式为，在第1或第2方式的天线中，所述第1辐射振子部以及所述第2辐射振子部以不包含位于所述虚拟对称面上的规定的虚拟折曲部的一部分的方式一体构成。
根据第6方式，能够将一体构成的第1辐射振子部以及第2辐射振子部构成为以不包括虚拟折曲部的一部分的方式折曲，由此能够使辐射振子以规定开度扩开。
第7方式为，在第6方式的天线中，在俯视所述第1辐射振子部以及所述第2辐射振子部并向所述端部侧投影的情况下，所述扩开形状为以所述端部为基点的V字状形状。
根据第7方式，能够将扩开形状设为在俯视第1辐射振子部以及第2辐射振子部的情况下以端部为基点的V字状形状。
第8方式为，在第6或第7方式的天线中，所述虚拟折曲部具有直线状的虚拟折曲线，向所述虚拟对称面的投影观察下所述辐射振子在所述虚拟折曲线的方向上的长度为天线带域频率的下限电波的1/8波长以上的长度。
根据第8方式，能够将辐射振子向虚拟对称面的投影观察下的该辐射振子沿着虚拟折曲线的方向上的长度设为1/8波长以上。
第9方式为，在第5或第8方式的天线中，所述天线带域频率的下限为1GHz以上。
根据第9方式，能够使天线带域频率为1GHz以上。
第10方式为，一种天线装置，其具有多个第1～第9中任一方式的天线。
根据第10方式，能够实现具有多个第1～第9中任一方式的天线的天线装置。
第11方式为，一种天线装置，其将所述扩开方向朝向不同方向而具有多个第1～第9中任一方式的天线。
根据第11方式，能够将第1～第9中任一方式的多个天线以使其扩开方向朝向不同方向的方式配置而构成天线装置。由此，能够通过各天线来提高其扩开方向上的增益，因此例如以覆盖规定平面中的所有方位的方式调整天线的数量和/或各自的扩开方向，由此能够在宽带域中实现具有高增益且无指向性的特征的天线装置。
第12方式为，一种车载用天线装置，其具有：第1～第9中任一方式的天线；天线带域频率低于所述天线的天线带域频率的广播接收用的其他天线；和收容所述天线以及所述其他天线的壳体。
根据第12方式，能够实现一种车载用天线装置，其在壳体内收容有起到与第1～第9中任一方式同样的效果的天线、和与其相比天线带域频率低的广播接收用的其他天线。
第13方式为一种天线，其具有在相对于与馈电部连接的端部立起的状态下配置、且向规定的扩开方向扩开的形状的辐射振子，所述辐射振子具有隔着沿所述扩开方向的规定虚拟对称面成为面对称的第1辐射振子部以及第2辐射振子部，由此构成所述扩开形状，所述端部与所述第1辐射振子部所成的角度为锐角，所述端部与所述第2辐射振子部所成的角度为锐角。
根据第13方式，能够将辐射振子的形状设为向规定的扩开方向扩开的形状，将端部与第1辐射振子部所成的角度设为锐角，将端部与第2辐射振子部所成的角度设为锐角，将该辐射振子配置为相对于该端部立起的状态，由此构成天线。根据本方式的天线，能够提高扩开方向上的增益。因此能够通过扩开方向的朝向来控制天线的指向性，能够实现使向所希望的方向上的增益得到提高的宽带域天线。
附图说明
图1是表示车载用天线装置的内部构成例的图。
图2是表示天线装置中的一个天线的构成例的图。
图3是说明天线的基本特性的说明图。
图4是说明天线的基本特性的其他说明图。
图5是说明天线的基本特性的其他说明图。
图6是表示天线装置中的天线的构成例的其他图。
图7是设为开度δ＝180度的情况下的天线的俯视图。
图8是设为开度δ＝120度的情况下的天线的俯视图。
图9是设为开度δ＝90度的情况下的天线的俯视图。
图10是设为开度δ＝60度的情况下的天线的俯视图。
图11是设为开度δ＝20度的情况下的天线的俯视图。
图12是表示使用频率为1700MHz时的指向性图的图。
图13是表示使用频率为2500MHz时的指向性图的图。
图14是表示使用频率为3500MHz时的指向性图的图。
图15是表示使用频率为4500MHz时的指向性图的图。
图16是表示使用频率为5500MHz时的指向性图的图。
图17是表示使用频率为6000MHz时的指向性图的图。
图18是表示两个天线间的通过损失特性的图表。
图19是表示天线的VSWR特性的图表。
图20是表示变形例中的天线的构成例的图。
图21是表示具有多个图20的天线的天线装置的构成例的图。
图22是表示两个天线间的包络线相关系数的图表。
图23是表示两个天线间的通过损失特性的图表。
图24是表示水平面平均增益的图表。
图25是表示辐射效率的图表。
图26是表示VSWR特性的图表。
图27是表示使用频率为1700MHz时的指向性图的图。
