CN114552178B - 薄型天线 - Google Patents

Abstract

薄型天线包括天线元件、第一间隔件、第二间隔件、第一接地面和第二接地面。天线元件形成为柱状，并且具有彼此面对的顶表面和底表面。第一和第二间隔件由绝缘材料制成。第一接地面形成为大于天线元件的顶表面。第二接地面形成为大于天线元件的底表面。第一接地面设置为经由第一间隔件面向天线元件的顶表面。第二接地面设置为经由第二间隔件面向天线元件的底表面。在天线元件的顶表面和底表面中的一者处馈送电力。

Description

薄型天线

技术领域

本发明涉及一种能够发射和接收垂直极化的薄型天线。

背景技术

作为传统的薄型天线，已知在专利文献1(JP2009-17250)中公开的天线装置。该天线装置是其高度减小的倒L形天线。该天线装置包括基材、天线元件和匹配电路。基材设置有馈电点。天线元件在基材上竖立。匹配电路被设置在馈电点与天线元件之间并执行阻抗匹配。该天线装置在相对于水平面(X-Y平面)的垂直极化(V极化)中具有几乎没有凹陷的圆形定向辐射图案。

发明内容

然而，在垂直极化中，天线装置的平均增益为-13.39dBi，这显著降低了辐射特性。

已经鉴于这种传统的问题做出了本发明，并且本发明的目的是提供一种薄型天线，其高度被减小，适合用作在相对于水平面的垂直极化中具有良好的辐射特性的车载天线。

根据本发明，提供了一种薄型天线，其包括：天线元件，其形成为柱状，并且具有彼此面对的顶表面和底表面；第一间隔件，其由绝缘材料制成；第二间隔件，其由绝缘材料制成；第一接地面，其形成为比天线元件的顶表面大；以及第二接地面，其形成比天线元件的底表面大，其中，第一接地面设置为经由第一间隔件面向天线元件的顶表面，第二接地面设置为经由第二间隔件面向天线元件的底表面，并且在天线元件的顶表面和底表面中的一者处馈送电力。

根据本发明，能够提供一种高度减小的薄型天线，其适合用作在相对于水平面的垂直极化中具有良好的辐射特性的车载天线。

附图说明

图1是根据本实施例的薄型天线的立体图。

图2是薄型天线的沿着图1的线II-II的截面图。

图3是薄型天线的分解图。

图4是示出薄型天线中的相对于水平面的垂直极化中的平均增益的图。

图5是示出当下接地面与上接地面具有相同尺寸时的薄型天线的辐射图案的图。

图6是示出当下接地面比上接地面大时的薄型天线的辐射图案的图。

图7是示出当上接地面比下接地面大时的薄型天线的辐射图案的图。

具体实施方式

下面将参照附图描述根据实施例的薄型天线。注意，为了便于解释，附图中的尺寸比率被夸大，并且可能与实际比率不同。

如图1至图3所示，薄型天线10包括天线元件11、一对绝缘间隔件(第一间隔件和第二间隔件)12、13以及一对接地面(第一接地面和第二接地面)14、15。接地面14、15分别形成为比天线元件11的顶表面11a和底表面11b大。注意，接地面14、15也分别被称为上接地面和下接地面。

如图3所示，天线元件11形成为实心圆柱形状，并且由诸如金属(例如，铜或铁)这样的导电材料制成。

图1至3所示的X方向平行于天线元件11的第一径向RD1(参见图3)。X方向还平行于薄型天线10中的接地面14的第一边141、141和接地面15的第一边151、151。图1至3中示出的Y方向垂直于X方向，并且平行于天线元件11的第二径向RD2(参见图3)。Y方向还平行于薄型天线10中的接地面14的第二边142、142和接地面15的第二边152、152。图1至3中示出的Z方向垂直于X方向和Y方向并且平行于天线元件11的轴向AD1(参见图3)。Z方向还垂直于薄型天线10中的各个接地面14、15的X-Y平面。注意，图1中的II-II线平行于接地面14的第二边142、142并且将接地面14的第一边141、141的中点连接到接地面14的中心。

天线元件11具有：顶表面11a，其形成为圆形形状，并且位于Z方向的﹢侧上；和底表面11b，其形成为圆形形状，并且位于Z方向的﹣侧上。顶表面11a面向底表面11b。在薄型天线10中，天线元件11被布置为使得天线元件11的顶表面11a和底表面11b分别经由间隔件12、13面向接地面14、15。换句话说，天线元件11在Z方向上经由间隔件12、13夹在接地面14、15之间。

如图2所示，要连接到稍后描述的馈电电缆17的馈电点16设置在天线元件11的底表面11b上。在天线元件11的底表面11b(底部)处馈电。在该实施例中，馈电点16位于底表面11b的中心。

