CN115769438A - 天线装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及天线装置。具备：底板(11)，是平板状的导体部件；对置导体板(13)，是与底板(11)隔开规定的间隔地设置的平板状的导体部件，与供电线(15)电连接；以及多个短路用销(14)，用于将对置导体板(13)与底板(11)电连接，多个短路用销(14)的一端延伸至包含对置导体板的平面亦即导体板平面，另一端延伸至包含底板的平面亦即底板平面，多个短路用销(14)中的一个以上将对置导体板(13)与底板(11)连接。

Description

天线装置

相关申请的交叉引用

本申请以2020年6月17日于日本申请的日本专利申请第2020－104775号作为基础，将基础申请的内容整体上通过参照引用至本申请。

技术领域

本发明涉及天线装置，特别是涉及进行低高度化，并且调整两种偏振波的偏振特性的技术。

背景技术

在专利文献1中公开了收发偏振面不同的两个电波的天线。专利文献1所公开的天线通过微带天线形成天顶方向的指向性，通过直线偏振波用的单极天线形成水平方向的指向性。

另外，作为利用了零阶谐振的天线装置，存在具备以下部件的天线装置：平板状的底板，与供电电缆的外部导体连接并作为接地发挥功能；平板状的导体板，配置为与该底板对置并且在任意的位置设置有供电点；以及短路部，将底板与导体板电连接(例如专利文献2)。

专利文献1：日本特开2005－20301号公报

专利文献2：日本特开2018－61137号公报

出于通信品质的最优化等理由，而存在希望调整相互交叉的偏振波的增益比的情况。然而，在专利文献1所公开的天线中，当想要调整偏振比时，需要调整天线的长度。因此，在专利文献1所公开的天线中难以调整偏振比。此外，偏振比是偏振特性的一个例子。在偏振特性中，除了偏振比以外，还存在偏振面的相对方向。

另外，专利文献1所公开的天线具备单极天线作为直线偏振波用天线。由于直线偏振波用天线需要约1/4波长的长度，因此也难以低高度化。

专利文献2所公开的天线装置是低高度化后的天线装置。然而，直接按照专利文献2所公开的结构，则仅能够沿与导体板以及底板平行的面方向放射垂直偏振波，而不能够放射偏振面不同的两个电波。因此，专利文献2所公开的天线装置当然也不能够直接调整偏振面不同的两个电波的偏振特性。

发明内容

本公开是基于该情况而完成的，其目的在于提供能够进行低高度化，并且调整偏振面不同的两个电波的偏振特性的天线装置。

上述目的通过独立技术方案所记载的特征的组合来实现，另外，从属技术方案规定更加有利的具体例。权利要求书所记载的括弧内的附图标记表示与作为一个方式而后述的实施方式中所记载的具体的单元的对应关系，并不是限定所公开的技术范围的内容。

用于实现上述目的的一个公开是一种天线装置，其中，具备：

底板，是平板状的导体部件；

对置导体板，是与底板隔开规定的间隔地设置的平板状的导体部件，与供电线电连接；以及

多个短路用销，用于将对置导体板与底板电连接，

多个短路用销的一端延伸至导体板平面，另一端延伸至底板平面，上述导体板平面是包含对置导体板的平面，上述底板平面是包含底板的平面，

多个短路用销中的一个以上将对置导体板与底板连接。

通过短路用销将底板与对置导体板连接，并向对置导体板供电的天线如在专利文献2中也记载的那样，是能够放射偏振面垂直于底板、对置导体板的电波的低高度化后的零阶谐振天线。

对零阶谐振天线而言，当短路用销相对于对置导体板的连接位置变化时，向垂直于对置导体板的方向的放射特性变化。该天线装置具备多个短路用销。多个短路用销当然相对于对置导体板的相对位置相互不同。因此，从多个短路用销中选择实际将对置导体板与底板连接的短路用销，利用多个短路用销中的一个以上实际将对置导体板与底板连接，由此能够调整向垂直于对置导体板的方向的放射特性。

附图说明

图1是表示天线装置10的结构的立体图。

图2是天线装置10的俯视图。

图3是天线装置10的内面图。

图4是图2的IV－IV线剖视图。

图5是将短路用销14A短路后的情况的电流图。

图6是将短路用销14C短路后的情况的电流图。

图7是第二实施方式的天线装置210的俯视图。

图8是第三实施方式的天线装置310的俯视图。

图9是第四实施方式的天线装置410的内面图。

具体实施方式

以下，基于附图，对实施方式进行说明。图1是表示本实施方式的天线装置10的结构的立体图。另外，图2是天线装置10的俯视图。天线装置10具备底板11、支承板12、对置导体板13、多个短路用销14。