图28是表示使用频率为2500MHz时的指向性图的图。
图29是表示使用频率为3500MHz时的指向性图的图。
图30是表示使用频率为4500MHz时的指向性图的图。
图31是表示使用频率为5500MHz时的指向性图的图。
图32是表示使用频率为6000MHz时的指向性图的图。
具体实施方式
以下，参照附图来说明本发明的优选实施方式的一例。此外，本发明并没有由以下说明的实施方式所限定，能够适用本发明的方式也没有限定于以下的实施方式。另外，在附图的记载中，对相同部分标注相同的附图标记。
首先，在本实施方式中，如下所述地定义方向。即，本实施方式的车载用天线装置1搭载于乘用车等车辆来使用，将其前后、左右、上下的方向设为与向车辆搭载时的车辆的前后、左右、上下的方向相同。并且，将前后方向定义为Y轴方向，将左右方向定义为X轴方向，将上下方向定义为Z轴方向。为了易于了解该正交三轴的方向，在各图中标记了对与各轴方向平行的方向进行表示的参照方向。各图所示的参照方向的交点并非意味着坐标原点。仅表示参照方向。另外，本实施方式的车载用天线装置1的外观被设计为，前方细窄且随着从向车辆的安装面趋向上方，左右的宽度逐渐变窄，由此，设计特征能够有助于方向的理解。
图1是表示本实施方式中的车载用天线装置1的内部构成例的立体透视图。如图1所示，车载用天线装置1构成为，在由作为壳体的天线壳体11与天线底座13所形成的空间内收容有多种类型的天线。例如收容有：天线装置10，其具有能够用作无线通信用天线等的两个天线100(100-1、100-2)；广播天线20；卫星广播天线30；和GNSS(Global NavigationSatellite System)天线40。
更具体地，天线壳体11具有在中央部向上方突出的形状。即，天线壳体11具有鲨鱼鳍形状。并且，在其内部空间的上方、在突出的部分的内侧配置有广播天线20的电容加载振子23，在电容加载振子23的下方配置有螺旋振子21。另外，在内部空间的底部后方侧配置有天线装置10的两个天线100-1、100-2，在内部空间的底部前方侧配置有卫星广播天线30和GNSS天线40。关于配置于车载用天线装置1的天线100-1、100-2的全高、即从天线底座13到高至最上方的位置为止的长度，天线100-1、100-2均低于广播天线20的全高。也可以说，天线100-1、100-2配置于比广播天线20低的位置。另外，天线100-1、100-2与广播天线20相比配置于后方的位置。
广播天线20例如为用于接收AM广播放送以及FM广播放送的放送波的广播接收用天线。广播天线20具有将导体卷绕为螺旋状的螺旋振子21、和对螺旋振子21施加对地静电电容的电容加载振子23，通过电容加载振子23和螺旋振子21在FM波带共振，由电容加载振子23接收AM波带。广播天线20的天线带域频率低于天线装置10的天线带域频率。因此可以说，在天线100与广播天线20(对天线100来说，为其他天线))之间，不论根据配置位置，还是根据频带域，都难以发生干涉。
卫星广播天线30例如为用于接收天狼星(Sirius)XM广播等的卫星广播放送的放送波的天线。对于卫星广播天线30，例如能够使用如图1所示的贴片天线等平面天线31。另外，如图1所示，能够相对于平面天线31配置无馈电振子32来构成卫星广播天线30。此外，天线的类型不限于此，可以适当选择。
GNSS天线40是用于接收从GPS卫星等测位用卫星发送的卫星信号的天线。
接下来说明天线100。图2是表示天线装置10中的一个天线100(例如后方侧的天线100-1)的构成例的放大图。此外，如随后详述那样，本实施方式的天线100设为其辐射振子130向规定的扩开方向(在图2的例中，向作为Y轴负方向的后方朝向)扩开的形状，但在图2中，表示了完全扩开的状态(扩开开度δ＝180度的状态)。
如图2所示，天线100具有：地板110；和辐射振子130，该辐射振子130在将端部135朝向地板110而相对于地板110立起的状态下、换言之相对于端部135立起的状态下配置。
地板110具有沿上下(Z轴方向)贯穿的穿插孔111。在穿插孔111内穿插有馈电线。并且，在穿插孔111的正上位置，被朝向地板110的辐射振子130的端部135与作为馈电部的馈电线150连接。在由同轴线缆构成馈电线150的情况下，同轴线缆的内部导体151与端部135连接，外部导体与地板110连接。
辐射振子130具有以端部135为基准的自相似形状。辐射振子130在图2所示的开度δ为180度的状态下，其形状具有半椭圆形的板状，板面配置为相对于地板110垂直且将扩开方向设为后方朝向(Y轴负方向)。也可以说，板面与XZ平面平行地配置。在图2中，由单点划线表示辐射振子130的左右方向上的中心线。
