TWI433387B - Circular polarized wave receiving antenna - Google Patents

Description

圓極化波接收用天線

本發明係關於一種圓極化波接收用天線。本發明特別係貼附在汽車等車輛之電介質部分使用，而可提高接收圓極化波之環形天線之增益者。

以往在汽車等車輛裝載有移動中也可接收電波等之天線。一般而言，車輛所接收之電波長年以來都是以AM收音機用之中波(MW)與FM收音機用或類比電視用之超短波(VHF)或極超短波(UHF)為主。

另一方面，近年來裝載於車輛之天線種類持續在增加。例如，高頻帶之GPS(全球定位系統)用之天線、或接收地面波數位電視廣播用之電波之天線逐漸成為主流。以下，將接收地面波數位電視廣播用之電波之天線稱為DTV天線。

如此，在由裝載於車輛之天線所接收之GPS用之電波或地面波數位電視廣播用之電波中，使用圓極化波。而且，在以往之圓極化波中多半利用插接天線。然而，此插接天線被收容於天線盒中，盒的凸起面高，不符合美觀。因此，最近貼附在車窗使用之薄膜型天線已逐漸邁入實用化(例如參照日本特開2005-102183號公報)。

然而，日本特開2005-102183號公報等所揭示之薄膜型天線之接收性能仍未充分。

因此，本發明之目的在於提供一種可擴大增益、可提高接收性能、作為薄膜型天線亦發揮充分性能之圓極化波接收用天線。

達成前述目的之本發明之圓極化波接收用天線之特徵在於包含以下構件：環形天線，其係包含2個供電端子；無供電元件，其係配置於環形天線附近，且由對環形天線之天線導體獨立之導體所構成；及環狀地連續之導體，其係無間隙地包圍環形天線及無供電元件之周圍而被配置。此導體可形成環狀之線狀導體。

依據本發明之天線，可提供一種構造簡單，可發射及/或接收圓極化波之接收性能良好之天線。

以下，利用圖式說明本發明之較佳實施例，但有關相同之構成零件，附以相同符號而予以說明。又，一般而言，天線係可施行電波之發射與接收之雙方。然而，在以下所示之實施例中，為了簡化說明，僅說明有關天線接收電波之情形，有關天線發射電波之情形，則省略其說明。來自天線之電波發射當然亦包含於本發明。

圖1A係表示本發明之第1實施例之GPS用天線13之構成。本實施例之GPS用天線13係環形天線，在薄片狀之透明膜14上形成有矩形之天線導體15與不電性連接於此天線導體15之無供電元件16。天線13可接收來自GPS衛星之圓極化波，又可發射圓極化波。另一方面，天線導體15之兩端部具有供電端子17、18，在此供電端子17、18連接後述之連接器。天線導體15、無供電元件16及供電端子17、18係藉由導電性墨水或銅箔等導體形成於薄片狀之透明膜14上。

在本實施例之GPS用之天線13，於天線導體15、無供電元件16、及供電端子17、18之周圍具有矩形之環狀之線狀導體19。環狀之線狀導體19亦係藉由導電性墨水或銅箔等導體形成於薄片狀之透明膜14上。將此GPS用之天線13配置於如玻璃之電介質上之情形之尺寸例如如以下所述。矩形之天線導體15之一邊長度Z為30mm程度，無供電元件16之背離部P之長度為40mm程度，平行部Q之長度為20mm程度。

又，橫方向之環狀之線狀導體19之長度X可設定為90mm程度，縱方向之環狀之線狀導體19之長度Y可設定為90mm程度。此情形之環狀之線狀導體19之全長為180mm程度，可依照內部之環形天線之大小變更縱橫比。又，環狀之線狀導體19之最適長度及GPS用之天線13之尺寸由安裝GPS用之天線13之電介質之介電常數加以決定。

另外，將GPS用之天線13設置於發泡樹脂上之情形，只要將GPS用之天線13之頂部之一邊長度Z設定為50mm程度，無供電元件16之背離部P之長度設定為60mm程度，平行部Q之長度設定為30mm程度即可。

