TWI754495B

TWI754495B - 天線裝置以及測量系統

Info

Publication number: TWI754495B
Application number: TW109144956A
Authority: TW
Inventors: 山浦真悟; 牧村英俊; 西本研悟
Original assignee: 日商三菱電機股份有限公司
Priority date: 2019-12-24
Filing date: 2020-12-18
Publication date: 2022-02-01
Also published as: WO2021130844A1; TW202125898A; JP7158606B2; JPWO2021130844A1

Abstract

目的在於提供一種測量系統，該測量系統包含天線裝置以及測量部，該天線裝置能夠提升通訊品質，該測量部與該天線裝置連接。天線裝置包含具有導電性的地板，設置於介電質基板上；第1天線，沿著第1基板邊緣設置；第2天線，沿著與第1基板邊緣正交之第2基板邊緣設置；第1饋電點，對第1天線饋電；第2饋電點，對第2天線饋電。地板具有第1地板邊緣，係與第1基板邊緣平行的2個邊緣之中，較接近第1天線的邊緣；第2地板邊緣，係與第1地板邊緣相向；第3地板邊緣，係與第2基板邊緣平行的2個邊緣之中，較接近第2天線的邊緣；第4地板邊緣，係與第3地板邊緣相向；狹縫，其起點位於第2地板邊緣；或者，狹縫的起點位於第3地板邊緣，並且在第2饋電點至第2地板邊緣那一側之間。

Description

天線裝置以及測量系統

本發明是關於一種測量系統，該測量系統包含用於無線通訊裝置等的天線裝置、以及連接該天線裝置的測量部。

在多路徑環境下進行無線通訊時，為了避免多路徑衰減所造成的通訊品質惡化，讓無線通訊裝置持有分集式功能是一個有效的作法。具有分集式功能的無線通訊裝置中，需要使用複數個天線，來提高各天線的增益，並且降低各天線之間的關聯性。各天線的輻射模式相似時，該各天線之間的關聯性會變高；各天線的輻射模式不相似時，該各天線之間的關聯性會變低。另外，降低天線之間的耦合量，就等同於降低天線之間的關聯性。

以前，由2個天線所構成的分集式天線當中，有一種減低天線之間的關聯性的方法被討論。舉例來說，已有揭示一種技術，是在其中一個天線的饋電點旁邊設置狹縫，藉由讓電流集中在狹縫部分，而減低天線之間的關聯性(例如，參照專利文獻1)。另外，也有揭示一種技術，是藉由將狹縫設置於電磁遮蔽，來變更電磁遮蔽上的高頻電流分布，而改善水平方向的天線增益(例如，參照專利文獻2)。 [先前技術文獻] [專利文獻]

[專利文獻1] 日本專利特開2013-197787號公報 [專利文獻2] 日本專利特許3251680號公報

[發明所欲解決的課題]

藉由使用專利文獻1的技術，可以減低天線之間的關聯性。另一方面，為了提升通訊品質，除了減低天線之間的關聯性之外，還需要增加特定平面內的平均增益。此處，所謂的「平均增益」，指的是某個平面內的增益的平均。

當相同類型且固定式，設置於距離地表差不多高度的天線裝置之間進行通訊時，身為通訊對象的天線裝置大致上位於同一個水平面內(期望的特定平面內)。因此，在水平面內的通訊對象方向，藉由平均地提高天線裝置包含的2個天線的增益，就可以實現長距離通訊。此處，所謂的「固定式天線裝置」，指的是使用時方向不變，且全部固定在同一個方向設置的天線裝置。

以前面臨的課題，是還沒有採取相對應的策略，目的是增加期望的特定平面內的平均增益，且水平面(也就是通訊對象方向)的天線增益低，通訊品質也低。專利文獻1的技術當中，由於缺乏阻斷地板上邊緣(與期望增加增益的平面內平行的邊緣)的電流的手段，因此電流會流向該地板上邊緣並輻射。因此，與期望的平面內正交的平面當中，輻射量因此增加，而難以提升期望的平面內的平均增益。另外，由於狹縫的位置接近饋電點，因此無法取得良好的匹配狀態。

另外，專利文獻2的技術，是在把電磁遮蔽作為地板來運作的1/4波長的不平衡系天線中，於距離饋電點1/4波長的位置設置狹縫，藉以阻斷流通於電磁遮蔽上的高頻電流，並以近似於1/2波長雙極天線的高頻電流分布，改善水平方向的增益。然而，為了使高頻電流分布近似於1/2波長雙極天線，就必須使地板的形狀為手機那種約略為長方形的形狀，且天線要設置於長邊方向的端部，使地板上的高頻電流可以趨近於流向長邊方向。另外，為了改善特定平面內的天線增益，對於該特定平面就必須垂直於地板的長邊方向。換言之，天線必須設置於與特定平面內平行的邊緣。

專利文獻2中，完全沒有提及地板的形狀接近正方形的情況，也就是高頻電流沒有辦法只流向與地板上的特定邊緣平行的方向的情況、以及將天線設置於與欲改善天線增益的平面垂直的邊緣的情況。另外，專利文獻2中，完全沒有提及與天線在地板的安裝位置相對的另一邊，靠近狹縫終點附近的構成以及效果。

如此一來，在以前，包含由2個天線所構成的分集式天線在內的天線裝置當中，就有通訊品質改善的空間。

本發明是為了解決上述問題而成，目的在於提供一種測量系統，該測量系統包含可以提升通訊品質的天線裝置、以及連接該天線裝置的測量部。 [用以解決課題的手段]

