CN1667872A - 由水平方向性天线和天顶方向性天线形成的组合天线 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种组合天线，由分别具有水平方向性和子午线方向性的天线以及用于至少子午线方向性天线之操作的接地板组成，将子午线方向性天线设置在接地板的中心附近以及将水平方向性天线被设置在接地板的外围附近。水平方向性天线可以为改型的折叠偶极结构，从而所述组合天线可以具有低的外形以及紧凑的尺寸，同时对于组合天线的每一个组成天线都达到满意的方向性图案。

Description

由水平方向性天线和天顶方向性天线形成的组合天线

对有关申请的交叉参考

本申请是基于2004年03月11日提交的日本专利申请No.2004-069054，并且通过参考文件而将其合并于此。

技术领域

本发明涉及一种组合天线，该组合天线由具有预定方向之方向性的第一天线、用作所述第一天线之地线的接地板、以及具有水平方向之方向性的第二天线组成。

背景技术

在现有技术中，存在具有多个天线之组合天线的若干例子，其中多个天线共享一个共同的接地板，正如在日本专利公开No.2003-168917中所描述的。然而，利用这种现有技术类型的组合天线，每一个组成天线都具有子午线方向的方向性，例如，在仰角大约为90°的方向，使得每一个天线都可以利用单个接地板作为公共的地线。近年来，随着无线电通信技术的发展，提高了对于将具有子午线方向之方向性的天线与具有水平方向(例如，在仰角为0°的方向)之方向性的天线进行组合的这类组合天线的需求。然而，如果将具有子午线方向之方向性的天线与具有水平方向之方向性的天线进行组合，通常需要为天线设置各自的接地板，以便确保每一个天线都能够提供满意的性能。

这样，在现有技术中，很难提供这种类型的组合天线，其中这类组合天线为每一个组成天线设置必备的方向性图案(directivitypattern)，并且尺寸可以做的很小。

发明内容

本发明的目的就是通过提供一种组合天线来解决以上问题，其中这种组合天线将具有子午线方向之方向性的天线与具有水平方向之方向性的天线进行组合，由此对于每一个天线都可以获得合理的高水平性能。

为了实现以上目的，根据第一方面，本发明提供一种组合天线，该组合天线包括具有在子午线方向之方向性的第一天线、具有水平方向性的第二天线、以及用作至少所述第一天线之地线的接地板，其中第一天线被设置在接地板中心位置附近，以及第二天线被设置在接地板外围位置附近。

作为这样布置第一天线的结果，从该天线发射的无线电波以在接地板之区域上基本上一致的方式而入射到接地板上。由此天线方向性图案的顶点在所需的子午线方向上(例如，使接地板水平地取向)对准。此外，具有水平方向性的第二天线可以被构造为以下类型的天线，即不管该天线位于接地板的中心附近还是位于接地板的外围附近，它的方向性图案都是不变的。因此，对于组成该组合天线的两个天线，都可以达到满意的性能。

具体地，第二天线可以为折叠的偶极天线，其包括一单个元件，该单个元件之相对端部中的每一个都是由折叠结构所形成，以及折叠结构的每一个都有一对相互平行地布置的侧面部分。因为偶极天线不需要使用接地板，所以组合天线之接地板的存在并没有影响具有水平方向性的天线的方向性图案，从而对于具有水平方向性的天线，可以达到满意的性能，而不管具有子午线方向性的天线所利用的接地板存在与否。

此外，具有折叠结构的偶极天线有低的阻抗值，从而不需要提供阻抗匹配电路来将同轴电缆耦合到该天线上，以对同轴电缆或者从同轴电缆进行电功率的有效传送，例如，天线阻抗固有地与同轴电缆的特性阻抗相匹配。

特别地，具有水平方向性的天线可以被配置作为改型的折叠偶极天线，其中每个折叠结构的一对侧面部分的每一个被弯曲，使得侧面部分的一部分平行于接地板来取向。在那种情况下，可以获得更多的优势，即该天线的垂直尺寸可以做得小一些，使得最终的组合天线可以具有低的外形。