在此，说明天线100的基本特性、尤其基于自相似形状所决定的特性。为了易于理解，以作为自相似形状的天线所熟知的蝴蝶结天线为例来说明。首先，作为前提，当天线尺寸与频率保持反比例的关系时，即使天线尺寸或频率改变，天线的电气特性也表示原理性上相同的特性。例如，对于单极天线，当电流分布表现出共振的举动(Behavior)时，其天线尺寸(高度)L与频率f由图3所示的关系式(1)表现。另外，通常，频率f在某一天线尺寸L下的举动与关系式(2)所示的频率nf在1/n的天线尺寸L/n下的举动相同。
接下来，如图4所示，考虑一种高度为无限大的两个等腰三角形状的辐射振子使其顶点对抵而相对配置的构造。该构造的天线为蝴蝶结天线。在这种构造中，无论怎样改变比例(尺寸)(在图4的例中为1/n倍)，在变更的前后形状都相同并具有自相似的关系。因此，不论频率成为多少倍，在天线尺寸相同的情况下，两者也表示相同电气特性。尤其，无论在哪个频率下输出阻抗都表示几乎固定的值，由此成为宽带域天线中重要的特性。
由于能够现实制作的天线尺寸是有限的，所以截取自相似形状的有限范围来使用。例如，如图5的虚线所示，当以对抵的顶点为基准，在从顶点成为规定长度的位置截取时，仅在由截取后的离顶点的长度所决定的规定频率以上，表现不依存于频率的固定特性。示出该特性的频率的下限具有与天线尺寸为反比例的关系。
另外，在实际的设计中，为了阻抗的调整等，有时将辐射振子的形状从等腰三角形进行变形。例如，能够将等腰三角形状设计变更为本实施方式的天线100的辐射振子130那样的半椭圆形状。在该情况下，也能够利用根据自相似形状所获得的固定的电气特性。
本实施方式的天线100取代如蝴蝶结天线那样地使两个辐射振子的顶点对抵而相对配置的结构，具有地板110、和自相似形状的一个辐射振子130。并且构成为，在使成为自相似形状基准的端部135向着地板110立起的状态下配置。通过该构成，本实施方式的天线100能够相似地获得与蝴蝶结天线大致同样的作用效果。虽然只有一个辐射振子130，但能够通过地板110而获得如虚拟地在相反侧相对配置有另一个辐射振子那样的作用效果。
返回图2。如上所述地具有自相似形状(例如半椭圆形状)的辐射振子130通过隔着沿扩开方向(在图2的例中为作为Y轴负方向的后方朝向)的规定虚拟对称面(在图2的例中为与YZ平面平行的面)A1成为面对称的第1辐射振子部131以及第2辐射振子部133，构成该辐射振子130的扩开形状。在本实施方式中，第1辐射振子部131以及第2辐射振子部133将位于虚拟对称面A1上的沿着中心线的直线状部分作为折曲部137，借助该折曲部137一体构成。此外，在辐射振子130中，端部135与第1辐射振子部131所成的角度为锐角，端部135与第2辐射振子部133所成的角度为锐角。端部135配置于地板110。由此，端部135与第1辐射振子部131所成的角度相当于第1辐射振子部131中从端部135延伸的外侧的部分与地板110所成的角度。同样地，端部135与第2辐射振子部133所成的角度相当于第2辐射振子部133中从端部135延伸的外侧的部分与地板110所成的角度。此外，端部135与第1辐射振子部131所成的角度、和端部135与第2辐射振子部133所成的角度大致相同。
并且，在辐射振子130中，通过折曲部137的折曲角度，设定了辐射振子130的扩开开度(第1辐射振子部131与第2辐射振子部133所成的角度)δ。在图6中表示将开度δ设为60度的天线100。天线100通过变更开度δ，能够使其特性变化。
图7是在将第1辐射振子部131以及第2辐射振子部133所成的角度、即开度δ设为180度的情况下的天线100的俯视图。另外，将从使第1辐射振子部131以及第2辐射振子部133设为同一平面状的状态在折曲部137折曲后的、第1辐射振子部131以及第2辐射振子部133各自的位移角度作为折曲角度θ，一并在图中表示。在图7的情况下，折曲角度θ为0度。能够通过δ＝180-θ×2，来换算角度。另外，图8表示将δ设为120度(θ设为30度)的情况下的天线100的俯视图，图9表示将δ设为90度(θ设为45度)的情况下的天线100的俯视图，图10表示将δ设为60度(θ设为60度)的情况下的天线100的俯视图，图11表示将δ设为20度(θ设为80度)的情况下的天线100的俯视图。