為了解決上述課題，本發明的天線裝置，包含：方形的介電質基板；具有導電性的地板，設置於介電質基板上；第1天線，位於介電質基板上，並且沿著第1基板邊緣設置，第1基板邊緣位於介電質基板的其中一個邊緣；第2天線，位於介電質基板上，並且沿著第2基板邊緣設置，第2基板邊緣與第1基板邊緣正交；第1饋電點，位於介電質基板上，設置於第1天線與地板之間，對第1天線饋電；以及第2饋電點，位於介電質基板上，設置於第2天線與地板之間，對第2天線饋電；其中，地板具有第1地板邊緣、第2地板邊緣、第3地板邊緣、第4地板邊緣、以及狹縫；第1地板邊緣是與第1基板邊緣平行的2個邊緣之中，較接近第1天線的邊緣；第2地板邊緣與第1地板邊緣相向；第3地板邊緣是與第2基板邊緣平行的2個邊緣之中，較接近第2天線的邊緣；第4地板邊緣與第3地板邊緣相向；狹縫的起點位於第2地板邊緣；或者，狹縫的起點位於第3地板邊緣，並且在第2饋電點至第2地板邊緣那一側之間。 [發明的效果]

根據本發明，由於天線裝置包含：具有導電性的地板，設置於介電質基板上；第1天線，沿著介電質基板的第1基板邊緣設置；第2天線，沿著與第1基板邊緣正交的第2基板邊緣設置；第1饋電點，設置於第1天線與地板之間，對第1天線饋電；以及第2饋電點，設置於第2天線與地板之間，對第2天線饋電；其中，地板具有第1地板邊緣、第2地板邊緣、第3地板邊緣、第4地板邊緣、以及狹縫；第1地板邊緣是與第1基板邊緣平行的2個邊緣之中，較接近第1天線的邊緣；第2地板邊緣與第1地板邊緣相向；第3地板邊緣是與第2基板邊緣平行的2個邊緣之中，較接近第2天線的邊緣；第4地板邊緣與第3地板邊緣相向；狹縫的起點位於第2地板邊緣；或者，狹縫的起點位於第3地板邊緣，並且在第2饋電點至第2地板邊緣那一側之間；因此，可以提升通訊品質。

本發明的目的、特徵、模式、以及優點，透過以下的詳細說明以及附上的圖式，可以更加明白易懂。

以下，針對本發明的實施形態，基於圖式進行說明。另外，各圖式中，相同或均等的部分會給予同一個符號。另外，我們先假設第1天線3以及第2天線4(例如，參照後面描述的第1圖)是在同一個頻率下操作，並假設操作頻率為f，該操作頻率的自由空間波長為λ，電氣波長為λ_g 。

第27圖示意應用以下說明的實施形態1~5的天線裝置的通訊系統的一例。如第27圖所示，每個天線裝置31、32、33都分別位於支撐物的上面部位，且都設置於距離地表差不多高度的位置。具體來說，天線裝置31設置於高度h1的位置，天線裝置32設置於高度h2的位置，天線裝置33設置於高度h3的位置。此處，h1≒h2≒h3。

天線裝置31、32、33之間進行無線通訊時，由於通訊對象大致上位於水平面內，因此，藉由增加水平面內的天線增益，天線裝置31、32、33之間的可通訊距離得以延長。另外，藉由具有充足的通訊靈敏度(增益)，而有助於降低通訊錯誤率，並提升通訊品質。以下，針對各實施形態1~5的天線裝置詳細說明。

＜實施形態1＞第1圖示意本實施形態1的天線裝置的構成的一例。

如第1圖所示，天線裝置具有：介電質基板1、地板2、第1天線3、第2天線4、第1饋電點5、第2饋電點6、以及狹縫7。地板2約略為方形，具有地板下邊緣21、地板左邊緣22、地板上邊緣23、以及地板右邊緣24。其中，地板下邊緣21也就是第1地板邊緣，地板左邊緣22也就是第3地板邊緣，地板上邊緣23也就是第2地板邊緣，地板右邊緣24也就是第4地板邊緣。另外，中心線8是將地板2分割為上下2個區域的直線。另外，在第1圖中，上方向相當於+z軸方向，下方向相當於-z軸方向，右方向相當於+y軸方向，左方向相當於-y軸方向。示意其他天線裝置的圖式當中也是如此。

方形的介電質基板1上設置具有導電性的地板2，作為第1天線3以及第2天線4的接地導體。介電質基板1舉例來說，由玻璃環氧所構成。本說明書中，作為介電質基板1的參數所用的一例，是介電常數ε_r =4.4、損耗角正切(或稱損耗因數)tanδ=0.02、基板厚度3.1E-3λ，來示意設計結果。為了讓天線裝置運作，雖然還需要在地板2上設置電子元件，且以介電質基板1與地板2構成印刷電路基板，但本說明書概略上，將地板2當作是設置於介電質基板1表面的單一面導體。

第1天線3以及第2天線4，是在介電質基板1上經由蝕刻加工等所形成的導體模型。另外，第1天線3以及第2天線4也可以由板金或是金屬線來構成。

第1饋電點5，也就是第1天線3的饋電點，設置於第1天線3與地板2之間。第2饋電點6，也就是第2天線4的饋電點，設置於第2天線4與地板2之間。

第1天線3從第1饋電點5開始延伸，在途中兵分2路，其中一路沿著第1基板邊緣，也就是沿著介電質基板1的下面部位，朝+y軸方向延伸；另外一路則在地板2短路。第1天線3藉由設置短路部，而發揮倒F型天線的作用，使第1天線3與第1饋電點5之間的阻抗匹配變得容易。另外，設置短路部並不是天線裝置運作時必備的。像這樣，第1天線3設置於介電質基板1的下面部位，第1饋電點5設置於介電質基板1的左下部位。