將矩形之環狀之線狀導體19配置於天線導體15、無供電元件16、及供電端子17、18之周圍之情形，若將環狀之線狀導體19之全長(2X+2Y)設定為天線導體15之全長(4Z)之3倍程度(2.7~3.3倍程度)時，可擴大GPS用之天線13之增益。又，對環狀之線狀導體19之橫方向之長度X之縱方向之長度Y之比(X：Y)以1：1為最適，但，在1：2~2：1之範圍內也有使增益上升之效果。

如以上所構成之GPS用之天線13例如如圖1B所示，可設置於汽車60之前玻璃1之上端附近。在此圖中省略透明膜之圖示。在GPS用之天線13，連接有由連接器20與同軸纜線22構成之供電電路。同軸纜線22係沿著汽車60之前立柱3配設，在此圖中連接於未圖示之數位TV調諧器。8係設置於汽車之儀表板9之汽車衛星導航裝置，被輸入來自調諧器之圖像信號。

如以上所述，在天線導體15、無供電元件16及供電端子17、18之周圍，將配置矩形之環狀之線狀導體19之GPS用之天線13設置於汽車60之前玻璃1之上端附近之情形，如圖11所示，與無環狀之線狀導體19之情形相比，可獲得約2dB之增益上升效果。

圖2係表示本發明之第2實施例之GPS用之天線13之構成。本實施例之GPS用之天線13亦使用環形天線，在薄片狀之透明膜14上形成有矩形之天線導體15、與不電性連接於此天線導體15之無供電元件16。在天線導體15之兩端部具有供電端子17、18，在此供電端子17、18連接有連接器之情形也與第1實施例相同。

在第1實施例中，天線導體15、無供電元件16、及供電端子17、18係被矩形之環狀之線狀導體19所包圍。另一方面，在第2實施例中，天線導體15、無供電元件16、及供電端子17、18係被縱長之橢圓形之環狀之線狀導體19所包圍。在此，若將環狀之線狀導體19之全長設定為天線導體15之全長(4Z)之3倍程度時，也可擴大GPS用之天線13之增益。又此情形，對橢圓狀之線狀導體19之短徑之長度X之長徑之長度Y之比(X：Y)以1：1為最適，但，在1：2~2：1之範圍內也有使增益上升之效果。

又，第1實施例之天線13如圖3C所示，對環狀之線狀導體19之橫方向之長度X之縱方向之長度Y之比(X：Y)以1：1為宜。但將此X：Y之比率，在不變更邊X與邊Y之和而延長邊X之長度，反之縮短邊Y之長度而形成圖3B所示之狀態之天線13時，其增益也比無環狀之線狀導體19之狀態之天線13為大。同樣地，將X：Y之比率，在不變更邊X與邊Y之和而進一步延長邊X之長度，反之進一步縮短邊Y之長度而形成圖3A所示之狀態之天線13(X：Y=2：1)時，其增益也比無環狀之線狀導體19之狀態之天線13為大。又，將前述之X：Y之比率，在不變更邊X與邊Y之和而縮短邊X之長度，延長邊Y之長度而形成圖3D或圖3E所示之狀態之天線13時，其增益也比無環狀之線狀導體19之狀態之天線13為大。而，如圖3E所示之狀態之天線13般，將X：Y之比率設定為1：2時，其增益與圖3A所示之狀態之天線13無變化。

圖4A、4B係表示圖1B所示之連接器20之外觀及連接器20之分解之狀態。如圖4A所示，連接器20係組合內殼21與外殼25所構成。在內殼21之表面(對天線10之安裝面)有2個開口部21A、21B，具有彈性之連接端子31、32由此開口部21A、21B突出。連接器20係利用雙面膠帶等黏著材料將其內殼21之表面固定於供電端子17、18上。

連接端子31、32如圖4B所示，安裝於內藏在內殼21與外殼25之電路基板30之一方之面上，在此電路基板(電介質基板)30連接同軸纜線22。在電路基板30之另一方之面上安裝有後述之積體電路40。一般，連接端子31為熱側(信號傳達側)之端子，連接端子32為接地側之端子。

圖5A係表示除去內殼21與外殼25後之在圖4B所示之連接器20之內部之電路基板30之一般的構成。連接端子31、32係安裝於電路基板30之背面側，利用通孔33、34被引導至電路基板30之表側。在本例中，通孔33連接於安裝在電路基板30之表側之積體電路40之輸入端子，通孔34連接於同軸纜線22之接地線(外側導體)22B。積體電路40係用於對天線所接收之信號施行放大等之處理，處理後之信號被輸出至同軸纜線22之中心導體(內側導體)22A。

