專利名稱：天線裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及天線裝置，特別涉及通信用、測距用或廣播用中所用的微波波段(3GHz～30GHz)及毫米波波段(30～300GHz)的天線裝置。
背景技術(shù)：
一直來，作為工作頻帶為寬帶的天線，已知揭示于非特許文獻1中的圓盤單極天線。圖31示出該圓盤單極天線。該圓盤單極天線包括連接于同軸線102的平面圓盤單極101所構(gòu)成。具體說，平面圓盤單極101被配置于距金屬平板103規(guī)定距離L的位置上，使對金屬平板103垂直地立設(shè)。然后通過調(diào)整距離L使具有所要的特性地成最佳的匹配。
又，如圖32所示，已知特許文獻1中揭示的天線。該天線具備立設(shè)于金屬平板103的平面單極105。平面單極105是縮小圓盤形(圓形)的橫寬、形成尖端形的平面構(gòu)造的單極。使用該平面單極105與未圖示的角形反射體和金屬板103構(gòu)成使工作頻帶寬帶化的單極天線。所謂角形反射體是接合規(guī)定尺寸的2塊平板的邊沿，并將接合部分彎成L字形的構(gòu)造體，將角形反射體垂直地并使角形反射體的2塊平面正交地立設(shè)于金屬平板103上。另一方面在形成尖端形的平面單極105的下部形成直線切割部106，設(shè)定金屬平板103與尖端形的平面單極105端部的距離為規(guī)定的距離L。
另外，非特許文獻2中揭示工作頻帶為寬帶的平面偶極子天線。該平面偶極子天線構(gòu)成為以相同形狀的一對金屬導(dǎo)體作為輻射導(dǎo)體，隔開一定距離設(shè)于電介質(zhì)上，從該隔開的間隔區(qū)域?qū)σ粚饘賹?dǎo)體饋電的偶極子天線。
M.Hammoud et al，“Matching The Input Impedance of ABroadband Disc Monopole”，Electron.Lett.，Vol.29，No.4，pp.406～407，1993[特許文獻1]特許第3114798號公報[非特許文獻2]Sung-Bae Cho etal，“ULTRA WIDEBAND PLANARSTEPPED-FAT DIPOLE ANTENNA FOR HIGH RESOLUTION IMPULSERADAR”，2003 Asia-Pacific Microware Conference
圖31與圖32所示的天線裝置都用單極天線。這些天線具有由上述平面圓盤單極101或上述平面單極105構(gòu)成的輻射元件與由金屬平板103構(gòu)成的接地導(dǎo)體所構(gòu)成。而且垂直且正交地配設(shè)輻射元件與接地導(dǎo)體。因此，輻射元件對接地導(dǎo)體成3維配置、立設(shè)，作為3維構(gòu)造體的天線占有3維空間。又，圖31所示的天線中金屬平板103的大小必須為平板圓盤單極101的直徑的約10倍程度的大小，例如大到300mm×300mm的形狀。另一方面，圖32所示的天線裝置中，天線及未圖示的角形反射體相對于接地導(dǎo)體垂直地配設(shè)。因此，天線及角形反射器相對于接地導(dǎo)體成3維配置、立設(shè)，作為3維構(gòu)造的天線裝置占有3維空間。
這樣，圖31及圖32所示的天線成為立體的構(gòu)造體，由于形狀加大，故不適合于小型天線裝置。
另外，圖32中相對于例如長度36mm的尖端形的平面單極105形成1～2mm程度的直線切割部106，從而實現(xiàn)對不同頻率的良好的阻抗匹配。然而因為平面單極105的輻射導(dǎo)體根據(jù)上述的角形反射體的大小確定尖端形狀，工作頻帶未必十分寬。例如后述的比頻帶寬度不過33％左右。