底板11是以铜等导体为材料的板状的导体部件。底板11沿着支承板12的下侧面设置。此处的板状中也包含金属箔那样的薄膜状。即，底板11也可以是通过电镀等在印刷布线板等树脂制的板的表面形成图案而成的。该底板11与同轴电缆的外部导体电连接，提供地电位(换言之，接地电位)。此外，以下，在未特别说明的情况下，连接意味着电连接。

底板11在俯视下形成为长方形。但是，底板11的形状不限于长方形。底板11优选是以相互正交的两个直线的每一个为对称轴而线对称的形状(以下，双向线对称形状)。所谓双向线对称形状，是指以某直线为对称轴线对称，并且关于与该直线正交的其它的直线也线对称的图形。例如，椭圆形、长方形、圆形、正方形、正六边形、正八边形、菱形等相当于双向线对称形状。底板11优选形成为与直径为一个波长的圆相比较大。

图1等所示的X轴表示底板11的长边方向，Y轴表示底板11的短边方向，Z轴表示垂直于XY平面的轴。天线装置10的设置姿势的一个例子有在车辆的车顶上Z轴为上下方向的姿势。另外，天线装置10也可以设置在车辆的侧面，使得XY平面沿着车辆的侧面。

支承板12是矩形状的平板部件。支承板12承担将底板11和对置导体板13隔开规定的间隔而相互对置配置的作用。支承板12在俯视下形成为与底板11几乎相同的大小。使用具有规定的相对介电常数的电介质来实现支承板12。支承板12例如能够引用以玻璃环氧树脂等作为基体材料的印刷电路基板。此处作为一个例子，使用相对介电常数4.3的玻璃环氧树脂来实现支承板12。

通过调整支承板12的厚度，能够在调整对置导体板13与底板11的间隔的同时，调整短路用销14的长度。当对置导体板13与底板11的间隔以及短路用销14的长度变化时，如后述的那样，天线装置10收发的电波的频率变化。支承板12的厚度的具体的值通过模拟、试验适当地决定，使得天线装置10收发的电波的频率成为所希望的频率即可。在天线装置10收发的电波的频率为2.45GHz的情况下，支承板12的厚度例如为1～3mm左右。该厚度与天线装置10收发的电波的波长的1/10相比短得多。

此外，在本实施方式中采用底板11与对置导体板13之间填充了作为支承板12的树脂的结构，但不限于此。也可以底板11与对置导体板13之间为中空、真空。并且，也可以组合树脂和空间。

对置导体板13是以铜等导体为材料的板状的导体部件。如上所述，此处的板状中也包含铜箔等薄膜状。对置导体板13配置为隔着支承板12与底板11对置。对置导体板13也可以与底板11相同地，是在印刷布线板等树脂制的板的表面形成图案而成的。另外，此处的平行不限于完全的平行。也可以倾斜几度至十度左右。即也可包含大体平行的状态(所谓的大致平行的状态)。

通过对置导体板13和底板11相互对置配置，从而形成与对置导体板13的面积、对置导体板13与底板11的间隔对应的静电电容。对置导体板13形成为如下的大小：形成短路用销14所具备的电感、和在规定的对象频率下并联谐振的静电电容。对象频率是指作为收发的对象的频率。

对置导体板13的面积适当地设计为提供所希望的静电电容(进而以对象频率动作)即可。例如对置导体板13形成为一边在电气上为12mm的正方形。当考虑支承板12的波长缩短效应时，对置导体板13的一边的长度12mm在电气上相当于0.2λ。当然，对置导体板13的一边的长度能够适当地变更。

此外，此处作为一个例子，对置导体板13的形状设为正方形，但作为其他的结构，对置导体板13的平面形状也可以是圆形、正八边形、正六边形等。另外，对置导体板13也可以是长方形、长椭圆形等。对置导体板13优选是双向线对称形状。另外，对置导体板13更优选是圆形、正方形、长方形、平行四边形等点对称的图形。

此外，也可以在对置导体板13设置缝隙，或者将角部倒角。对置导体板13的边缘部也可以部分或者整体形成为曲折形状。在双向线对称的形状中，也包含在其边缘部设置有微小的(几mm左右的)凹凸的形状。设置于对置导体板13的边缘部的对动作不产生影响的程度的凹凸能够忽略处理。针对该对置导体板13的平面形状的技术思想对于上述的底板11也相同。