圖5B係表示圖5A所示之積體電路40之內部構成。在積體電路40之內部，有連接於天線10之濾波器41、放大濾波器41所輸出之信號之放大器42、及限定放大器42所輸出之信號頻帶之濾波器43，此濾波器43係介著阻止直流之電容器44連接於同軸纜線22之中心導體22A。此同軸纜線22係電源重疊纜線，重疊之電源電壓(直流)通過阻斷交流成分之線圈45而被供應至放大器42。

圖5C係表示除去內殼21與外殼25後之異於圖5A所示之連接器20之電路基板30之構成。在圖5A所示之連接器20之電路基板30中，連接端子31為熱側(信號傳達側)之端子，利用通孔33連接於積體電路40之輸入端子，連接端子32為接地側之端子，利用通孔34連接於同軸纜線22之接地線22B。另一方面，在圖5C所示之連接器20之電路基板30中，連接端子31為接地側之端子，利用通孔34連接於同軸纜線22之接地線22B，連接端子32為熱側之端子，利用通孔33連接於積體電路40之輸入端子。如此，也可以連接端子31作為接地側之端子，以連接端子32作為熱側之端子。

從實驗結果知悉：在第1實施例中，包圍天線導體15、無供電元件16、及供電端子17、18之矩形之環狀之線狀導體19即使導體不遍及全周而連續，也有其效果。而，知悉：包圍GPS用之天線13之供電端子17、18之矩形之環狀之線狀導體19之全長接近於構成DTV天線之環形天線之環形長度。因此，本發明人等創先研究出切開矩形之環狀之線狀導體19之一部分而在切開之端部如圖6A所示，形成供電端子11、12，以矩形之環狀之線狀導體19作為DTV天線10A。

此情形，將圖6A所示之GPS用之天線13與DTV天線10A成一體之統合天線10A、13配置於汽車60之前玻璃1之上端之左角。加之，將圖6B所示之DTV天線10D、圖10C所示之DTV天線(使供電端子11、12偏置於一方之側之天線)10B、及對圖10C所示之DTV天線10D處於鏡像關係之DTV天線10C之DTV天線10C如圖6D所示，在汽車60之前玻璃1之上端部排列配置於統合天線10A、13而可構成天線裝置。又，在圖6D所示之天線裝置中，連接器分別連接至各天線之供電端子，但在此，省略連接器與同軸纜線構成之供電電路之圖示。

圖7係表示圖6D所示之各天線10A、13、10B、10C、10D構成之天線裝置、與裝載於車輛之汽車衛星導航裝置8之連接之電路圖。在本實施例中，TV調諧器5雖內藏於汽車衛星導航裝置8，但，TV調諧器5也可與汽車衛星導航裝置8成為個別體。

在本實施例中，統合天線10A、13中之天線導體19與薄膜型天線10B、10C、10D為DTV天線，統合天線10A、13中之天線導體15為GPS用之天線。此等薄膜型天線10A、10B、10C、10D所接收之DTV用之信號係經由內藏於前述之連接器之施行放大等之積體電路40而被同軸纜線22引導至TV調諧器5，被解調後之圖像在汽車衛星導航裝置8呈現TV模式時被顯示於其顯示器6。又，裝載於薄膜型天線10A之GPS用之天線13(天線導體15)所接收之GPS用之信號經由積體電路40、纜線22被引導至ECU(電子控制單元)4，以檢測汽車之現在位置，並與地圖資訊共同顯示於汽車衛星導航裝置8之顯示器6。

圖8A係表示本發明之第3實施例之天線53之構成。第3實施例之GPS用之天線53亦使用環形天線，在薄片狀之透明膜14上形成有矩形之天線導體15、與不電性連接於此天線導體15之無供電元件16，可接收來自GPS衛星之圓極化波，並可發射圓極化波。另一方面，在天線導體15之兩端部具有供電端子17、18，在此供電端子17、18連接有後述之連接器。天線導體15、無供電元件16、及供電端子17、18係藉由導電性墨水或銅箔等導體形成於薄片狀之透明膜14上之點也與第1實施例相同。