非特許文獻2揭示的平面偶極子天線工作頻帶雖是寬帶，但形成輻射導(dǎo)體的一對金屬導(dǎo)體有必要成為階梯形，故不能說是設(shè)計自由度高的天線。
因此，本發(fā)明是具有不采用從來以往那樣的立體構(gòu)造，不占有體積的小型天線的天線裝置，其目的在于提供使工作頻帶與以往相比為寬頻帶的設(shè)計自由度高的，高增益的天線裝置。

發(fā)明內(nèi)容
為達到上述目的，本發(fā)明提供的天線裝置其特征在于，在電介質(zhì)基體上設(shè)置平面形的輻射導(dǎo)體與饋電線，配置并構(gòu)成所述輻射導(dǎo)體，使具有從多角形、大致呈多角形、圓形、大致呈圓形、橢圓形、及大致呈橢圓形中選出的形狀的第1形狀元件與從多角形、大致呈多角形、圓形、大致呈圓形、橢圓形、大致呈橢圓形、梯形以及大致呈梯形中選出的形狀的至少一部分的第2形狀元件具有互相共有部分，該饋電線與該輻射導(dǎo)體相連接。
這里，第2形狀元件的構(gòu)成形狀不僅具有多角形、大致呈多角形、圓形、大致呈圓形、橢圓形、大致呈橢圓形、梯形以及大致呈梯形的形狀全體，而且包括部分地具有從這些形狀中選出的形狀的形狀。例如包括半圓、半橢圓，或多角形和梯形的一半的形狀。
所述饋電線例如在所述輻射導(dǎo)體的邊緣部之中從所述第一形狀元件來看，在所述第2形狀元件的位置方向上的第2形狀元件的邊緣部中，與所述輻射導(dǎo)體相連接。這時，所述饋電線設(shè)于與所述輻射導(dǎo)體同一平面上，在該平面上相連接。
或者，所述饋電線也可相對于所述平面從傾斜方向，或從大致垂直方向連接。這時，也可不在第2形狀元件的所述邊緣部連接。
又，所述天線裝置中，所述輻射導(dǎo)體和所述饋電路設(shè)置于所述電介質(zhì)基體的表面或該電介質(zhì)基體內(nèi)，構(gòu)成天線主體部，該天線主體部安裝于絕緣性基板上，該絕緣性基板的與該電介質(zhì)基體相反側(cè)的面或該絕緣性基板的內(nèi)部設(shè)置接地導(dǎo)體，使該輻射導(dǎo)體相對于該接地導(dǎo)體平行或大致平行地配置該電介質(zhì)基體，并將該天線主體部安裝于該絕緣性基板上，較為理想。
其時，在所述絕緣基板上與所述接地導(dǎo)體一起設(shè)置構(gòu)成傳輸線路的信號線，該信號線與所述饋電線相連接。例如通過設(shè)置在所述電介質(zhì)基體上的通路連接。此外，在所述電介質(zhì)基體上例如相對于所述饋電線對稱的位置上設(shè)置一對接地圖案。
此外，安裝于所述絕緣性基板上的所述天線主體部，配設(shè)于與未形成所述接地導(dǎo)體的絕緣性基板的露出部相對的絕緣性基板的相對側(cè)的面的區(qū)域中并加以固定。即是說，所述天線主體部在與所述接地導(dǎo)體不互相相對的位置上與所述接地導(dǎo)體平行地配置。
又，所述天線裝置中，反射由所述輻射導(dǎo)體輻射的電波的反射體與所述絕緣性基板隔開間隔地配置為好。該反射體可以是例如反射面是平面的金屬平板，也可以是反射面具有成曲面的圓柱、圓柱的一部分、球或球的一部分等形狀的反射體。例如，所述反射體是平板，相對于所述絕緣性基板的所述接地導(dǎo)體平行或大致平行地配置。
又，在所述反射體與所述絕緣性基板之間設(shè)置空氣層為好。又，在所述反射體與所述絕緣性基板之間設(shè)置電介質(zhì)層也較好。這時，所述電介質(zhì)層中，用比介電系數(shù)為1.5～20范圍的電介質(zhì)為好，用比介電系數(shù)為2～10范圍的電介質(zhì)體更好。