在对置导体板13连接有供电线15。在本实施方式中，供电线15连接于对置导体板13的位置位于通过过对置导体板13的中心且将对置导体板13分割为一半的线上。在图2中，直线Lx、Ly分别是通过对置导体板13的中心且将对置导体板13分割为一半的线。这两个直线Lx、Ly的交点是对置导体板13的中心。

此外，供电线15连接于对置导体板13的位置设置于相对于对置导体板13的输入输出阻抗匹配的位置即可。供电线15连接于对置导体板13的位置例如为对置导体板13的边缘部、中央区域等。

另外，作为向对置导体板13的供电方式，除了作为本实施方式的供电方式的直接耦合供电方式以外，还能够采用电磁耦合方式等多种多样的方式。电磁耦合方式是利用了供电用的微带线路等与对置导体板13的电磁耦合的供电方式。

对置导体板13以某一组的对边与X轴平行且另一组的对边与Y轴平行的姿势与底板11对置配置。另外，在本实施方式中，对置导体板13配置为底板11的中心和对置导体板13的中心在俯视下重叠。

短路用销14是将底板11与对置导体板13连接的导电性的部件。例如使用设置于作为支承板12的印刷电路基板的通孔来实现短路用销14。短路用销14也可以使用导电性的销来实现。通过调整短路用销14的长度、直径，能够调整短路用销14所具备的电感。

在本实施方式中，天线装置10具备三个短路用销14A、14B、14C。短路用销14A配置于对置导体板13的中心。其它的两个短路用销14B、14C在通过对置导体板13的中心以及连接供电线15的点且将对置导体板13二等分的直线Lx上，位于远离供电线15的方向。

如作为天线装置10的内面图的图3、以及作为图2的IV－IV线剖视图的图4所示，在底板11中，在短路用销14所在的部分形成有缝隙16。因此，短路用销14和底板11未直接导通。如图3所示，缝隙16为矩形形状。

如图4所示，短路用销14A、14B、14C垂直贯穿支承板12，一端与对置导体板13接触。在对置导体板13中，将支承板12侧的面设为导体板平面17。短路用销14A、14B、14C的一端延伸至该导体板平面17。

短路用销14A、14B、14C的另一端从支承板12突出。将底板11的支承板12侧的面设为底板平面18。短路用销14A、14B、14C的底板11侧的端超过该底板平面18，而位于与底板11的露出面相同的位置。

如图4所示，短路用销14C的底板11侧的端与底板11之间由导电胶带19连接。因此，短路用销14C将底板11与对置导体板13导通。然而，其它的短路用销14A、14B由于未与底板11连接，因此这些短路用销14A、14B未将底板11与对置导体板13连接。

〔天线装置10的工作〕

接下来，对这样构成的天线装置10的工作进行说明。对置导体板13和底板11通过短路用销14C短路，天线装置10以由短路用销14C等所具备的电感和对置导体板13与底板11之间的静电电容决定的谐振频率进行LC并联谐振。LC并联谐振是与收发的电波的波长无关的谐振。该谐振是零阶谐振。

通过该LC并联谐振，从而在底板11与对置导体板13之间产生相对于底板11以及对置导体板13垂直的电场。该垂直电场从短路用销14朝向对置导体板13的边缘部传播，在对置导体板13的边缘部成为底板垂直偏振波而在空间传播。此外，所谓底板垂直偏振波，是指电场的振动方向相对于底板11、对置导体板13垂直的电波。在以平行于水平面的姿势使用天线装置10的情况下，底板垂直偏振波是指垂直于地面的偏振波(即通常的垂直偏振波)。

为了方便说明，首先，对将短路用销14A与底板11连接的情况下的垂直电场的传播方向进行说明。如图5所示，在将短路用销14A与底板11连接的情况下，垂直电场的传播方向以短路用销14A为中心对称。因此，相对于底板平行方向的放射特性为无指向性(换言之，全方向性)。即，天线装置10的主波束形成于从对置导体板13的中央区域朝向边缘部的所有方向(即底板平行方向)。

由于短路用销14A配置于对置导体板13的中心，因此流过对置导体板13的电流以短路用销14为中心呈对称。因此，在对置导体板13中从导体板中心向某方向流过的电流所发出的天线高度方向的电波被反向流过的电流所发出的电波抵消。

即，在仅短路用销14A与底板11连接的情况下，天线装置10不沿与底板11垂直的方向(以下，底板垂直方向)放射电波。底板垂直方向在图5等中相当于Z轴正方向。

在图6中，示出在短路用销14C与底板11连接的情况下流过对置导体板13的电流。短路用销14C在从对置导体板13的中心偏离位置与对置导体板13短路。因此，如图6的(A)所示，流过对置导体板13的电流分布的对称性丧失。