在第3實施例之GPS用之天線53中，在天線導體15、無供電元件16、及供電端子17、18之周圍，將第1實施例所說明之具備有與矩形之環狀之線狀導體19相同尺寸之開口部之金屬板51安裝於透明膜14上。在第3實施例中，金屬板51之開口部之尺寸若相同，則金屬板51之大小不受特別限定。例如，GPS用之天線53在矩形之天線導體15之一邊長度Z為32mm程度之情形，金屬板51之開口部之橫方向之長度只要95mm程度，縱方向之長度只要95mm程度即可。

圖8B係表示本發明之第3實施例之天線53之變形例。此變形例之天線53與圖3A所說明之第3實施例之天線53相異之點僅在於取代金屬板51而將金屬網52安裝於薄片狀之透明膜14之點。此變形例之天線53之性能與第3實施例之天線53無大差異。

圖9A係表示將本發明之第1或第3實施例之天線13、53貼附於汽車之後照鏡(內後視鏡)35之使用例之圖。又，圖9B係表示將本發明之第1或第3實施例之天線13、53埋入於汽車之後照鏡35之使用例。藉由此種安裝位置，本發明之天線13、53可有效地接收由汽車前上方到來之電波。

圖10A、圖10B係作為本發明之天線13、53裝載於汽車之位置之另一例，表示使天線13、53內藏於客貨兩用型汽車37之後擾流板36之例。在此位置之天線13、53之指向性可藉由內藏於後擾流板36之天線13、53之安裝角度而變化。如圖10A所示，使天線13、53向後方傾斜而內藏於後擾流板36時，天線13、53之指向性變成汽車37之後上方。又，如圖10B所示，使天線13、53前方傾斜而內藏於後擾流板36時，天線13、53之指向性變成汽車37之前上方。

本發明之天線13、53除了此等安裝位置以外，也可安裝於車輛之樹脂製之環形等。可使用於本發明之天線13、53之GPS用之天線13之天線導體之形狀、及無供電元件16之數與配置並不限定於前述之實施例。

1．．．前玻璃

3．．．前立柱

4．．．ECU(電子控制單元)

5．．．TV調諧器

6．．．顯示器

8．．．汽車衛星導航裝置

9．．．汽車之儀表板

10、10A、10B、10C、10D、13、53．．．天線

14．．．透明膜

15．．．天線導體

16．．．無供電元件

17、18．．．供電端子

19．．．環狀之線狀導體

20．．．連接器

21．．．內殼

21A、21B．．．開口部

22．．．同軸纜線

22A．．．同軸纜線之中心導體(內側導體)

22B．．．同軸纜線之接地線(外側導體)

25．．．外殼

30．．．電路基板

31、32．．．連接端子

33、34．．．通孔

35．．．汽車之後照鏡(內後視鏡)