可选地，具有水平方向性的天线可以被构造为基本偶极天线，或者改型的偶极天线，其中每一个元件都被弯曲，使得元件的一部分平行于接地板来取向。

根据本发明的组合天线例如适用于应用到GPS(全球定位系统)天线，例如，用于车辆GPS接收设备。可选地，这种组合天线例如适用于用作设置在机动车辆中的VICS(车辆信息通信系统)天线。

附图说明

图1是组合天线的实施例的总体结构的倾斜视图；

图2A、2B是分别显示改型的折叠偶极天线和改型的折叠单极天线之结构的示意图，其中它们中的任意一个可以在图1所示组合天线中被用作具有水平方向性的天线；

图3是显示具有子午线方向的方向性的天线之方向性图案的例子的示意图；

图4A和4B是用于描述分别将具有子午线方向的方向性的天线设置在接地板的中心和接地板外围附近的效果的示意图；

图5是显示具有水平方向性的天线之方向性图案的例子的示意图；

图6是显示当天线被并入到组合天线实施例中时具有子午线方向的方向性的天线之方向性图案的例子的示意图；

图7是显示当天线并入到组合天线实施例中时具有水平方向的方向性的天线之方向性图案的例子的示意图；

图8是显示改型的折叠偶极天线之方向性图案和改型的折叠单极天线之方向性图案的例子的示意图；和

图9A和9B是分别显示改型的偶极天线的常用结构和改型的单极天线的常用结构的倾斜视图。

具体实施方式

以下将描述第一实施例，其中第一实施例适合用作车载天线。参考图1和2，图1是组合天线的实施例之总体结构的倾斜视图，由参考数字1表示。正如图中所示，形成具有天顶方向性(例如，仰角90°，对应于图1中显示的Z方向)的片状天线2，以及具有水平方向的方向性(例如，仰角0°)的天线3。

片状天线2由散热器元件5形成，散热器元件5被构造作为在绝缘体6上的金属板，同时绝缘体6被设置在接地板4的上表面的中心。绝缘体6由例如合成树脂的材料形成。

片状天线2例如可以是GPS(全球定位系统)天线，用于接收从GPS系统的卫星发送的无线电波，或者是VICS(车辆信息通信系统)天线，用于接收从服务中心发送的VICS无线电波。水平方向性天线3可以被构造作为如图2A所示的改型的折叠偶极天线，或者如图2B所示的改型的折叠单极天线。水平方向性天线3是利用其一个横向延伸侧面来定位的，该横向延伸侧面设置在靠近接地板4的一个边缘的位置(例如，正如图1所看到的，天线3的左侧面在靠近接地板4的左边缘的位置延伸)。水平方向性天线3例如可以是移动电话天线，用于接收800MHz频段内的无线电波。

以下将更具体地描述改型的折叠偶极天线的结构以及改型的折叠单极天线的结构。图2A所示的改型的折叠偶极天线11是传输线型天线，由一单个元件形成，具有折叠结构14形式的一个端部，具有两个基本上相互平行设置的侧面部分12和13，其中侧面部分12、13中的每一个都是由平行于接地板4而设置的对应部分形成的。组成改型的折叠偶极天线3之元件的另一个端部是由具有与折叠结构14相对应结构的折叠结构17形成的，例如，具有两个基本上平行设置的侧面部分15和16，同时侧面部分15、16中的每一个都是由平行于接地板4而设置的对应部分形成的。

在用于接收800MHz频段内的无线电波的移动电话天线的情况中，从侧面部分12的最外面的边缘12a到折叠结构14之中心的距离(该距离在图1中表示为L1)、从侧面部分15的最外面的边缘15a到折叠结构14之中心的相应距离、以及从折叠结构14之中心到天线元件本身之中心的距离(图1中表示为L2)的每一个都等于800MHz无线电波之波长的。因此在那种情况中，改型的折叠偶极天线3的全部长度等于800MHz无线电波的波长。

同轴电缆22的中心导体22a连接到天线元件的一个端部，例如，正如图1所示连接到侧面部分12的末端部分12a，同时同轴电缆22的外部导体22b连接到天线元件的另一个端部，例如，正如显示的连接到侧面部分15的部末端部部分15a。