第2天線4從第2饋電點6開始延伸，在途中兵分2路，其中一路沿著第2基板邊緣，也就是沿著介電質基板1的左邊部位，朝+z軸方向延伸；另外一路則在地板2短路。第2天線4藉由設置短路部，而發揮倒F型天線的作用，使第2天線4與第2饋電點6之間的阻抗匹配變得容易。另外，與第1天線3相同，設置短路部並不是天線裝置運作時必備的。像這樣，第2天線4設置於介電質基板1的左邊部位，第2饋電點6設置於介電質基板1的左下部位。如第1圖所示，第1天線3以及第2天線4配置在對稱的位置。

藉由讓第1饋電點5以及第2饋電點6接近介電質基板1的左下部位，並且將第1天線3以及第2天線4分別配置在正交的方向，可以降低第1天線3以及第2天線4之間的關聯性，且第1天線3以及第2天線4是以分集式天線的形式有效運作。另外，雖然第1圖中，合併描述第1饋電點5以及第2饋電點6，但在以分集式天線的形式運作時，並不會同時饋點給第1天線3以及第2天線4。

狹縫7的起點，位於地板左邊緣22，從第2饋電點6開始沿著+z軸方向距離0.018λ的位置，在+y軸方向的長度為0.18λ(0.22λ_g )。另外，本說明書中，介電質基板1以及地板2的大小，都統一以第1圖示意的尺寸來示意解析結果(其他圖式中有可能省略記載尺寸)。

第2圖示意比較用天線裝置的構成的一例，用來與本實施形態1的天線裝置進行比較。如第2圖所示，比較用天線裝置當中，地板2並沒有設置狹縫。由於其他的構成與第1圖所示的天線裝置相同，故此處省略詳細的說明。

第3圖用以說明座標系。本說明書中，定義xy平面為水平面，目的在於改善第1天線3以及第2天線4的xy平面內的平均增益的最差值。此處，所謂第1天線3以及第2天線4的xy平面內的平均增益的最差值，指的是第1天線3的xy平面內的平均增益的值、以及第2天線4的xy平面內的平均增益的值之中，增益較差的值。

雖然，我們採用了如第2圖所示，沒有在地板2設置狹縫的天線裝置，作為比較用天線裝置，然而，本實施形態1的天線裝置相對於該比較用天線裝置所具備的優勢，也一樣成立在本實施形態1的天線裝置相對於專利文獻1的技術所具備的優勢。這是因為，本實施形態1的目標，在於抑制分布於地板2的地板上邊緣23的高頻電流，即使在專利文獻1示意的位置(比天線的饋電點還要下側的位置)設置狹縫，也沒有辦法抑制電流，流向與本實施形態1中，地板2的地板上邊緣23相當的邊緣。

接著，針對天線裝置的運作進行說明。

首先，針對本實施形態1的天線裝置要解決的課題進行說明。第4、5圖示意比較用天線裝置當中的電流的流向。第4圖示意第1天線3饋電時的電流的流向，第5圖示意第2天線4饋電時的電流的流向。另外，第4、5圖中，陰影線箭頭示意電流的流向。

如第4圖所示，第1天線3饋電時，由於第1天線3以及與該第1天線3相向的地板下邊緣21之間的波長比很接近，因此與第1天線3反方向的電流，會流入地板下邊緣21。因此，分別流通於地板下邊緣21以及第1天線3的電流之間的輻射會互相抵銷，因此並不會成為主要的輻射源。另一方面，由於-z軸方向的同相電流，在地板左邊緣22以及地板右邊緣24流通，因此來自於地板左邊緣22以及地板右邊緣24的輻射將具有主導地位。由於該等輻射是從電流源沿著z軸所輻射，因此在xy平面當中具有高增益的無定向性輻射模式(zx平面為8字形的定向性)，並提高xy平面內的平均增益。

如第5圖所示，第2天線4饋電時，具有與第1天線3饋電時的電流分布正交的電流分布，從電流源沿著y軸方向的輻射將具有主導地位。因此，在zx平面當中為無定向性輻射模式(xy平面為8字形的定向性)，xy平面當中的平均增益相較於第1天線3還低。

第6圖示意第2圖所示的比較用天線裝置中，第1天線3以及第2天線4分別饋電時的輻射模型(兩旁波E_ϕ 以及E_θ 的合成增益)。如上所述，第1天線3饋電時的平均增益較高，而第2天線4饋電時的平均增益較低。

接著，針對在地板2設置狹縫7所得到的效果進行說明。以下，針對平均增益低的第2天線4饋電時的運作進行說明。

第7圖示意第1圖所示的本實施形態1的天線裝置中，第1天線3以及第2天線4分別饋電時的輻射模型(兩旁波E_ϕ 以及E_θ 的合成增益)。如第7圖所示，相較於第6圖所示的比較用天線裝置，雖然在地板2設置狹縫7，會導致第1天線3饋電時xy平面內的平均增益降低，但本實施形態1的目的在於改善第1天線3以及第2天線4的xy平面內平均增益的最差值。因此，本實施形態1中，藉由防止第1天線3饋電時xy平面內的平均增益降低，同時增加第2天線4饋電時xy平面內的平均增益，而改善第1天線3以及第2天線4的xy平面內的平均增益的最差值。

第8圖示意第1圖所示的本實施形態1的天線裝置中，第2天線4饋電時電流的流向。如第8圖所示，在地板左邊緣22流通的電流沿著狹縫7流通，狹縫7的兩側有反方向的電流在流通。此處，所謂的「狹縫7的兩側」，指的是構成狹縫7，並且在狹縫7的寬方向相向的2個邊緣。

