CN1617388A - 天线装置 - Google Patents

Abstract

本发明的目的是提供与直接供电的场合比较可以提高匹配特性、降低回波损耗的超宽带用天线。在具有上侧电介质(11)、下侧电介质(13)和在上侧电介质和下侧电介质之间夹着的导体图形(15)的超宽带用天线(10)中，导体图形具有离开前面(10f)略靠中心处所设供电点(17)规定的空隙的顶点(151)，由具有导体右侧锥形部分(152)和导体左侧锥形部分(153)的导体倒三角形部分(15－1)以及底边与该导体倒三角形部分上边相连的导体半圆部分(15－2)构成。超宽带用天线(10)还含有与供电点(17)连接的供电图形(25)。由此利用电磁耦合从上述供电图形向上述导体图形供电。

Description

天线装置

技术领域

本发明涉及天线装置，特别是涉及UWB(超宽带)用的天线。

背景技术

顾名思义，超宽带一词是指超宽带无线电，是指占中心频率25％以上或1.5千兆赫以上带宽的无线电传输方式的广义用语。总之，这是采用超宽带短脉冲(通常在1毫微秒以下)进行通信，引起无线电革命的一项技术。

现有的无线电与超宽带的根本差别是有无载波。现有的无线电用各种方法对称为载波的某频率的正弦波进行调制来收发数据。相比之下，超宽带不使用这种载波，而正如超宽带定义所述那样，采用超宽带的短脉冲。

顾名思义，超宽带具有超宽带的频带。另一方面，现有的无线电只有窄的频带，这是因为窄频带可有效利用无线电波。无线电波是有限资源。因为，无论超宽带是怎样的超宽频带，令人注意的是各频率的输出能量。超宽带频带宽，但各频率的输出很小。其输出量埋没在噪声中，因而与其它无线电通信干扰很少。虽然美国联邦通信委员会(FCC)准许但是附加条件，也是因为考虑到不存在与其它无线电通信干扰问题。

因为超宽带是超宽频带，所以会覆盖原有无线电通信服务和频带。因而，现在的超宽带的频带限定在3.1千兆赫到10.6千兆赫之间。

再者，天线基本上利用谐振现象。天线长度决定了天线的谐振频率，而包含很多频率成分的超宽带很难实现谐振。因此，想发送的无线电波频带越宽，其天线设计难度越大。

例如，众所周知，或贴片天线是小型天线。作为这种贴片天线之一，公知有携带性好，同时频率温度特性高，谐振频率分散性小，可靠性高的小型平面贴片天线(例如，参见专利文献1)。而且，还公知能与多个频率对应的贴片天线装置(例如，参见专利文献2)。

但是，贴片天线不是宽带，因此不宜用作超宽带用的天线。

另一方面，太阳能感应，作为在近距离无线电通信领域能同时实现大容量数据传输和低电力消耗的下一代技术，面向现在最引人注目的超宽带，已经成功地开发了10毫米x8毫米矩形、厚仅有1毫米的超小型陶瓷芯片天线。由于这种天线的开发，有可能把迄今限于军事应用的超宽带扩展到超高速连接等离子体显示板电视或数字摄像机等数字设备的数据等的民用方面，实现包括移动式视野设备的小型化。

而且，这种超宽带用天线可应用于蓝牙(商标名)或无线局域网等方面。

蓝牙是为实现台式和笔记本电脑、个人数字助手(PDA)、便携式电话、打印机、扫描仪、数字照相机和家电产品之间较窄范围内的声音和数据的无线通信的尖端技术的一般公开的规格。蓝牙采用在地球任何地方都能利用的2.4千兆频带的无线电波工作，因而在世界各地都能利用。简单地说，若利用蓝牙，则与外部设备的连接不需要电缆，进行电缆连接等麻烦工作将成为历史。

所谓无线局域网是利用无线电波或红外线等有线电缆以外的传输线路的局域网。

〖专利文献1〗特开平7-94934号公报

〖专利文献2〗特开平10-190347号公报

发明内容

如上所述，诸如贴片天线等现有的天线，难以实现宽带化，而且出现波形失真(波形展宽)等问题。

另一方面，本发明者们于2003年9月18日开发了直接供电型超宽带用的天线，已提出申请(参见2003年特願第325828号)。但是存在问题是直接供电匹配特性不怎么好，回波损耗大。