正如图2B中显示的，改型的折叠单极天线31是传输线型天线，由一个配置有折叠结构34的单个元件形成，具有两个基本上相互平行取向的侧面部分32和33。侧面部分32和33在各自的边角35和36都是弯曲的，使得侧面部分32和33的每一个都具有基本上平行于接地板4延伸的部分。如果改型的折叠单极天线31被用作移动电话天线，用于接收800MHz频段内的无线电波，那么从侧面部分32之末端部分32a到折叠结构34之中心的长度(图2B中表示为L3)、以及从侧面部分33之末端部分33a到折叠结构34之中心的长度(图2B中表示为L4)的每一个都等于800MHz无线电波的波长的。也就是说，当改型的折叠单极天线31在800MHz无线电波频段内使用时，其全部长度为800MHz无线电波的波长的。

同轴电缆22具有中心导体22a以及外部导体22b，其中中心导体22a连接到组成改型的折叠单极天线31的元件的一个端部(在这个例子中，为侧面部分32的末端部分32a)，以及外部导体22b连接到组成改型的折叠单极天线31的元件的另一个端部(在这个例子中，为侧面部分33的末端部分33a)。

再次参考图1，以下将描述将子午线方向性天线2设置在靠近接地板4的中心(具体地，在接地板4的上表面的中心)以及将水平方向性天线3设置在靠近接地板的边缘附近(例如，靠近于接地板4的外围)的原因。用于每一个天线都位于接地板4的中心的情况以及天线位于接地板4之边缘附近的情况，本发明的受让人已经测量了例如子午线方向性天线2以及水平方向性天线3的天线的测试样品的各自方向性图案。

图3显示在子午线方向性天线2的测试样品上执行的结果，其中显示了分别对于在天线位于接地板4之中心而没有将水平方向性天线3设置在接地板4上的情况下所获得的方向性图案(通过实线方向性图案显示)，以及在天线位于接地板4的边缘附近同样也没有将水平方向性天线3设置在接地板4上的情况下所获得的方向性图案(通过虚线方向性图案显示)。当子午线方向性天线2位于接地板2的中心时，则如图4A所描述的，由子午线方向性天线2发出的电场以平均分配的方式到达接地板4，使得天线方向性图案(例如，天线的最大增益的方向)的顶点在子午线方向上，如图3中通过箭头A所表示的那样。

然而，当子午线方向性天线2位于接地板4的外围附近时，那么如图4B所描述的，无线电波不能以平均分配的方式从子午线方向性天线2到达接地板4，例如，子午线方向性天线2产生的电场不均匀地出入射到接地板4上，所以天线方向性图案的顶点偏离了子午线方向，正如图3中通过箭头B表示的那样。

图5显示了对于水平方向性天线3的图案所获得的方向性测量结果的结果，用于水平方向性天线3位于接地板4的中心(通过实线方向性图案显示)的情况，以及用于水平方向性天线3位于接地板4的外围附近(通过虚线方向性图案显示)的情况。正如从图5所能理解的，分别对于水平方向性天线3位于接地板4的中心的情况与水平方向性天线3位于接地板4的外围附近的情况所获得的方向性图案之间没有重大的区别。

这样，可以理解，当天线基本上位于接地板4上的中心位置时，子午线方向性天线2可以产生适当的方向性图案，但是当天线位于接地板4的外围附近时，子午线方向性天线2不能提供产生适当的方向性图案。然而，不管天线是位于接地板4的中心或者位于接地板4的外围附近，水平方向性天线3都可以提供适当的方向性图案。

图6显示了子午线方向性天线2之方向性图案的测量结果，用于子午线方向性天线2位于接地板4的中心并且水平方向性天线3也位于接地板4上的情况，例如正如图1所显示的。图7同样地显示了水平方向性天线3之方向性图案的测量结果，用于水平方向性天线3形成了图1所示的组合天线的一部分(例如，该组合天线还具有位于接地板4的中心的子午线方向性天线2)，以及水平方向性天线3具有图2A显示的改型的折叠偶极天线11的结构的情况。