如根据图8～图11所知那样，由第1辐射振子部131以及第2辐射振子部133得到的扩开形状为在俯视下第1辐射振子部131以及第2辐射振子部133在折曲部137折曲后的V字状(山形状)的形状。并且，图12～图17是表示在不同的频率中，由图7～图11的各折曲角度θ所取得的水平面(XY平面)的指向性图的图。具体地，图12表示将使用频率设为1700MHz的情况下的指向性图，图13表示将使用频率设为2500MHz的情况下的指向性图，图14表示将使用频率设为3500MHz的情况下的指向性图，图15表示将使用频率设为4500MHz的情况下的指向性图，图16表示将使用频率设为5500MHz的情况下的指向性图，图17表示将使用频率设为6000MHz的情况下的指向性图。
例如，如图12所示，在使用频率为1700MHz(＝1.7GHz)的情况下，各方位的指向性不存在较大的差异，另外，即使将开度δ从180度变更为20度(将折曲角度θ从0度变更为80度)，在1700MHz下，指向性也没有显出明显的差异。相对于此，当如图13～图17所示地增高频率时，每个开度δ(折曲角度θ)的指向性显出差异。例如，在图17所示的6000MHz(＝6.0GHz)下，与开度δ(折曲角度θ)对应的指向性的差异明显地被显出。
具体地，当开度δ为180度(折曲角度θ为0度)时，在6.0GHz下，与X轴方向(左右方向)相比，Y轴正方向(前方方向，方位角180度方向)以及Y轴负方向(后方方向，方位角0度方向)的方位的增益均以相同的方式表现得较高，在前方方向以及后方方向上分别表现出方位角范围为60度(若为后方方向，则是方位角0度～方位角30度与方位角330度～方位角360度的合计)左右的有限的方位角范围的指向性。相对于此，当使开度δ从180度变小(使折曲角度θ从0度变大)时，在作为扩开方向的后方方向(Y轴负方向)的方位上，显出比开度δ为180度(折曲角度θ为0度)时的增益高的增益。另外，当使开度δ变小(使折曲角度θ变大)时，从作为扩开方向的后方方向(Y轴负方向)的方位直到接近左右方向的方位，显出高增益的方位角范围逐渐扩大。相反地，作为与扩开方向为相反方向的前方方向(Y轴正方向)侧的增益，随着开度δ变小(折曲角度θ变大)而降低。这样地，本实施方式的天线100起到如下的作用效果：即，若频率变高，则显出向扩开方向上的指向性并示出与开度δ对应的指向性的差异；若开度δ变小(折曲角度θ变大)，则可获得高增益的方位角范围以扩开方向的方位为中心逐渐扩大。
在天线100的天线带域频率包含5～6GHz的情况下，将开度δ设为1度以上且179度以下的范围能够获得在扩开方向侧高的增益，但优选为，将开度δ设为20度以上且160度以下的范围，由此可以说，能够获得可在包括扩开方向的方位在内的、扩开方向侧得到高增益的方位角范围。此时，即使在将天线带域频率的下限设为1GHz，使用频率为1GHz的情况下，也如根据图12所推测地那样，成为所有方位的增益较高的状态，由此扩开方向侧的增益也保持于较高的状态。因此，可以说将开度δ设为20度以上且160度以下的范围来构成天线100，并将天线带域频率的下限设为1GHz以上，是根据现在以及将来的移动通信标准的频带域而实用的宽带域的天线特性。
但在天线100单体将超过4GHz的频率设为使用频率的情况下，通过将开度δ设为20度以上且160度以下的范围能够得到在扩开方向上较高的增益，在相反一面，例如与扩开方向为相反方向上的增益变低。由此，能够根据单体的天线100所表现的特性，将扩开方向向着不同的朝向而配置多个单体的天线100，由此实现作为整体为高增益且无指向性或接近无指向性的宽带域天线。例如，在图6等所示的天线100的基础上，将扩开方向设为相反朝向(将辐射振子130的扩开方向朝向Y轴正方向)而背对背地配置其他的天线100。图1的天线装置10的构成为该一例。由此，能够实现作为具有两个天线100的天线装置整体而具有无指向性或接近无指向性的天线装置10。
图18是表示在配置有两个将扩开方向设为相反朝向的天线100来构成一个天线装置的情况下的电力从一个天线100的馈电点向另一个天线100的馈电点的通过损失特性的图。表示将各辐射振子130的开度δ分别设为180度、140度、120度、60度、20度(若以折曲角度θ表示，则设为0度、20度、30度、60度、80度)的情况下的通过损失的值。如图18所示，在配置有多个天线100的情况下的通过损失的值随着开度δ越小(折曲角度θ越大)而变得越低，能够在宽频率范围中提高天线100间的隔离度。