其结果是，如图6的(B)所示X轴方向的电流分量放射的电波未被抵消而残留。即，由于短路用销14C配置于从对置导体板13的中心沿X轴方向偏离的位置，因此从对置导体板13朝向上方放射电场振动方向平行于X轴的直线偏振波(以下，X轴平行偏振波)。此外，由于Y轴方向的电流分量维持对称性，因此电场沿Y轴方向振动的直线偏振波互相抵消。因此，从对置导体板13放射的Y轴平行偏振波成为能够忽略的电平。

将哪个短路用销14与底板11连接、或者将各短路用销14A、14B、14C配置于何处基于模拟来适当地设计即可。将底板11与对置导体板13连接的短路用销14的位置距对置导体板13的中心越远，则流过对置导体板13的电流分布的对称性丧失的程度越大。因此，将底板11与对置导体板13连接的短路用销14的位置距对置导体板13的中心越远，则向底板垂直方向的直线偏振波的放射增益越增加。

因此，预先决定多个短路用销14的位置，以便在配置天线装置10的几个环境中可得到所需要的向底板垂直方向的直线偏振波的放射增益。然后，在实际使用天线装置10时，从多个短路用销14中选择将底板11与对置导体板13短路的短路用销14，以便向底板垂直方向的直线偏振波的放射增益成为所希望的放射增益。

〔短路用销14的截面积〕

如图2、图3、图4所示，短路用销14越位于远离对置导体板13的中心的位置，则垂直于轴向的面的截面积越增加。其理由如下。如上述那样，天线装置10将通过并联谐振产生的电场向空间放射。该并联谐振中的电感在短路用销14位于从对置导体板13的中心偏离的位置的情况下，是短路用销14的电感、与电流流过对置导体板13时的电感的合成。短路用销14的位置越远离对置导体板13的中心，则电流流过对置导体板13时的电感越增加。优选与该增加的量对应地减小短路用销14的电感，而与短路用销14的位置无关地使合成电感恒定。因此，越位于远离对置导体板13的中心的位置则使短路用销14的截面积越大。

〔实施方式的总结〕

根据上述的结构，天线装置10通过以由短路用销14等所具备的电感、和对置导体板13与底板11之间的静电电容决定的谐振频率进行LC并联谐振，从而放射底板垂直偏振波。底板11与对置导体板13之间为天线装置10的厚度，该厚度与天线装置10收发的电波的波长的1/10相比短得多。因此，天线装置10能够低高度化。

另外，天线装置10具备距对置导体板13的中心的距离相互不同的三个短路用销14A、14B、14C。三个短路用销14不直接连接底板11与对置导体板13，能够通过导电胶带19来选择将底板11与对置导体板13连接的短路用销14。

通过选择将底板11与对置导体板13连接的短路用销14，能够使对置导体板13与底板11短路的位置变化。对置导体板13与底板11短路的位置距对置导体板13的中心越远，则向底板垂直方向的直线偏振波的放射增益越增加。因此，通过选择将底板11与对置导体板13连接的短路用销14，能够调整向底板垂直方向的直线偏振波的放射增益。

由于能够调整向底板垂直方向的直线偏振波的放射增益，因此能够调整两个交叉偏振波即底板平行方向的底板垂直偏振波与向底板垂直方向的直线偏振波的偏振比。

另外，在本实施方式中，对三个短路用销14而言，从对置导体板13的中心至短路用销14的对置导体板13侧的端的距离越长，则短路用销14的截面积越大。由此，能够抑制因将对置导体板13与底板11连接的短路用销14不同而天线装置10放射的频率变动。

＜第二实施方式＞

接下来，对第二实施方式进行说明。在本第二实施方式及以下的说明中，除了特别提及的情况外，具有与此前使用的附图标记相同编号的附图标记的要素与在此以前的实施方式中的相同附图标记的要素相同。另外，在仅说明结构的一部分的情况下，对于结构的其他部分能够应用之前说明的实施方式。

图7所示的天线装置210除了第一实施方式的天线装置10所具备的三个短路用销14A、14B、14C以外，还具备两个短路用销14D、14E。虽然天线装置210的底板11侧的面省略图示，但在短路用销14D、14E的周围也形成有缝隙16。因此，短路用销14D、14E也未直接与底板11连接。短路用销14D、14E各自的距对置导体板13的中心的距离以及截面积与短路用销14B、14C相同。