因此，本发明的课题是提供匹配特性好的超宽带用的天线。

本发明的其它课题是提供回波损耗小的超宽带用的天线。

依据本发明的第一种实施方式，这是具有具有上面(10u)的上侧电介质(11)，具有底面(10d)的下侧电介质(13)，和在上侧电介质和下侧电介质之间夹着的导体图形(15)的超宽带用的天线(10)，其特征在于，导体图形具有离开在前面(10f)的略靠中心处所设供电点(17)规定空隙的顶点(151)，由具有从该顶点向右侧面(10rs)和左侧面(101s)分别以规定角度扩展的导体右侧锥形部分(152)和导体左侧锥形部分(153)的导体倒三角形部分(15-1)以及底边与该导体倒三角形部分上边相连的导体半圆部分(15-2)构成，超宽带用天线(10)还含有与供电点(17)连接的供电图形(25)，借助于电磁耦合进行从供电图形向导体图形供电。

在基于上述本发明第一种实施方式的超宽带用天线(10)中，供电图形(25)可在上面(10u)和底面(10d)两个面上构成，也可在上面(10u)和底面(10d)的任何一个面上构成。而且，供电图形(25)最好具有缩小导体图形(15)尺寸那样的形状。具体地说，供电图形(25)最好由具有从供电点(17)向右侧面(10rs)和左侧面(101s)分别以规定角度扩展的供电右侧锥形部分(252)和供电左侧锥形部分(253)的供电倒三角形部分(25-1)以及底边与该供电倒三角形部分上边相连的供电半圆部分(25-2)构成。

根据本发明第二种实施方式，这是具有具有上面(10u)的上侧电介质(11)，具有底面(10d)的下侧电介质(13)，以及在上侧电介质和下侧电介质之间夹着的导体图形(15A)构成的超宽带用天线(10A)，其特征在于，导体图形(15A)具有离开在前面(10f)略靠中心处所设供电点(17)规定空隙的顶点(151)，由具有从该顶点向右侧面(10rs)和左侧面(101s)分别以规定角度扩展的导体右侧锥形部分(152)和导体左侧锥形部分(153)的导体倒三角形部分(15-1)以及底边与该导体倒三角形部分上边相连的导体矩形部分(15-3)构成，超宽带用的天线(10A)还含有与供电点(17)连接的供电图形(25A)，利用电磁耦合进行从供电图形向导体图形供电。

在基于上述本发明第二种实施方式的超宽带用的天线(10A)中，供电图形(25A)可在上面(10u)和底面(10d)两个面上形成，也可在上面(10u)和底面(10d)中的任何一个面上形成。而且，供电图形(25A)最好具有缩小导体图形(15A)的导体倒三角形部分(15-1)的尺寸那样的形状。具体地说，供电图形(25A)最好由具有从供电点(17)向右侧面(10rs)和左侧面(101s)分别以规定角度扩展的供电右侧锥形部分(252)和供电左侧锥形部分(253)的供电倒三角形部分构成。

而且，为了便于理解本发明，列出上述括号内的符号。这不过是一例，当然不限于这些符号。

在本发明中，用2个电介质夹持导体图形，该导体图形具有从供电点离开空隙的顶点，和从该顶点在两侧以规定角度扩展的锥形部分，借助于电磁耦合从与供电点连接的供电图形向导电图形进行供电，与直接供电相比，可取得提高匹配特性，减少回波损耗的效果。

附图说明

图1表示与本发明第一种实施方式有关的超宽带用天线的结构，(a)斜视图，(b)平面图，(c)纵断面侧视图。

图是2图1所示超宽带用天线的各种尺寸和参数的汇总示意图。

图3是表示直接供电型超宽带用天线、设置一个供电图形的空隙供电型超宽带用天线和图1所示设置两个供电图形的空隙供电型超宽带用天线的天线特征的特性图。

图4是表示与本发明第二种实施方式有关的超宽带用天线结构的斜视图。

〖符号说明〗

10、10A超宽带用天线

11上侧矩形电介质

13下侧矩形电介质

15、15A导体图形

151顶点

152导体右侧锥形部分

153导体左侧锥形部分

15-1导体倒三角形部分

15-2导体半圆部分

15-3导体矩形部分

17供电点

25、25A供电图形

252供电右侧锥形部分

253供电左侧锥形部分

25-1供电倒三角形部分

25-2供电半圆部分

具体实施方式

下面，参照附图详细说明本发明的实施方式。

参照图1，就涉及本发明第一种实施方式的超宽带用天线10作有关说明。在图1中，(a)为超宽带用天线10的斜视图，(b)为超宽带用天线10的平面图，(c)为超宽带用天线10的纵断面侧面图。