長度約λ_g /4的狹縫7以扼流圈的形式發揮功能，把有可能沿著地板2的外形而流通於地板上邊緣23的電流給阻斷。以下，我們將狹縫7的長度稱為「狹縫長」。狹縫7的狹縫長，約λ_g /4較佳。這是因為，藉由流通於狹縫7的電流，會在狹縫7上產生駐波（電流分布的波腹與波節）。然後，當狹縫7的狹縫長為λ_g /4時，電流值的波腹(阻抗最小)產生在狹縫7的終點，而電流值的波節(阻抗最大)則產生在狹縫7的起點。像這樣，由於狹縫7的起點阻抗最大，因此來自於第2饋電點6的電流，最主要由狹縫長為λ_g /4的狹縫7給阻斷。由於電流受到狹縫7當中的駐波分布而阻斷，因此地板2的大小、還有第1天線3以及第2天線4分別的天線長度，並不會受到狹縫長λ_g /4太大的影響。

藉此，來自於地板上邊緣23的電流源的輻射得以抑制。另外，在地板右邊緣24附近，也就是狹縫7的終點附近，由於是朝著+z軸方向的電流分布，因此在xy平面輻射無定向性的電波。這有助於xy平面內平均增益的增加。

根據以上記載，如第7圖所示，第1天線3饋電時、以及第2天線4饋電時xy平面內的平均增益的最差值，相較於第6圖所示的比較用天線裝置還要提升。像這樣，本實施形態1的天線裝置，藉由設置以地板左邊緣22為起點的狹縫7，可以改善第1天線3饋電時、以及第2天線4饋電時xy平面內的平均增益的最差值。

＜變形例1＞第9圖示意本實施形態1的變形例1的天線裝置的構成的一例，示意第2天線4饋電時電流的流向。另外，第9圖中，陰影線箭頭示意電流的流向。第9圖示意的天線裝置中，設置於地板2的狹縫7的位置以及形狀，與第1圖所示的天線裝置不同。由於其他的構成與第1圖所示的天線裝置相同，故此處省略詳細的說明。

如第9圖所示，狹縫7的起點位於地板上邊緣23。當狹縫7的起點位於地板上邊緣23時，從狹縫7的起點到地板右邊緣24那一側，電流會被狹縫7阻斷。因此，可以減低zx平面內輻射的無定向性的電波的增益。然後，由於地板右邊緣24附近，也就是狹縫7的終點附近，可以形成-z軸方向的電流，因此可以提升xy平面內的平均增益。

第10圖示意第9圖所示的天線裝置中，第1天線3以及第2天線4分別饋電時的輻射模型(兩旁波E_ϕ 以及E_θ 的合成增益)。相較於第6圖所示的比較用天線裝置的輻射模型，第1天線3饋電時、以及第2天線4饋電時xy平面內的平均增益的最差值提升了。

像這樣，藉由設置以地板上邊緣23為起點的狹縫7，可以改善第1天線3饋電時、以及第2天線4饋電時xy平面內的平均增益的最差值。另外，狹縫7的形狀，並不限於第9圖所示的形狀，即使是從地板上邊緣23開始，往-z軸方向直線延伸的形狀，也可以提升第1天線3饋電時、以及第2天線4饋電時xy平面內的平均增益的最差值。如第9圖所示，將狹縫7的形狀彎曲的目標，在於多增加狹縫長、以及縮小設置於地板2的狹縫7的面積。

＜變形例2＞第11圖示意本實施形態1的變形例2的天線裝置的構成的一例。第11圖所示的天線裝置中，狹縫7的終點位於接近第1饋電點5以及第2饋電點6附近的位置。由於其他的構成與第1圖所示的天線裝置相同，故此處省略詳細的說明。

如第11圖所示，第2天線4饋電時，地板上邊緣23的電流被狹縫7阻斷，於地板右邊緣24產生與z軸平行方向的電流分布(包含-z軸以及+z軸兩者)，因此可以增加xy平面內的平均增益。

第12圖示意第11圖所示的天線裝置中，第1天線3以及第2天線4分別饋電時的輻射模型(兩旁波E_ϕ 以及E_θ 的合成增益)。相較於第6圖所示的比較用天線裝置的輻射模型，第1天線3饋電時、以及第2天線4饋電時xy平面內的平均增益的最差值提升了。

像這樣，即使將狹縫7的起點設置於地板左邊緣22，且終點設置於接近第1饋電點5以及第2饋電點6，也可以改善第1天線3饋電時、以及第2天線4饋電時xy平面內的平均增益的最差值。另外，狹縫7的形狀並不限於第11圖所示的形狀，只要是狹縫7的起點接近第2饋電點6的情況，或是狹縫7往左下方傾斜或右下方傾斜延伸，且終點接近第1饋電點5以及第2饋電點6的情況，都可以提升第1天線3饋電時、以及第2天線4饋電時xy平面內的平均增益的最差值。

我們可以得知，以上說明的第1、9、11圖的天線裝置，為了改善第1天線3饋電時、以及第2天線4饋電時xy平面內的平均增益的最差值，當xy平面當中的平均增益較低的第2天線4饋電時，需要利用狹縫7將地板上邊緣23的電流阻斷。換言之，狹縫7的起點，必須要設置於地板左邊緣22或是地板上邊緣23。

另外，與第9圖所示，將狹縫7的起點設置於地板上邊緣23的天線裝置比較起來，第7、12圖所示，將狹縫7的起點設置於地板左邊緣22的天線裝置，更能提升第1天線3饋電時、以及第2天線4饋電時xy平面內的平均增益的最差值。這是因為，藉由將狹縫7的起點設置於地板左邊緣22，能夠提高將流通於地板上邊緣23的電流阻斷的效果。換言之，為了提升第1天線3饋電時、以及第2天線4饋電時xy平面內的平均增益的最差值，若將狹縫7的起點設置於地板上邊緣23時，該起點靠近地板左邊緣22那一側較佳。