在该天线装置210中，当将短路用销14D或短路用销14E与底板11连接时，从对置导体板13朝向上方放射电场振动方向平行于Y轴的直线偏振波(以下，Y轴平行偏振波)。Y轴平行偏振波的偏振面也与底板垂直偏振波的偏振面交叉。

该天线装置210与第一实施方式的天线装置10相同，能够调整底板平行方向的底板垂直偏振波与向底板垂直方向的直线偏振波的偏振比。除此以外，也能够选择将向底板垂直方向的直线偏振波的偏振面设为平行于X轴的面还是设为平行于Y轴的面。

＜第三实施方式＞

短路用销14与对置导体板13连接的位置不限于将对置导体板13二等分的直线Lx、Ly上。在图8所示的天线装置310中，除了第一实施方式的天线装置10所具备的短路用销14A以外，还具备两个短路用销14F、14G。这两个短路用销14F、14G在距直线Lx、直线Ly等距离的直线上与对置导体板13连接。

＜第四实施方式＞

在第一实施方式中，通过导电胶带19选择性地将短路用销14与底板11连接。然而，将短路用销14与底板11连接的部件不限于导电胶带19。在图9所示的天线装置410中，开关20将各短路用销14的底板11侧的端与底板11连接。这样，通过选择导通的开关20，能够选择将底板11与对置导体板13连接的短路用销14。

另外，除了导电胶带19、开关20以外，也能够通过各种方法(例如，焊料)将短路用销14连接于底板11。

以上，对实施方式进行了说明，但公开的技术并不限定于上述的实施方式，以下的变形例也包括于公开的范围，并且，能够在下述以外不脱离主旨的范围内进行各种变更并实施。

＜变形例1＞

在此前说明的实施方式中，具备距对置导体板13的中心的距离相互不同的多个短路用销14。然而，也可以仅具备虽然从对置导体板13的中心朝向短路用销14的对置导体板13侧的端的方向相互不同，但距对置导体板13的中心的距离相等的多个短路用销14。

例如，在图7的天线装置210中，也可以仅具备短路用销14C和短路用销14E，或者仅具备短路用销14B和短路用销14D。在该情况下，短路用销14的个数为两个。短路用销14的个数为多个即可，不限于两个或者三个，也可以为四个以上。

例如，在仅具备短路用销14C和短路用销14E的情况下，能够通过使将底板11与对置导体板13连接的短路用销14为哪一个，来调整底板垂直方向的直线偏振波的偏振面的方向。偏振面的方向也是偏振特性之一。

＜变形例2＞

在实施方式中，缝隙16为一个，其形状为矩形。然而，缝隙也可以被分割为多个，另外，缝隙的形状不限于矩形。例如，缝隙16也可以针对每个短路用销14设置。另外，缝隙的形状也可以为圆形。

＜变形例3＞

不需要将底板11和对置导体板13配置为对置导体板13和底板11的中心在俯视下重叠。

＜变形例4＞

在实施方式中，各短路用销14的底板11侧的端未直接连接于底板11，但对置导体板13侧的端连接于对置导体板13。然而，也可以与此相反地，各短路用销14的底板11侧的端连接于底板11，而选择性地将对置导体板13侧的端与对置导体板13连接。

＜变形例5＞

在实施方式中，将任意一个短路用销14连接于底板11。然而，也可以将两个以上的短路用销14同时连接于底板11。

＜变形例6＞

短路用销14也可以在比对置导体板13的中心更接近供电线15的位置连接于对置导体板13。

Claims (4)

1.一种天线装置，其中，具备：

底板(11)，是平板状的导体部件；

对置导体板(13)，是与上述底板隔开规定的间隔地设置的平板状的导体部件，与供电线(15)电连接；以及

多个短路用销(14)，用于将上述对置导体板与上述底板电连接，

多个上述短路用销的一端延伸至导体板平面(17)，另一端延伸至底板平面(18)，上述导体板平面是包含上述对置导体板的平面，上述底板平面是包含上述底板的平面，

多个上述短路用销中的一个以上将上述对置导体板与上述底板连接。

2.根据权利要求1所述的天线装置，其中，

具备从上述对置导体板的中心至上述短路用销的上述对置导体板侧的端的距离相互不同的多个上述短路用销。

3.根据权利要求2所述的天线装置，其中，

从上述对置导体板的中心至上述短路用销的上述对置导体板侧的端的距离越长，则上述短路用销的截面积越大。

4.根据权利要求1～3中任一项所述的天线装置，其中，

具备从上述对置导体板的中心朝向上述短路用销的上述对置导体板侧的端的方向相互不同的多个上述短路用销。

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