超宽带用天线10的总外观是具有长度(纵)B、宽度(横)W、厚度T的长方体(矩形板)形状。在图示例子中，长度B为22.8毫米，宽度W为21.6毫米，高度T为0.8毫米。

超宽带用天线10具有上面10u、底面10d、前面10f、后面10b、右侧面10rs和左侧面101s。

超宽带用天线10具有带上面10u的上侧矩形电介质11、带底面10d的下侧矩形电介质13和在上侧矩形电介质11与下侧矩形电介质13之间夹着的导体图形15。上侧矩形电介质11和下侧矩形电介质13分别有长度B、宽度W、高度T/2。导体图形13例如由银糊等材料制成，其厚度约为8微米。

而且，上侧矩形电介质11和下侧矩形电介质13具有介电常数εr。在图示例子中，介电常数εr为4.4。上侧矩形电介质11和下侧矩形电介质13例如由陶瓷板构成。

导体图形15具有离开前面10f略靠中心处所设供电点(17)规定空隙的顶点151，具有从该顶点151向右侧面10rs和左侧面101s分别以规定角度扩展的导体右侧锥形部分152和导体左侧锥形部分153。在图示例子中，规定角度为45°。

图1所示是以供电点17为原点，互相垂直的X轴方向、Y轴方向和Z轴方向。X轴方向为上下方向。Y轴方向为左右方向。Z轴方向为前后方向。

图示导体图形15由在前面10f侧形成的导体倒三角形部分15-1和在后面10b侧形成的导体半圆形部分15-2构成。导体倒三角形部分15-1的上边和导体半圆形部分15-2的底边互相连接。导体半圆形部分15-2具有半径S，导体倒三角形部分15-1具有高度(B-S)。在图示例子中，半径S为10.8毫米。

在供电点17，将宽W的接地零件以纵深度g电气连接。在图示例子中，纵深度g为4.8毫米。

图示超宽带用天线10还包含在供电点17连接的供电图形25。即利用电磁耦合从供电图形25向导体图形15供电。换言之，进行间隙供电。即供电图形25和导体图形15，通过T/2的间隙分开，在导体图形15和供电图形25重合部分进行供电。这部分象电容器一样具有电容，向导体图形15供电。

图示供电图形25在上面10u上和底面10d上两个面上形成。但是，供电图形25也可以在上面10u上或者底面10d上的任何一个面上形成。

而且，图示供电图形25实际上是导体图形15的小型化图形(即将导体图形15尺寸小型化)。详细地说，供电图形25具有从供电点17分别以规定角度向右侧面10rs和左侧面101s扩展的供电右侧锥形部分252和供电左侧锥形部分253。供电图形25由在前面10f侧形成的供电倒三角形25-1以及底边与该供电倒三角形部分25-1的上边连接的供电半圆形部分25-2构成。

仍然在图示例子中，将接地零件20和超宽带用天线10加在一起的纵向尺寸H₁是24.4毫米。而且，供电图形25的纵向尺寸H₂是7.6毫米。超宽带用天线10和接地零件20之间的间隔d为0.8毫米。

图2中是将图1所示超宽带用天线10的各种尺寸和参数汇总显示。

图3表示直接供电型超宽带用天线、只设置一个供电图形25的间隙供电型超宽带用天线和如图1所示设置2个供电图形25的间隙供电型超宽带用天线10的天线特性。在图3中，横轴表示频率(千兆赫)，纵轴表示S参数S11(分贝)。