在設(shè)置所述電介質(zhì)層和所述空氣層兩者時使按照所述絕緣體層、所述空氣層、所述電介質(zhì)層、所述反射體的順序?qū)⑺鲭娊橘|(zhì)層配設(shè)到所述反射體的表面上較好。
發(fā)明的效果本發(fā)明的天線裝置中的平面形輻射導(dǎo)體，具有從多角形、大致呈多角形、圓形、大致呈圓形、橢圓形及大致呈橢圓形之中選出的形狀的第1形狀元件，和具有從多角形、大致呈多角形、圓形、大致呈圓形、橢圓形、大致呈橢圓形、梯形及大致呈梯形之中選出的形狀的至少一部分的第2形狀元件，構(gòu)成具有互要共有部分的形狀，饋電線與該輻射導(dǎo)體相連接。因此，工作頻帶與已有的天線相比實現(xiàn)了寬帶化，而且實現(xiàn)阻抗匹配良好的、設(shè)計自由度高的天線裝置。
又，由電介質(zhì)基體與設(shè)置于該電介質(zhì)基體上的輻射導(dǎo)體和饋電線構(gòu)成的天線主體部是平面構(gòu)造，因此能提供將天線主體部安裝于電路基板等絕緣性基板的表面上的表面安裝型的天線裝置。
本發(fā)明中，在絕緣性基板的表面的一部分上設(shè)置無接地導(dǎo)體的露出部，可將天線主體部安裝于與該露出部相對的絕緣性基板的相對側(cè)的面的區(qū)域中。特別是設(shè)置與絕緣性基板的端部相接的露出部，可將天體主體部配置于該絕緣性基板的端部附近。因此，可以減小天線主體部所必要的絕緣性基板的露出部，能提供與以往相比為小型且工作頻帶寬的天線裝置。
又，由于可將天線主體部配置于電路基板的端部附近，故可擴大配置周邊電路用的區(qū)域，通信裝置整體的小型化成為可能。
又，通過將反射由輻射導(dǎo)體輻射的電波的反射體相對于所述絕緣性基板隔開間隔地配置，從而能提供高增益的天線裝置。又，通過在反射體與絕緣性基板之間設(shè)置電介質(zhì)層，進而在電介質(zhì)層與絕緣性基板之間設(shè)置空氣層，從而能提供更高增益的天線裝置。特別是通過平行、大致平行地配設(shè)平面構(gòu)造的天線主體部、絕緣性基板、電介質(zhì)層以及反射體，從而能提供小型且高增益的天線裝置。


圖1為本發(fā)明的天線裝置具有的天線主體部的一實施形態(tài)的平面圖。
圖2為本發(fā)明的天線裝置的一實施形態(tài)平面圖。
圖3為用直線A-B切斷圖2所示的天線裝置時的斷面圖。
圖4為說明圖1所示輻射導(dǎo)體形狀的說明圖。
圖5示出本發(fā)明的天線裝置的例1中的VSWR的頻率特性的曲線。
圖6為本發(fā)明的天線裝置的另一實施形態(tài)的平面圖。
圖7為用直線C-D切斷圖6所示的天線裝置時的斷面圖。
圖8示出本發(fā)明的天線裝置的例2中的VSWR的頻率特性的曲線。
圖9示出本發(fā)明的天線裝置的例3中的VSWR的頻率特性的曲線。
圖10示出用于本發(fā)明的天線裝置的天線主體部的另一實施形態(tài)的圖。
圖11示出用于本發(fā)明的天線裝置的天線主體部的另一實施形態(tài)的圖。
圖12示出用于本發(fā)明的天線裝置的天線主體部的另一實施形態(tài)的圖。
圖13示出本發(fā)明的天線裝置的例4、5中的VSWR的頻率特性的曲線。
圖14示出本發(fā)明的天線裝置的例6中的VSWR的頻率特性的曲線。
圖15示出從圖1所示的例1中除去接地圖案后的例8中的VSWR的頻率特性曲線。
圖16示出用于本發(fā)明的天線裝置的天線主體部的另一實施形態(tài)的圖。
圖17示出本發(fā)明的天線裝置的例9～11中的VSWR的頻率特性的曲線。
圖18示出本發(fā)明的天線裝置的例12中的VSWR的頻率特性的曲線。
圖19示出本發(fā)明的天線裝置的例13中的VSWR的頻率特性的曲線。