以上說明中，我們可以得知，為了改善第1天線3饋電時、以及第2天線4饋電時xy平面內的平均增益的最差值，在地板右邊緣24附近必須要產生往z軸方向的電流分布。要在地板右邊緣24附近產生往z軸方向的電流分布的其中一種手法，是讓狹縫7的終點接近地板右邊緣24。然而，這也示意了，狹縫7的終點未必要接近地板右邊緣24，就如同第11圖所示的狹縫7的形狀。換言之，我們可以說狹縫7的終點、以及狹縫7的形狀有比較自由的空間。

＜實施形態2＞第13圖示意本實施形態2的天線裝置的構成的一例。相較於實施形態1所說明，如第1圖所示的天線裝置，本實施形態2的天線裝置中，狹縫7的終點距離第2饋電點6較遠。由於其他的構成與第1圖所示的天線裝置相同，故此處省略詳細的說明。

如第13圖所示，藉由將狹縫7的起點設置在距離第2饋電點6遙遠的位置，對50Ω系的饋電點來說可以讓第2天線4的阻抗匹配的狀態變得良好。另外，藉由將狹縫7的終點設置於地板右邊緣24附近，可以提升第2天線4的輻射功率(詳細將於後面描述)。

狹縫7的起點，位於地板左邊緣22，從第2饋電點6開始沿著+z軸方向距離0.11λ的位置，在+y軸方向延伸0.18λ(0.22λ_g )。

第14圖示意第13圖所示的天線裝置中，第1天線3以及第2天線4分別饋電時的輻射模型(兩旁波E_ϕ 以及E_θ 的合成增益)。相較於第6圖所示的比較用天線裝置的輻射模型，第1天線3饋電時、以及第2天線4饋電時xy平面內的平均增益的最差值提升了。另外，第1天線3以及第2天線4當中，增益低的方向與增益高的方向顛倒，而在多樣性方面得到有效的特性。

第15圖示意第1圖所示的天線裝置於相同頻帶中的輸入阻抗特性(史密斯圖)。第16圖示意第13圖所示的天線裝置於相同頻帶中的輸入阻抗特性(史密斯圖)。第17圖示意第1圖所示的天線裝置於相同頻帶中，於地板2上的電流強度分布。第18圖示意第13圖所示的天線裝置於相同頻帶中，於地板2上的電流強度分布。

若比較第1、13圖所示的各天線裝置的電流強度分布，如第1圖所示，狹縫7的起點靠近饋電點的天線裝置中，由於電流集中在狹縫7的周圍，因此第2饋電點6附近的電流值變大，而第2天線4的阻抗變低。換言之，對50Ω系的第2饋電點來說，阻抗匹配的狀態惡化。另外，由於狹縫7以扼流圈的形式發揮功能，因此從饋電點來看，在狹縫7的對側，有助於輻射的電流不會流通。因此，能夠作為輻射元件活用，而可以實際發揮作用的地板2的大小，變成是夾在狹縫7與第2饋電點6之間的狹小區域。不平衡型的小型天線元件中，電流也會流通於地板2，作為天線發揮功能，藉以取得良好的天線性能。第1圖所示的天線裝置中，第2天線4的阻抗匹配的狀態並不良好，且地板2也並未有效地活用，因此無法取得良好的天線性能。另一方面，第13圖所示的天線裝置中，由於可以舒緩第1圖所示的天線裝置引起的現象，因此可以取得良好的天線性能。

第19圖為一表格，比較第11圖所示的天線裝置、以及第13圖所示的天線裝置的天線的輻射功率，並示意兩者的差異部分。

第11圖所示的天線裝置中，狹縫7中電流最大的終點，接近電流變大的地板2的第2饋電點6附近，藉以讓電流集中在第2饋電點6附近。由於導體損耗與電流的平方成比例，因此當電流集中在特定的區域時，總導體損耗（電力損耗）就會變大。

舉例來說，我們來觀察電阻為R、電流為I、導體損耗為P的情況。當電流均等時，也就是I₁ =I₂ =1(I₁ +I₂ =2)時，P=RI₁ ² +RI₂ ² =2R。另一方面，當電流集中在特定的區域時，也就是I₁ =1.5且I₂ =0.5(I₁ +I₂ =2)時，P=RI₁ ² +RI₂ ² =2.5R。

根據以上記載，為了降低導體損耗(也就是提高輻射功率)，讓狹縫7的終點靠近地板右邊緣24那一側，也就是距離第2饋電點6遙遠的那一側較佳。

使用第20、21圖說明介電質損耗。第20圖示意第11圖所示的天線裝置的電場強度分布。第21圖示意第13圖所示的天線裝置的電場強度分布。

如第20圖所示，第11圖所示的天線裝置中，沿著狹縫7產生大的電場。另一方面，如第21圖所示，第13圖所示的天線裝置中，電場強度的大範圍比第11圖所示的天線裝置還要小。由於介電質損耗與電場強度的平方成正比而變大，因此如第13圖所示，電場強度小的天線裝置，其介電質損耗較小，也就是能夠提升輻射功率。

以上內容示意了，本實施形態2中，讓狹縫7的起點遠離第2饋電點6，藉以改善第2天線4的阻抗匹配的狀態。換言之，狹縫7的起點，在地板左邊緣22當中的靠近地板上邊緣23那一側較佳。另外，也示意了將狹縫7的終點遠離第2饋電點，藉以提高輻射功率。換言之，狹縫7的終點靠近地板右邊緣24那一側較佳。