这里，对S参数作出下述公式1的定义。

〖公式1〗

$\left(\begin{array}{c}b1\\ b2\end{array}\right)=\left(\begin{array}{cc}S11& S12\\ S21& S22\end{array}\right)\left(\begin{array}{c}a1\\ a2\end{array}\right)$

这里，a1和a2是输入电压，b1和b2是反射电压。在公式1中取a2＝0，可以从公式1求出S11和S21，在公式1中取a1＝0，可以求出S12和S22。S11和S22表示反射特性。S12和S21表示通过特性。于是，因为S参数用输入电压和反射电压比表示，因而即使在微波频带也可很容易求参数。

即S参数的S11表示反射系数。反射系数S11越小，表明作为天线越匹配。反射系数S11也叫回波损耗。

从图3可见，在频率约高于3千兆赫时，与直接供电相比，间隙供电的回波损耗小。而且与设置1个供电图形25的间隙供电相比，设置2个供电图形25的间隙供电回波损耗小。

参照图4对本发明第二种实施方式有关的超宽带用天线10A进行说明。图4是超宽带用天线10A的斜视图。

图示超宽带用天线10A采用具有取代导体半圆形部分15-2的导体矩形部分15-3的导体图形15A，而且除了用倒三角形供电图形25A取代略成扇形的供电图形25以外，具有与图1所示超宽带用天线10同样的结构。即供电图形25A由具有从供电点17向右侧面10rs和左侧面101s分别以规定角度扩展的供电右侧锥形部分252和供电左侧锥形部分253的供电倒三角形部分构成。

即使是具有这种结构的超宽带用天线10A，本发明者们仍确认具有与图1所示超宽带用天线10同样的天线特性。

上面通过优选的实施方式对本发明作了说明，当然本发明不限于上述

实施方式。

Claims (10)

1.一种天线装置，具有具有上面的上侧电介质，具有底面的下侧电介质，以及在上述上侧电介质和上述下侧电介质之间夹着的导体图形，其特征在于，

上述导体图形具有离开在前面略靠中心处所设供电点规定空隙的顶点，由具有从该顶点向右侧面和左侧面分别以规定角度扩展的导体右侧锥形部分和导体左侧锥形部分的导体倒三角形部分以及底边与该导体倒三角形部分的上边相连的导体半圆部分组成，

上述天线装置还含有与上述供电点连接的供电图形，利用电磁耦合进行从上述供电图形向上述导体图形供电。

2.权利要求1所述的天线装置，其中，上述供电图形在上述上面和上述底面两个面上形成。

3.权利要求1所述的天线装置，其中，上述供电图形在上述上面和上述底面中任何一个面上形成。

4.权利要求1到3中任何一项所述的天线装置，其中，上述供电图形具有缩小上述导体图形尺寸那样的形状。

5.权利要求4所述的天线装置，其中，上述供电图形由具有从上述供电点向上述右侧面和上述左侧面分别以规定角度扩展的供电右侧锥形部分和供电左侧锥形部分的供电倒三角形部分以及底边与该供电倒三角形部分上边相连的供电半圆部分构成。

6.一种超宽带用天线，其由具有上面的上侧电介质、具有底面的下侧电介质，和在上述上侧电介质和上述下侧电介质之间夹着的导体图形构成，其特征在于，上述导体图形具有离开在前面略靠中心处所设供电点规定空隙的顶点，由具有从该顶点向右侧面和左侧面分别以规定角度扩展的导体右侧锥形部分和导体左侧锥形部分的导体倒三角形部分以及底边与该导体倒三角形部分上边相连的导体矩形部分组成，

上述天线装置还含有与上述供电点连接的供电图形，利用电磁耦合进行从上述供电图形向上述导体图形供电。

7.权利要求6所述的天线装置，其中，上述供电图形在上述上面和上述底面两个面上构成。

8.权利要求6所述的天线装置，其中，上述供电图形在上述上面和上述底面的任何一个面上构成。

9.权利要求6到8中任何一项所述的天线装置，其中，上述供电图形具有缩小上述导体图形的上述导体倒三角形部分尺寸那样的形状。

10.权利要求9所述的天线装置，其中，上述供电图形由具有从上述供电点向上述右侧面和上述左侧面分别以所述规定角度扩展的供电右侧锥形部分和供电左侧锥形部分的供电倒三角形部分构成。