从图6和7可以看到，利用这种组合天线，可以对于子午线方向性天线2和水平方向性天线3两者都可以实现适当的性能。

图8显示对于水平方向性天线3所获得的方向性图案的测量结果，用于其被构造作为图2A显示的改型的折叠偶极天线11的情况(通过实线方向性图案显示)，以及水平方向性天线3被构造作为图2B显示的改型的折叠单极天线31的情况(通过虚线方向性图案显示)。比较这两个方向性图案，显而易见，通过使用改型的折叠偶极天线11的结构比改型的折叠单极天线31的结构能得到优良的结果。这是由于单极天线是一种需要使用接地板类型的天线。这样，单极天线的方向性图案由于接地板4的存在而受到一定程度的影响。另一方面，偶极天线是一种不需要使用接地板类型的天线，使得它的性能不会由于位于接地板4附近而受到影响。

以上已经描述了本发明用于水平方向性天线3被构造作为改型的折叠偶极天线11或作为改型的折叠单极天线31的情况。然而，同样地可以将水平方向性天线3构造用作具有图9A显示的改型的偶极天线41形成的改型的偶极天线(例如，其不包括改型的折叠偶极天线11的折叠结构)。

可选地，同样有可以将水平方向性天线3构造作为具有图9B显示的改型的单极天线51形成的改型的单极天线(例如，其不包括改型的折叠偶极天线31的折叠结构)。

如果利用改型的偶极天线41的形式，那么如果天线用于800MHz内的无线电波频段，则组成该天线的两个元件之每一个的总长度(图2A中表示为L5)为800MHz无线电波之波长的。如果利用改型的单极天线51的形式，那么如果天线用于800MHz内的无线电波频段，组成该天线的单个元件的总长度(图2A中表示为L6)为800MHz无线电波之波长的。

应该注意的是，(如果为组合天线的最大高度的需求所允许)，同样有可以将水平方向性天线3构造作为基本的偶极天线，或者基本的单极天线，例如，没有在天线元件中形成弯曲部分。

正如从以上可以意识到的，根据本发明的组合天线可以提供很大的优势，具体地，可以缩小具有水平方向性的天线的高度，从而整个组合天线可以具有低的外形。此外，如果改型的折叠偶极天线被用作具有水平方向性的天线，那么天线的阻抗固有地匹配于同轴电缆的特性阻抗，从而不需要利用阻抗匹配电路来将同轴电缆耦合于该天线。

应该注意的是，以下变型可以被视为以上描述的实施例。首先，具有子午线方向性的天线可被用于ETC(电子交通控制系统)，同时，具有水平方向性的天线可以被用于LAN(局域网)。

此外，具有子午线方向性的天线并不局限于直接设置在接地板上，而是可以在天线与接地板之间设置一个间隔，或者可以通过印刷电路板或者屏蔽壳体的中间物来设置在接地板上。

Claims (7)

1、一种组合天线，包括具有子午线方向之方向性的第一天线、具有水平方向之方向性的第二天线、以及用来作为至少所述第一天线之地线的接地板，

其中：

所述第一天线设置在所述接地板的中心附近；和

所述第二天线设置在所述接地板的外围附近。

2、根据权利要求1的组合天线，其中，所述第二天线是一个折叠偶极天线，所述折叠偶极天线包括一单个元件，该单个元件具有由折叠结构所形成的各个端部，每个所述折叠结构具有相互平行设置的一对侧面部分。

3、根据权利要求2的组合天线，其中，所述第二天线是一个改型的折叠偶极天线，所述折叠结构的每个所述侧面部分形成有一弯曲，在此所述每个侧面部分的一部分的取向平行于所述接地板。

4、根据权利要求1的组合天线，其中，所述第二天线是包括一对元件的偶极天线。

5、根据权利要求4的组合天线，其中，所述第二天线是改型的偶极天线，每个所述元件形成有一弯曲，在此所述每个元件的一部分的取向平行于所述接地板。

6、根据权利要求1的组合天线，其中，所述第一天线是GPS(全球定位系统)天线。

7、根据权利要求1的组合天线，其中，所述第一天线是VICS(车辆信息和通信系统)天线。

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