＜實施形態3＞第22圖示意本實施形態3的天線裝置的構成的一例。本實施形態3的天線裝置中，狹縫7的起點位於地板上邊緣23，而且狹縫7的形狀為L字形。由於其他的構成與第1圖所示的天線裝置相同，故此處省略詳細的說明。

狹縫7的起點位於地板上邊緣23的左端部，狹縫7的形狀為L字形。由於狹縫7的操作頻率與狹縫長有關，因此為了在低頻讓狹縫7運作，就必須要增加狹縫長。因此，如第22圖所示，將狹縫7配置彎曲成L字形。藉由縮短L字形z軸方向的長度，能夠擴大沒有狹縫7的地板2的方形面積。藉此，實裝於地板2上的電子元件的專有面積會擴大，在電子元件的電路布局等觀點來看，能讓電路基板的設計變得簡單。

由於狹縫7的起點位於地板上邊緣23的地板左邊緣22那一側，且狹縫7的終點位於地板右邊緣24附近，因此，不但可以提升第1天線3饋電時、以及第2天線4饋電時xy平面內的平均增益的最差值，還可以得到良好的阻抗匹配、以及高輻射功率。

從以上內容得知，根據本實施形態3，藉由設置L字形的狹縫7，且狹縫7的起點於地板上邊緣23，可以提升第1天線3饋電時、以及第2天線4饋電時xy平面內的平均增益的最差值。另外，也可以實現狹縫7操作頻率的低頻化、以及電路基板設計的簡單化。

＜實施形態4＞第23圖示意本實施形態4的天線裝置的構成的一例。本實施形態4的天線裝置，在狹縫7的起點與終點之間設置電子元件10。由於其他的構成與第1圖所示的天線裝置相同，故此處省略詳細的說明。

電子元件10舉例來說，為電阻、反相器、或電容器等，兩端跨越狹縫7的寬方向與地板2連接。藉由設置電子元件10，可以調整等價上的狹縫長。

印刷基板的製作工程中，第1天線3以及第2天線4的圖樣形成、以及決定狹縫7的狹縫長之後，調整狹縫7的操作頻率時，需要花成本重新製造狹縫長變更後的印刷基板。為了避免這種印刷基板的重新製造，並且讓狹縫7的操作頻率可以改變，因此在狹縫7的路徑途中設置電子元件10。另外，電子元件10也可以根據適當的設計而設置複數個。

舉例來說，我們來觀察使用跳線電阻作為電子元件的情況。將跳線電阻設置在位於狹縫7的終點算起，往起點的方向偏移狹縫7全長10%的距離。藉由這樣的構成，可以提高狹縫7操作頻率的10%。

第24圖示意第23圖所示的天線裝置當中電流的流動。另外，圖中的陰影線箭頭示意電流的流向。

如第24圖所示，沿著狹縫7流動的電流，會流過作為短路元件而發揮功能的跳線電阻，因此從跳線電阻到地板右邊緣24那一側，電流不會流通。

電子元件10的兩端要用焊接等方式與地板2導通，但實裝電子元件10時，需要事先在狹縫7的路徑途中設置實裝用的接點(pad)。然而，由於製造上可以設置的接點數量有限，且設置的接點的間隔會變得零散，因此有的時候會沒辦法在有限的接點位置，調整在期望的頻率下操作的狹縫7。此時，藉由使用電抗元件，如電感或電容器作為電子元件10，由於從狹縫7的起點往終點那一側看過去，能夠些微調整狹縫7的阻抗，因此也能夠些微調整狹縫7的操作頻率。另外，就算不使用跳線電阻或電抗元件，而是使用電阻元件作為電子元件10，也可以調整狹縫7的阻抗。

為了調整狹縫7的操作頻率，也可以使用可變元件(可變電感、可變電容器、可變電阻、開關等)作為電子元件10。藉此，就可以切換狹縫7的操作頻率，而且在第1天線3以及第2天線4以多接點方式設計時，也可以因應各頻率來實現狹縫7的操作。藉此，依照本實施形態4，藉由在狹縫7的路徑途中設置電子元件10，可以調整等價上的狹縫長，而不用重新設計印刷基板。

＜實施形態5＞第25圖示意本實施形態5的測量系統的構成的一例。本實施形態5的測量系統，包含實施形態2所說明，如第13圖所示的天線裝置、以及測量部11。另外，第25圖中雖然是圖示第13圖所示的天線裝置，但也可以是第1、9、11、22、23圖所示的天線裝置。

如第25圖所示，測量部11配置於天線裝置當中的地板上邊緣23那一側。另外，藉由具有連接器13、14的連接纜線12，與測量部11、天線裝置電連接。具體來說，連接纜線12的連接器13，與天線裝置的地板右邊緣24連接。舉例來說，測量系統為設置於感測網路，具有無線通訊功能的感測器。

接著，針對測量系統的操作進行說明。

測量部11測量的資料透過連接纜線12送到天線裝置，利用輻射的電波，從天線裝置傳送到通訊對象。若構成元件中含有金屬的測量部11配置接近地板2，也就是電波的輻射源時，會對天線性能帶來影響。此處，所謂的測量部11接近地板2，舉例來說，是指測量部11與地板上邊緣23之間的距離在0.1λ以下。另外，除了測量的資料之外，測量部11也可以將測量部11的ID、以及測量的時間等資訊，透過天線裝置傳送至通訊對象。

若地板2並未設置狹縫7，則第2天線4饋電時，地板上邊緣23也會有大電流在流動，接近的測量部11的金屬部，會誘發與地板上邊緣23那一側反向的電流，而造成天線的輻射功率惡化。另外，測量部11誘發的高頻電流成為輻射源，由於不需要的輻射的產生，而無法得到期望的輻射模式。