如参照图12～17所说明地那样，即使为相同开度δ，6.0GHz下可获得高增益的方位角范围也窄于1.7GHz的情况。并且，通过缩小开度δ，能够扩大以扩开方向为中心的可获得高增益的方位角范围。缩小开度δ还如图18所示那样关系着隔离度的提高。但若缩小开度δ，则扩开方向的方位(Y轴负方向)上的增益逐渐降低。因此，在由多个天线100构成天线装置的情况下，通过恰当选择所使用的各天线100的开度δ(折曲角度θ)，能够将有关增益、指向性的范围、以及隔离度的平衡最优化。
图19是表示天线100的电气特性的图。表示将开度δ设为180度、140度、120度、60度、20度(若由折曲角度θ表示，则设为0度、20度、30度、60度、80度)的情况下的天线100的VSWR(Voltage Standing Wave Ratio)。如图19所示，天线100不具备在1.7GHz～6.0GHz的整个频率范围中均示出最佳VSWR的固定的开度δ。但是，可以说大概在开度δ为60度～140度中，与其他的开度δ相比，能够在1.7GHz～6.0GHz的整个频率范围中获得更为良好的VSWR。另外，在4.7GHz～5.4GHz的频率范围中，具有开度δ为20度时为最佳的VSWR特性。因此，若参照图12～图17、图19的特性，则通过恰当选择所使用的天线100的开度δ(折曲角度θ)，能够使关于增益、指向性的范围、VSWR的平衡最优化。
为了车载用天线装置1的小型化或在车载用天线装置1内收容更多的天线，希望天线100的尺寸尽可能地小，但为了获得所希望的天线特性，需要某种程度的尺寸。因此，本实施方式的天线100中，将辐射振子130的高度设为天线带域频率的下限电波的1/8波长以上。如下所述地定义辐射振子130的高度。将辐射振子130向虚拟对称面A1投影观察情况下的辐射振子130沿着折曲部137的折曲线的方向的长度设为辐射振子130的高度。辐射振子130具有如在折曲部137折曲那样的形状。在没有折曲而设定为开度δ＝180度的天线100的情况下，成为图2所示的方式。此时，在将辐射振子130向虚拟对称面A1投影观察的情况下，其投影观察时的像成为作为折曲部137的折曲线(图2中的由单点划线所示的中心线)，由此沿着折曲线的方向的长度成为折曲线的长度本身。因此，关于图2的辐射振子130，折曲线的长度为辐射振子130的高度。
在如图6所示的、设定为开度δ＝60度的天线100的情况下，当将辐射振子130向虚拟对称面A1(参照图2)投影观察时，其投影观察时的像成为利用长轴和短轴将椭圆四等分后的形状的像。但是在该情况下，折曲部137的沿着折曲线的长度也成为折曲线的长度。由此，折曲线的长度成为辐射振子130的高度。
在图2和图6中，设置为以使折曲部137的折曲线相对于地板110正交的方式使天线100直立的立起状态，但是即使在设为不直立，将扩开方向朝向斜上的立起状态的情况下，辐射振子130的高度也为相同定义。另外，即使在没有将开度δ＝180度的辐射振子130设为半椭圆形状的情况(例如，后述的图20的形状)下，辐射振子130的高度也为相同定义。能够将该辐射振子130的高度设为天线带域频率的下限电波的1/8波长以上。
如以上所说明那样，根据本实施方式的天线100，能够提高扩开方向上的增益。因此，能够根据配置于地板110上的辐射振子130的朝向(将扩开方向向着哪个朝向来配置)来控制天线100的指向性，能够实现使向所希望的方向上的增益得到提高的宽带域天线。
另外，根据具有多个(例如两个)该天线100的天线装置10，能够通过各天线100提高其扩开方向上的增益。因此，通过以覆盖所有方位的方式调整天线100的数量、各自的扩开方向和/或其开度δ，能够在宽带域中实现高增益且无指向性(或接近无指向性的特性)的天线装置。
另外，构成天线装置10的各天线100配置于比作为其他天线的广播天线20低的位置。在此基础上，其他天线(在该情况下，为广播天线20)的天线带域频率低于天线100的天线带域频率(1GHz以上)。因此，可以说构成为，难以从其他天线(在该情况下为广播天线20)相对于天线100发生干涉。
另外，辐射振子130的高度为1/8波长以上。因此，在天线带域频率为1GHz以上的情况下，尤其能够缩小高度，提高车载用天线装置1内的配置的自由度。
以上说明了实施方式的一例。能够适用本发明的方式并不限于上述实施方式，能够适当进行构成要素的追加、省略、变更。例如能够将本发明适用于上述实施方式变形后的如下变形例。
[变形例1]