36．．．後擾流板

37．．．客貨兩用型汽車

40．．．積體電路

41、43．．．濾波器

42．．．放大器

44．．．電容器

45．．．線圈

51．．．金屬板

52．．．金屬網

60．．．汽車

P．．．無供電元件之背離部之長度

Q．．．無供電元件之平行部之長度

圖1A係表示本發明之第1實施例之圓極化波接收用天線之構成之平面圖。

圖1B係表示圖1A所示之天線對汽車之前窗之設置例之立體圖。

圖2係表示本發明之第2實施例之圓極化波接收用天線之構成之平面圖。

圖3A係表示圖1A所示之第1實施例之圓極化波接收用天線之變形例，即表示外形為矩形之環狀之線狀導體之橫方向之長度X遠長於縱方向之長度Y之實施例之圖。

圖3B係表示圖1A所示之第1實施例之圓極化波接收用天線之變形例，即表示外形為矩形之環狀之線狀導體之橫方向之長度X略長於縱方向之長度Y之實施例之圖。

圖3C係表示圖1A所示之第1實施例之圓極化波接收用天線之變形例，即表示外形為矩形之環狀之線狀導體之橫方向之長度X大致等於縱方向之長度Y之實施例之圖。

圖3D係表示圖1A所示之第1實施例之圓極化波接收用天線之變形例，即表示外形為矩形之環狀之線狀導體之橫方向之長度X略短於縱方向之長度Y之實施例之圖。

圖3E係表示圖1A所示之第1實施例之圓極化波接收用天線之變形例，即表示外形為矩形之環狀之線狀導體之橫方向之長度X遠短於縱方向之長度Y之實施例之圖。

圖4A係表示連接於環形天線之供電端子之連接器與同軸纜線之外觀之立體圖。

圖4B係圖4A所示之連接器之分解立體圖。

圖5A係圖4B所示之電路基板之一例由背面側所見之圖。

圖5B係表示安裝於圖5A所示之電路基板之放大器之內部構成之區塊電路圖。

圖5C係圖4B所示之電路基板之另一例由背面側所見之圖。

圖6A係表示本發明之第1實施例之天線之變形例之構成之平面圖。

圖6B係表示DTV接收用天線之一般的構成之平面圖。

圖6C係表示DTV接收用天線之另一構成之平面圖。

圖6D係安裝有圖6A至圖6C所示之天線等之汽車之前玻璃與其周圍從車室內側所見之立體圖。

圖7係表示圖6D所示之天線與裝載於車輛之衛星導航裝置之連接之電路圖。

圖8A係表示本發明之第3實施例之圓極化波接收用天線之構成之平面圖。

圖8B係表示本發明之第3實施例之天線之變形例之構成之平面圖。

圖9A係表示將本發明之第1實施例之天線貼附於汽車之後照鏡之使用例之立體圖。

圖9B係表示將本發明之第1實施例之天線埋入於汽車之後照鏡之使用例之立體圖。

圖10A係表示使本發明之天線內藏於汽車之後擾流板之使用例之立體圖。

圖10B係表示使本發明之天線內藏於汽車之後擾流板之使用例之立體圖。

圖11係比較本發明之天線設置於汽車之前玻璃上端附近之情形之增益與使用以往之天線之情形之增益之指向性圖。

13．．．天線

14．．．透明膜

15．．．天線導體

16．．．無供電元件

17、18．．．供電端子

19．．．環狀之線狀導體

P．．．無供電元件之背離部之長度

Q．．．無供電元件之平行部之長度

Claims (15)

1. 一種圓極化波接收用天線，其係包含以下構件：環形天線，其係包含2個供電端子；無供電元件，其係配置於前述環形天線附近，且由對前述環形天線之天線導體獨立之導體所構成；及環狀地連續之導體，其係無間隙地包圍前述環形天線及前述無供電元件之周圍而被配置。
2. 如請求項1之天線，其中前述導體係矩形狀或環狀之線狀導體。
3. 如請求項1之天線，其中前述導體係金屬板，且將前述環形天線及前述無供電元件配置於設於此金屬板之開口部內。
4. 如請求項2之天線，其中前述線狀導體之全周長度係前述環形天線之實質全周長度之3倍左右。
5. 如請求項3之天線，其中前述開口部之全周長度係前述環形天線之實質全周長度之3倍左右。
6. 如請求項2之天線，其中前述矩形狀之線狀導體相鄰2邊之比為1：2~2：1之範圍。
7. 如請求項2之天線，其中前述線狀導體之形狀為橢圓形。
8. 如請求項7之天線，其中 前述橢圓之長徑與短徑之比為1：2~2：1之範圍。
9. 如請求項2之天線，其中前述環形天線、無供電元件及線狀導體形成於薄片狀之電介質上。
10. 如請求項3之天線，其中前述環形天線、無供電元件及具有開口部之金屬板形成於薄片狀之電介質上。
11. 如請求項9之天線，其中前述薄片狀之電介質係透明之膜。
12. 如請求項1之天線，其中前述環形天線、無供電元件及導體形成於透明之膜上；前述透明之膜貼附於汽車前窗之上端部。
13. 如請求項1之天線，其中前述環形天線、無供電元件及導體形成於薄片狀之電介質上；前述電介質貼附於與汽車後照鏡之鏡相反側之面。
14. 如請求項1之天線，其中前述環形天線、無供電元件及導體埋入於與汽車後照鏡之鏡相反側之面。
15. 如請求項1之天線，其中前述環形天線、無供電元件及導體埋入於汽車之後擾流板。