另一方面，若地板2有設置狹縫7，則地板上邊緣23的電流會因為狹縫7而阻斷，因此可以舒緩在地板2未設置狹縫7時所產生的上述問題。藉此，本實施形態5中，即使測量部11配置於地板上邊緣23那一側，也可以減輕天線性能的惡化。

另外，把連接纜線12的連接器13連接在地板右邊緣24有以下2個好處。第1個好處，是藉由將連接器13遠離地板2當中電流較大的第1饋電點5以及第2饋電點6，使得流進連接纜線12的電流變小，因此在連接纜線12的布線方式改變時，可以防止天線裝置的性能產生變動。第2個好處，是地板右邊緣24附近並沒有配置測量部11，因此可以保證連接器13具有足夠的設置空間。舉例來說，將連接器13設置於地板上邊緣23時，由於在地板上邊緣23的附近，地板2、連接纜線12、以及測量部11彼此之間很密集，因此在該等元件中流動的電流所輻射出的電波會互相抵消，使天線性能惡化。

＜實施形態1~5的共同事項＞＜關於狹縫長以及狹縫寬＞第26圖分別示意如第13圖所示的天線裝置以及未設置狹縫7的天線裝置(例如參照第2圖)當中，以狹縫長為參數時，第1天線3饋電時、以及第2天線4饋電時在水平面內的平均增益的最差值的比較結果。另外，平均增益會考慮導體損耗以及介電質損耗。另外，若狹縫長為0.16λ以上時，則將狹縫7往-z軸方向彎曲成L字形來模組化。

如第26圖所示，藉由將狹縫長設為0.12~0.25λ(0.15~0.3λ_g )，相較於沒有設置狹縫7的天線裝置比較起來，可以改善水平面內的平均增益的最差值0.5dB以上。

自由空間波長λ與電氣波長λ_g 的比，因使用的介電質基板1的厚度或介電常數而不同。因此，在自由空間波長表現的上述狹縫長的範圍(0.12~0.25λ)，是限制在使用這次解析時使用的介電質基板1（介電常數ε_r =4.4、損耗因數tanδ=0.02、基板厚度3.1E-3λ）的數值，重要的尺寸為電氣波長表現的上述狹縫長的範圍(0.15~0.3λ_g )。最差值的改善量最大的狹縫長0.2λ，為電氣波長0.24λ_g ，對應實施形態1說明的狹縫長的推薦尺寸，也就是約λ_g /4。另外，為了確保實裝作為無線通訊機所需要的元件的面積，以及維持與狹縫7相向的邊緣當中流動的電流相位相反，狹縫寬在λ/10以下較佳。

＜關於狹縫形狀＞第1、9、11、13、15所示的狹縫形狀為其中一種範例。狹縫7為適當設計事項的範圍內，例如在1個以上的地方曲折、或彎曲成圓弧狀、或設計為蛇行狀。但針對狹縫長來說，藉由如上面所述設計在0.15~0.3λ_g 的範圍內，可以取得更高的效果。

＜關於天線形狀＞第1天線3以及第2天線4在限定的範圍內為任意形狀，追求阻抗的調整以及頻帶的調整，在適當設計事項的範圍內。雖然在本說明書中是使用倒F型天線進行說明，但使用不平衡形的天線，藉由饋電讓地板也有電流在流通，也能得到相同的效果。

＜關於地板的大小＞本說明書示意的範例中，將介電質基板1的大小設為0.25λ×0.25λ，但由於來自天線的電波輻射，是由流過地板2的高頻電流所引起的，因此介電質基板1的大小並不以此為限。另外，以狹縫7操作的觀點來看，也不會受到地板2的大小所影響，而是受到第1天線3、第2天線4、以及狹縫7之間的相對位置，還有狹縫長的影響。因此，地板2的大小可以任意選擇，但為了要提高水平面，也就是xy平面內的平均增益，必須要讓地板2上無法產生高頻電流分布的波節。

根據以上記載，為了依照本說明書提升xy平面內的平均增益，地板2的大小設為(0.25λ_g ±0.1λ_g )×(0.25λ_g ±0.1λ_g )較佳。

當1/4波長的不平衡系天線配置於地板2的角落部位時，若地板2的大小超過0.35λ_g ×0.35λ_g ，則地板2上會產生電流分布的波節，而在輻射模式產生零點，導致平均增益降低。另外，為了確保設置狹縫7的面積，將地板2的大小設為0.1λ_g ×0.1λ_g 以上較佳。

＜關於對稱配置＞各實施形態1~5說明的天線裝置中，第1天線3配置於地板下邊緣21的下側；而第2天線4配置於地板左邊緣22的左側。在這樣的構成下，由於第2天線4的xy平面內的平均增益會降低，因此我們說明了在地板2設置狹縫7，且狹縫7的起點為地板左邊緣22或地板上邊緣23。

另一方面，若要增加zx平面內的平均增益，就需要依照天線裝置的對稱性，來改善第1天線3的增益。此時，所設置的狹縫7，就必須以地板2的右上角與左下角連成的直線作為對稱線，對稱配置在為了增加第2天線4的xy平面內的平均增益而設置的狹縫7的位置，而這此事從天線的對稱性來說是顯而易見的。

＜關於天線的可逆性＞各實施形態1~5中，為了方便說明，以發送天線裝置或接收天線裝置為一例進行說明；然而本領域具通常知識者可以理解，根據天線裝置的可逆性(reciprocity)，發送天線裝置或接收天線裝置的任何一者，都可以得到相同的效果。