例如，在上述实施方式中，例举了开度δ为180度的状态下为半椭圆形状的辐射振子130，但辐射振子的形状并非限于此，能够设为等腰三角形状、或将这些恰当设计变更后的形状。此外，在该情况下，端部与第1辐射振子部所成的角度也是锐角，端部与第2辐射振子部所成的角度也是锐角。并且，端部与第1辐射振子部所成的角度、和端部与第2辐射振子部所成的角度大致相同。
另外，也能够设为如图20所示的形状。图20是表示本变形例中的天线100b的构成例的图。如图20所示，构成本变形例的天线100b的辐射振子130b具有使图6所示的辐射振子130的一部分被切缺的形状。具体地，辐射振子130b具有在图2、6所示的辐射振子130中将包括其折曲部137在内的中央部分(图20中由虚线所示的部分)切缺的形状。
在上述实施方式中，如参照图8～图11所说明地那样，基于第1辐射振子部131以及第2辐射振子部133所确定的扩开形状为在俯视下第1辐射振子部131以及第2辐射振子部133在折曲部137折曲后的V字状(山形状)的形状。在本变形例中，其概略形状也几乎相同。天线100b所具有的两个辐射振子部(第1辐射振子部131b以及第2辐射振子部133b)在俯视下配置为以端部135为基点的V字状(山形状)的形状。由此，在将第1辐射振子部131b以及第2辐射振子部133b在俯视下向端部135侧投影的情况下，扩开后的形状成为以端部135为基点的V字状(山形状)的形状。此外，辐射振子130b与辐射振子130同样地，通过隔着虚拟对称面A2成为面对称的第1辐射振子部131b以及第2辐射振子部133b而构成该辐射振子130b的扩开形状。
另外，在辐射振子130b中，将沿着成为虚拟对称面A2上的中心线的直线状部分设为虚拟折曲部137b。该虚拟折曲部137b是将第1辐射振子部131b以及第2辐射振子部133b向虚拟对称面A2侧分别延长的部分、与虚拟对称面A2相交的直线状部分。即，第1辐射振子部131b以及第2辐射振子部133b以不包含位于虚拟对称面A2上的规定的虚拟折曲部137b的一部分的方式一体构成。此外，在辐射振子130b中，端部135与第1辐射振子部131b所成的角度为锐角，端部135与第2辐射振子部133b所成的角度为锐角。端部135配置于地板110。由此，端部135与第1辐射振子部131b所成的角度相当于第1辐射振子部131b中从端部135延伸的外侧的部分与地板110所成的角度。同样地，端部135与第2辐射振子部133b所成的角度相当于第2辐射振子部132b中从端部135延伸的外侧的部分与地板110所成的角度。此外，端部135与第1辐射振子部131b所成的角度、和端部135与第2辐射振子部133b所成的角度大致相同。
如果在将第1辐射振子部131b和第2辐射振子部133b的开度δ如图2的辐射振子100那样地设为180度的情况下，在将辐射振子130b向虚拟对称面A2投影观察时，该投影观察时的像成为作为虚拟折曲部137b的虚拟折曲线。并且，关于将开度δ设为180度的辐射振子130b，沿着虚拟折曲线方向的方向上的辐射振子130b的长度为虚拟折曲线的长度本身。因此，在任意的开度δ中，辐射振子130b的虚拟折曲线的长度成为辐射振子130b的高度。并且，本实施方式的变形例的天线100b中，将辐射振子130b的高度设为天线带域频率的下限电波的1/8波长以上。
这样地具有一部分被切缺的形状的天线100b若提高频率，则与图12～图17所示的情况同样地，每个开度δ(折曲角度θ)的指向性显出差异。
更具体地，图27表示将使用频率设为1700MHz的情况下的指向性图，图28表示将使用频率设为2500MHz的情况下的指向性图，图29表示将使用频率设为3500MHz的情况下的指向性图，图30表示将使用频率设为4500MHz的情况下的指向性图，图31表示将使用频率设为5500MHz的情况下的指向性图，图32表示将使用频率设为6000MHz的情况下的指向性图。
例如，如图27所示，在使用频率为1700MHz(＝1.7GHz)的情况下，各方位的指向性不存在较大的差异，另外，即使将开度δ从180度改变至20度(将折曲角度θ从0度改变至80度)，在1700MHz下，指向性也没有显出明显的差异。相对于此，若如图28～图32所示地提高频率，则每个开度δ(折曲角度θ)的指向性显出差异。例如，在图32所示的6000MHz(＝6.0GHz)下，明显显出与开度δ(折曲角度θ)对应的指向性的差异。此外，图27～图32是表示在不同的频率下，以各折曲角度θ取得的水平面(XY平面)的指向性图的图。