如图2所示，馈电电缆17是同轴电缆并且包括芯线17a、覆盖芯线17a的绝缘被覆17b、覆盖绝缘被覆17b的编织物18。当馈电电缆17连接到薄型天线10时，芯线17a连接到在天线元件11的底表面11b上的馈电点16，并且编织物18连接到接地面15的底表面15b。在该状态下，馈电电缆17的芯线17a的末端插入到将在后面描述的间隔件13的插入孔13c中，并且馈电电缆17的绝缘被覆17b的末端插入到将在后面描述的接地面15的插入孔15c中。

如图2所示，间隔件12、13各自形成为环形薄板并且由诸如树脂(例如，合成树脂)这样的绝缘材料制成。在该实施例中，间隔件12的外径和内径分别为20mm和10mm。类似地，间隔件13的外径和内径分别为20mm和10mm。注意，间隔件12和13的各自的外径和内径分别不限于20mm和10mm。

如图3所示，间隔件12具有：顶表面12a，该顶表面12a形成为环状并且位于Z方向的﹢侧；底表面12b，其形成为环状并且位于Z方向的上的﹣侧；以及插入孔12c，其沿Z方向贯穿间隔件12。间隔件12使用预定装置装接在后文描述的接地面14的底表面14b上。在薄型天线10中，间隔件12的顶表面12a接触接地面14的底表面14b，并且间隔件12的底表面12b接触天线元件11的顶表面11a。当从X-Y平面观察时，插入孔12c的中心与接地面14的底表面14b的中心以及天线元件11的顶表面11a的中心重叠。

类似地，间隔件13具有：顶表面13a，其以环形形状形成且位于Z方向的﹢侧上；底表面13b，其以环形形状形成且位于Z方向上﹣侧的上；以及插入孔13c，其沿Z方向贯穿间隔件13。间隔件13使用预定装置装接在在后文描述的接地面15的顶表面15a上。在薄型天线10中，间隔件13的顶表面13a接触天线元件11的底表面11b，并且间隔件13的底表面13b接触接地面15的顶表面15a。当从X-Y平面观察时，插入孔13c的中心与接地面15的插入孔15c的中心以及天线元件11的底表面11b的中心(馈电点16)重叠。

尽管在该实施例中间隔件12、13均形成为环形形状，但是间隔件12、13之中的未插入有馈电电缆17的一个间隔件可以形成为盘形形状，而不是环形形状。此外，当从X-Y平面观察时，间隔件12、13分别小于接地面14、15。更具体地，间隔件12的顶表面12a和间隔件13的底表面13b分别小于接地面14的底表面14b和接地面15的顶表面15a。在这种情况下，优选地，当从X-Y平面观察时，间隔件12、13小于天线元件11。更具体地，优选的是间隔件12的底表面12b和间隔件13的顶表面13a分别小于天线元件11的顶表面11a和天线元件11的底表面11b。注意，当从X-Y平面观察时，各个间隔件12、13可以比天线元件11大。

如图1和图2所示，接地面14、15各自形成为方形薄板形状并且由诸如金属(例如，铜或铁)这样的导电材料制成。在该实施例中，接地面14的第一边141、141和第二边142、142中的每个边的长度L1是200mm。类似地，接地面15的第一边151、151和第二边152、152中的每个边的长度L2是200mm。注意，第一边141、141、151、151和第二边142、142、152、152中的每个边的长度不限于200mm。

接地面14具有：顶表面14a，其以方形形状形成且位于Z方向的﹢侧上；以及底表面14b，其以方形形状形成且位于Z方向的﹣侧。接地面15具有：顶表面15a，其以方形形状形成且位于Z方向的﹢侧；底表面15b，其以方形形状形成且位于Z方向的﹣侧；以及插入孔15c，其沿Z方向贯穿接地面15。

在该实施例中，接地面15是地表面(接地面)。例如，当将薄型天线10安装到车辆的车顶(未示出)等时，接地面15接在车辆的车顶或金属车身上。

当从X-Y平面观察时，接地面14、15比天线元件11大。更具体地，接地面14的顶表面14a和底表面14b比天线元件11的顶表面11a大。接地面15的顶表面15a和底表面15b比天线元件11的底表面11b大。

当要在薄型天线10中使用的天线频率(电磁波)的波长是λ时，薄型天线10的Z方向上的高度H小于λ/4。更具体地，薄型天线10是具有大约11mm的高度H的低轮廓天线。应注意，高度H是包括在Z方向上的天线元件11的高度、间隔件12、13的厚度以及接地面14厚度的尺寸。换句话说，高度H是在Z方向上的薄型天线10的排除了接地面15的厚度之外的高度。

在该实施例中，当将薄型天线10用于0.815GHz与0.875GHz之间的频带时，天线元件11、间隔件12、13和接地面14、15具有上述形状和尺寸。天线元件11、间隔件12、13和接地面14、15的形状和尺寸根据期望的频率适当地改变。

根据该实施例，如图2所示，由于天线元件11、间隔件12、13和接地面14、15的组合，薄型天线10的高度H减小至小于λ/4。天线元件11的直径根据期望的带宽来确定。换句话说，薄型天线10是高度H约为11mm的低轮廓天线。