另外，本發明在其發明的範圍內，可以將各實施形態自由組合、或是將各實施形態適當地變形、省略。

已經詳細說明了本發明，但以上描述的說明中，所有的態樣皆為例示，並非用來限定本發明。應該理解的是，在不脫離本發明的範圍內，可以設想並得出無數種未例示的變形例。

1:介電質基板 2:地板 3:第1天線 4:第2天線 5:第1饋電點 6:第2饋電點 7:狹縫 8:中心線 10:電子元件 11:測量部 12:連接纜線 13:連接器 14:連接器 21:地板下邊緣(第1地板邊緣) 22:地板左邊緣(第3地板邊緣) 23:地板上邊緣(第2地板邊緣) 24:地板右邊緣(第4地板邊緣) 31:天線裝置 32:天線裝置 33:天線裝置

第1圖示意本發明實施形態1的天線裝置的構成的一例。第2圖示意比較用天線裝置的構成的一例。第3圖用以說明座標系。第4圖示意比較用天線裝置當中的電流的流向。第5圖示意比較用天線裝置當中的電流的流向。第6圖示意比較用天線裝置的輻射模式的一例。第7圖示意本發明實施形態1的天線裝置的輻射模式的一例。第8圖示意本發明實施形態1的天線裝置當中的電流的流向。第9圖示意本發明實施形態1的天線裝置的構成的一例。第10圖示意本發明實施形態1的天線裝置的輻射模式的一例。第11圖示意本發明實施形態1的天線裝置的構成的一例。第12圖示意本發明實施形態1的天線裝置的輻射模式的一例。第13圖示意本發明實施形態2的天線裝置的構成的一例。第14圖示意本發明實施形態2的天線裝置的輻射模式的一例。第15圖示意本發明實施形態1的天線裝置的阻抗特性的一例。第16圖示意本發明實施形態2的天線裝置的阻抗特性的一例。第17圖示意本發明實施形態1的天線裝置的電流強度分布的一例。第18圖示意本發明實施形態2的天線裝置的電流強度分布的一例。第19圖為一表格，比較本發明實施形態2的天線的輻射功率。第20圖示意本發明實施形態1的天線裝置的電場強度分布的一例。第21圖示意本發明實施形態2的天線裝置的電場強度分布的一例。第22圖示意本發明實施形態3的天線裝置的構成的一例。第23圖示意本發明實施形態4的天線裝置的構成的一例。第24圖示意本發明實施形態4的天線裝置當中的電流的流向。第25圖示意本發明實施形態5的測量系統的構成的一例。第26圖示意本發明實施形態1~5的天線裝置當中，狹縫長與水平面內平均增益的最差值的改善量之間的關係。第27圖示意應用本發明實施形態1~5的天線裝置的通訊系統的一例。

1:介電質基板

2:地板

3:第1天線

4:第2天線

5:第1饋電點

6:第2饋電點

7:狹縫

8:中心線

21:地板下邊緣(第1地板邊緣)

22:地板左邊緣(第3地板邊緣)

23:地板上邊緣(第2地板邊緣)

24:地板右邊緣(第4地板邊緣)

Claims

一種天線裝置，包含：方形的介電質基板；具有導電性的地板，設置於該介電質基板上；第1天線，位於該介電質基板上，並且沿著第1基板邊緣設置，該第1基板邊緣位於該介電質基板的其中一個邊緣；第2天線，位於該介電質基板上，並且沿著第2基板邊緣設置，該第2基板邊緣與該第1基板邊緣正交；第1饋電點，位於該介電質基板上，設置於該第1天線與該地板之間，對該第1天線饋電；以及第2饋電點，位於該介電質基板上，設置於該第2天線與該地板之間，對該第2天線饋電；其中，該地板具有第1地板邊緣、第2地板邊緣、第3地板邊緣、第4地板邊緣、以及狹縫；該第1地板邊緣是與該第1基板邊緣平行的2個邊緣之中，較接近該第1天線的邊緣；該第2地板邊緣與該第1地板邊緣相向；該第3地板邊緣是與該第2基板邊緣平行的2個邊緣之中，較接近該第2天線的邊緣；該第4地板邊緣與該第3地板邊緣相向；該狹縫的起點位於該第2地板邊緣；或者，該狹縫的起點位於該第3地板邊緣，並且在該第2饋電點至該第2地板邊緣那一側之間。
如請求項1之天線裝置，其中，在平面圖中，當該地板以該第1地板邊緣與該第2地板邊緣的各中心連起來的直線、以及該第3地板邊緣與該第4地板邊緣的各中心連起來的直線，分割為4個等面積的區域時，該狹縫的起點，位於包含該第2地板邊緣以及該第3地板邊緣的區域的邊緣。
如請求項1或2之天線裝置，其中，在平面圖中，當該地板以該第1地板邊緣與該第2地板邊緣的各中心連起來的直線，分割為2個等面積的區域時，該狹縫的終點，位於包含該第4地板邊緣的區域內。
如請求項1或2之天線裝置，其中，若位於該地板的電氣波長為λ_g ，則該地板的外形為(0.25λ_g ±0.1λ_g )×(0.25λ_g ±0.1λ_g )。
如請求項1或2之天線裝置，其中，該狹縫的起點位於該第2地板邊緣，並且比該第4地板邊緣還要接近該第3地板邊緣。
如請求項1或2之天線裝置，更包含：電子元件，設置於該狹縫的起點與終點之間；其中，該電子元件的兩端跨越該狹縫的寬方向，與該地板連接。
如請求項1或2之天線裝置，其中，該狹縫的長度，是位於該地板上的電氣波長的0.15~0.30倍。
一種測量系統，包含：如請求項1或2之天線裝置；測量部，與該天線裝置當中的該第2地板邊緣相向的方式配置；以及纜線，其中一端連接該測量部，另外一端連接該天線裝置當中的該第4地板邊緣。