另外，也能够构成具有多个本变形例的天线100b的天线装置。例如，如图21所示，能够构成将地板110共用并配置有两个天线100b-1、100b-2的天线装置10b。具体地，各天线100b-1、100b-2的辐射振子130b以使彼此的扩开方向为不同朝向(在图21的例中为沿着Y轴方向前后相反的朝向)的方式配置于地板110上。根据该天线装置10b，能够保持辐射振子130b的辐射效率，且同时降低辐射振子130b间的相关系数。因此，能够进一步提高辐射振子130b间的隔离度。
以下，使用图22～图26来具体说明基于该天线装置10b获得的电气特性。此外，在图22～图26中，如图21所示的天线装置10b那样地，配置有两个天线。即，在天线装置10b中，扩开开度为相同的各天线的辐射振子130b以彼此的扩开方向为不同的朝向(例如沿着Y轴方向为前后相反的朝向)配置。此外，在图22～图26中，以配置有不具有切缺的两个天线的天线装置为参照例来例举表示。即，在参照例的天线装置中，如图6所示地不具有切缺的天线振子以彼此的扩开方向为不同的朝向(例如沿着Y轴方向为前后相反的朝向)配置。此外，示出参照例的天线装置中的各天线的扩开开度与天线装置10b中的各天线的扩开开度相同的情况。在图22～图26中，将扩开开度δ设为20度(折曲角度θ为80度)。
图22是表示包络线相关系数的图。包络线相关系数表示两个天线间的辐射方向图的类似性的程度。由此，在两个天线间辐射方向图越相似，包络线相关系数越高。此外，以下将包络线相关系数简略地适当称为相关系数。在参照例的天线装置中，在从4000MHz(＝4.0GHz)到低域的频带范围内具有相关系数变高的倾向，1700MHz(＝1.7GHz)下的相关系数为大约0.6。推测这是因为如图12所示地，在1700MHz下，即使使扩开开度δ变化，指向性也不存在显著的变化，即使将两个天线以前后相反的朝向配置，辐射方向图也类似。另一方面，在天线装置10b中，虽然从4000MHz到低域的频带范围内具有相关系数变高的倾向，但1700MHz下的相关系数为大约0.4。即，天线装置10b相较于参照例的天线装置能够降低相关系数的增加。换言之，在因折曲导致的指向性的变化程度较小的频带中，根据切缺的有无会在相关系数中显出差异。
图23是表示电力从一个天线的馈电点向另一个天线的馈电点的通过损失特性的图。如图23所示，参照例的天线装置中，能够在较宽的频率范围中提高天线间的隔离度。并且，在天线装置10b中，相较于参照例的天线装置，例如能够在4000MHz以下(＝4.0GHz以下)的频带中进一步提高隔离度。
此外，图24是表示水平面平均增益的图，图25是表示辐射效率的图，图26是表示VSWR特性的图。如图24～图26所示，天线装置10b具有与参照例的天线装置同样的水平面平均增益、辐射效率、VSWR特性。即，在将各天线的扩开开度为相同的天线振子配置为彼此的扩开方向不同的朝向的情况下，通过具有一部分被切缺的形状，能够以几乎不会使水平面平均增益、辐射效率、VSWR特性变化的方式，降低包络线相关系数的增加、提高隔离度。
此外，天线装置10b中，两个天线100b-1、100b-2也可以为，不共用地板110而分别对各天线设置地板。与上述实施方式的构成同样地，天线装置10中，两个天线100-1、100-2也可以为，不共用地板110而分别设于不同的地板(具体地，基板的接地配线、金属底座、车辆的车顶等)。
[其他变形例]
另外，在上述实施方式中，例举了具有两个天线100的天线装置10，但构成天线装置10的天线100的数量不限于两个，也可以构成为，具有三个以上的天线100。例如，可以将天线100的数量设为四个，将各个辐射振子130的扩开方向朝着前后左右的四个方向分别配置。
另外，天线装置10所具有的多个天线100各自的开度δ不需要相同，可以为不同的角度。对于高度，由于提高了较高的天线在较低的频率下的增益，所以可以为了提高所使用的频带域或多个频带域内的增益，而各自调整来将天线100的高度设定为不同的高度。
另外，在上述实施方式中，在配置多个天线100的情况下，设为将辐射振子130的扩开方向朝着不同的方向配置。相对于此，也可以将辐射振子130的扩开方向朝着相同的方向配置。由此，能够相对于辐射振子130所朝向的方向提高增益。此外，在该情况下，也可以变更各辐射振子130的开度δ。
另外，在上述实施方式中，说明了车载用天线装置1中多个天线100如图1所示地配置于广播天线20的后方的构成，但实施方式并不限定于此。例如，在车载用天线装置1中，多个天线100的配置能够任意地变更。例如，多个天线100可以配置于广播天线20的前方。另外，例如，多个天线100可以配置为夹着广播天线20的位置关系。若举出一例，则多个天线100可以配置为从前后方向夹着广播天线20的位置关系，也可以配置为从左右方向夹着广播天线20的位置关系。