如图4中所示，在相对于水平面(X-Y平面)的垂直极化(V极化)中的平均增益的分析显示：在0.815GHz与0.875GHz之间的频带中，薄型天线10的平均增益大于-3dBi。这使得薄型天线10能够在相对于水平面的垂直极化中具有良好的辐射特性。

通过使接地面14和接地面15形成为彼此相同的尺寸，如图5所示，在薄型天线10中，在Z方向的﹢侧上的辐射图案(辐射特性)与Z方向的﹣侧的辐射图案(辐射特性)相同。这实现了水平面中的良好通信。

因此，根据该实施例，能够使相对于水平面的垂直极化的辐射特性良好，与此同时使薄型天线10的高度H是低的。此外，通过使薄型天线10的高度H低，能够将薄型天线10安装在有限的空间中。此外，能够在水平面中执行良好的通信(发送和接收)。因此，高度H减小的薄型天线10适合用作车载天线。

尽管在该实施例中接地面14和接地面15形成为彼此相同的尺寸，但是接地面15可以形成为比接地面14大。例如，接地面14形成为具有200mm的边长L1的方形形状，并且接地面15形成为具有600mm的边长L2的方形形状。在这种情况下，如图6所示，能够获得向上辐射强的辐射图案(辐射特性)。此外，如果接地面15形成为比接地面14大，则车辆的车顶能够用作薄型天线10的接地面。在这种情况下，馈电点16设置在天线元件11的底表面11b上。

尽管在本实施例中接地面14和接地面15形成为彼此相同的尺寸，但是接地面14可以形成为比接地面15大。例如，接地面14形成为具有600mm的边长L1的方形形状，并且接地面15形成为具有200mm的边长L2的方形形状。在这种情况下，如图7所示，能够获得向下辐射强的辐射图案(辐射特性)。在这种情况下，馈电点16设置在天线元件11的顶表面11a上。

优选的是在两个接地面14、15之中的较大的接地面上设置馈电点16。由于辐射功率在两个接地面14、15之中的较小接地面的方向上更强，所以通过在两个接地面14、15之中的较大接地面上设置馈电点16，辐射面将不受馈送电缆17等影响。

尽管以上描述了实施例，但是本发明不限于此。在本发明的主旨的范围内，能够进行各种修改。

根据本实施例，天线元件11由导电金属制成且形成为实心圆柱形状，但本发明不限于此。天线元件11可由导电金属制成且形成为棱柱形状(例如，矩形柱状)等。只要顶表面11a和底表面11b闭合，天线元件11也可以形成为中空的圆柱形状。天线元件11仅需要以柱的形状形成。值得注意的是，术语“柱”包括圆柱和棱柱两者。

根据本实施例，每个接地面14、15形成为比天线元件11的顶表面11a和底表面11b大的方形薄板形状，但是本发明不限于此。接地面14、15分别可以形成为比天线元件11的顶表面11a和底表面11b大的圆形(圆)或多边形的薄板形状。在车辆具有塑料车顶的情况下，接地面14、15中的任意一者可以由车辆的整个车身或部分车身构成。在车辆具有金属车顶的情况下，接地面14、15中的任意一者可以是车辆的整个车顶或部分车顶。

此外，根据该实施例，间隔件12、13分别以环形薄板状形成，但本发明不限于此。间隔件12、13分别可以形成为多边形的薄板形状。此外，间隔件12、13各自的外部形状可以以多边形形状形成。

虽然说明了特定实施例，但这些实施例只是作为实例而提出的，并非旨在限定发明的范围。实际上，本文描述的新颖性实施例可以以各种其他形式实施；此外，可以在不脱离本发明的精神的情况下可以对本文描述的实施例的形式进行各种省略、替换和改变。所附权利要求及其等同物旨在覆盖落入本发明的范围和精神内的这些形式或修改。

Claims (4)

1.一种薄型天线，包括：

天线元件，该天线元件形成为柱状，并且具有彼此面对的顶表面和底表面；

第一间隔件，该第一间隔件由绝缘材料制成；

第二间隔件，该第二间隔件由绝缘材料制成；

第一接地面，该第一接地面形成为比所述天线元件的所述顶表面大；以及

第二接地面，该第二接地面形成为比所述天线元件的所述底表面大，

其中，所述第一间隔件形成为比所述第一接地面的底表面小，

所述第二间隔件形成为比所述第二接地面的顶表面小，

所述第一接地面设置为经由所述第一间隔件面向所述天线元件的所述顶表面，

所述第二接地面设置为经由所述第二间隔件面向所述天线元件的所述底表面，并且

在所述天线元件的所述顶表面和所述底表面中的一个表面处馈送电力。

2.根据权利要求1所述的薄型天线，其中，所述天线元件由导电金属制成并且形成为圆柱状，并且

所述第一接地面与所述第二接地面的尺寸彼此相同。

3.根据权利要求1所述的薄型天线，其中，所述第一接地面和所述第二接地面中的一者比所述第一接地面和所述第二接地面中的另一者大。

4.根据权利要求3所述的薄型天线，其中，所述第一接地面和所述第二接地面中的所述一者由车辆的整个车身或部分车身构成。