另外，在车载用天线装置1中，在广播天线20的前方或后方配置有一个以上的天线100的情况下，可以在电容加载振子23的前后方向的大致中央线上配置有一个以上的天线100的至少一部分的区域。另外，在车载用天线装置1中，以从前后方向夹着广播天线的位置关系配置多个天线100的情况下，也可以在电容加载振子23的前后方向的大致中央线上，配置有一个以上的天线100的至少一部分的区域。
另外，在高域侧的频带中工作的情况下，能够将天线100的高度设计得更低。该结果为，能够提高天线100的设计自由度。
另外，在上述实施方式中，说明了天线100收容于天线壳体11内的构成，但也可以收容于天线壳体11之外的壳体。换言之，天线100可以收容于鲨鱼鳍形状的天线壳体11之外的壳体。另外，在该情况下，壳体的形状能够任意地变更。
另外，在上述实施方式中，例举了搭载于车辆的车载用天线装置，但并不限于此。例如能够同样地适用于搭载于航空器或船舶等的天线装置、或在无线通信的基站所用的天线装置等。
附图标记说明
1…车载用天线装置
11…天线壳体
13…天线底座
10…天线装置
100(100-1、100-2)、100b(100b-1、100b-2)…天线
110…地板
130，130b…辐射振子
131…第1辐射振子部
133…第2辐射振子部
135…端部
137…折曲部
151…馈电线(馈电部)
20…广播天线
30…卫星广播天线
40…GNSS天线
δ…开度
θ…折曲角度

Claims (13)

1.一种天线，其特征在于，
具有向规定的扩开方向扩开的形状的辐射振子，该辐射振子在相对于与馈电部连接的端部立起的状态下配置，
所述辐射振子具有隔着沿所述扩开方向的规定虚拟对称面成为面对称的第1辐射振子部以及第2辐射振子部，由此构成所述扩开的形状，成为以所述端部为基准的自相似形状。
2.根据权利要求1所述的天线，其特征在于，
所述第1辐射振子部以及所述第2辐射振子部所成的所述扩开的开度为20度以上且160度以下。
3.根据权利要求1或2所述的天线，其特征在于，
所述第1辐射振子部以及所述第2辐射振子部借助位于所述虚拟对称面上的规定的折曲部而一体构成。
4.根据权利要求3所述的天线，其特征在于，
在俯视所述第1辐射振子部以及所述第2辐射振子部的情况下，所述扩开的形状为在所述折曲部折曲后的V字状形状。
5.根据权利要求3或4所述的天线，其特征在于，
所述折曲部具有直线状的折曲线，
向所述虚拟对称面的投影观察下所述辐射振子在所述折曲线的方向上的长度为天线带域频率的下限电波的1/8波长以上的长度。
6.根据权利要求1或2所述的天线，其特征在于，
所述第1辐射振子部以及所述第2辐射振子部以不包含位于所述虚拟对称面上的规定的虚拟折曲部的一部分的方式一体构成。
7.根据权利要求6所述的天线，其特征在于，
在俯视所述第1辐射振子部以及所述第2辐射振子部并向所述端部侧投影的情况下，所述扩开的形状为以所述端部为基点的V字状形状。
8.根据权利要求6或7所述的天线，其特征在于，
所述虚拟折曲部具有直线状的虚拟折曲线，
向所述虚拟对称面的投影观察下所述辐射振子在所述虚拟折曲线的方向上的长度为天线带域频率的下限电波的1/8波长以上的长度。
9.根据权利要求5或8所述的天线，其特征在于，
所述天线带域频率的下限为1GHz以上。
10.一种天线装置，其特征在于，
具有多个权利要求1～9中任一项所述的天线。
11.一种天线装置，其特征在于，
将所述扩开的方向朝向不同方向而具有多个权利要求1～9中任一项所述的天线。
12.一种车载用天线装置，其特征在于，具有：
权利要求1～9中任一项所述的天线；
天线带域频率低于所述天线的天线带域频率的广播接收用的其他天线；和
收容所述天线以及所述其他天线的壳体。
13.一种天线，其特征在于，
具有向规定的扩开方向扩开的形状的辐射振子，该辐射振子在相对于与馈电部连接的端部立起的状态下配置，
所述辐射振子具有隔着沿所述扩开方向的规定虚拟对称面成为面对称的第1辐射振子部以及第2辐射振子部，由此构成所述扩开的形状，
所述端部与所述第1辐射振子部所成的角度为锐角，
所述端部与所述第2辐射振子部所成的角度为锐角。
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