圖20示出本發(fā)明的天線裝置的另一實施形態(tài)圖。
圖21示出本發(fā)明的天線裝置的例14、15中的VSWR的頻率特性的曲線。
圖22為表示本發(fā)明的天線裝置的例16中的縱長度比率α與比帶寬之間關(guān)系的特性圖。
圖23示出本發(fā)明的天線裝置的例16中的VSWR的頻率特性的曲線。
圖24示出本發(fā)明的天線裝置的例18中的VSWR的頻率特性的曲線。
圖25示出使本發(fā)明的天線裝置的例19中的天線裝置的間隔L43變化時的天線裝置的增益特性的特性圖。
圖26示出本發(fā)明的天線裝置的例19中的間隔L43為7.5mm時的垂直極化的指向性的特性圖。
圖27示出使本發(fā)明的天線裝置的例19中的長度L41變化時的天線裝置的增益特性的特性圖。
圖28示出本發(fā)明的天線裝置的例20中的垂直極化的指向性的特性圖。
圖29示出本發(fā)明的天線裝置的例21的天線裝置的增益特性的特性圖。
圖30示出本發(fā)明的天線裝置的例21的比率β40％時的垂直極化的指向性的特性圖。
圖31示出以往的圓盤單極天線圖。
圖32示出以往的單極天線圖。
圖33示出以往的天線圖。
符號說明1，2天線裝置 10，110天線主體部11，111輻射導(dǎo)體 12第1形狀元件13第2形狀元件14饋天線15a，15b，115a，115b接地圖案 16，116電介質(zhì)基體17絕緣性基板 18接地導(dǎo)體19信號線 24露出部32第1電介質(zhì)層33第2電介質(zhì)層41反射體 51電介質(zhì)層61空氣層 101平面圓盤單極天線102同軸線103金屬平板105平面單極 106直線切割部具體實施方式
以下根據(jù)附圖所示的較佳實施形態(tài)詳細說明本發(fā)明的天線裝置。
圖1為本發(fā)明的天線裝置的一實施形態(tài)的天線裝置1所有的天線主體部10的平面圖。圖2為天線裝置1的平面圖。圖3為以圖2中的直線A-B切斷圖2所示的天線裝置1的斷面圖。
天線主體部10，作為安裝于電路基板等的絕緣性基板17的表面上的表面安裝型的天線發(fā)揮作用，具有輻射導(dǎo)體11、饋電線14及電介質(zhì)基體16構(gòu)成。
輻射導(dǎo)體11是形成于電介質(zhì)基體16內(nèi)部的平面形金屬導(dǎo)體。
輻射導(dǎo)體11其構(gòu)成使成圓形的第1形狀元件12與部分具有橢圓形的半橢圓形的第2形狀元件13配置為共有一部分的形狀。然后，輻射導(dǎo)體11與饋電線14在第2形狀元件13的邊緣部被連接。該連接位置從第1形狀元件2來看是第2形狀元件13位置方向的邊緣部。
饋電線14如圖3所示是通過通路20與電路基板等的絕緣性基板17上所設(shè)的傳輸線路的信號線19相連接的饋電線。
這樣的輻射導(dǎo)體11與饋電線14設(shè)置于電介質(zhì)基體16的同一平面上。
電介質(zhì)基體16上形成確保饋電線14的左右對稱位置電位為0、有效實現(xiàn)天線的阻抗匹配的接地圖案15a、15b。接地圖案15a、15b使通過設(shè)于例如絕緣性基板17的未圖示的輔助圖案及通路與接地導(dǎo)體18相連接。
圖4為具體說明輻射導(dǎo)體11形狀的圖。
輻射導(dǎo)體11的第1形狀元件12形成圓盤形，第2形狀元件13形成部分具有橢圓形的半橢圓形。圖4中假想線(點劃線)包圍的部分是第1形狀元件12與第2形狀元件13的共有部分。因此，在分別形成第1形狀元件12對應(yīng)的金屬導(dǎo)體及第2形狀元件13對應(yīng)的金屬導(dǎo)體、然后形成輻射導(dǎo)體11的場合，圓形及半橢圓形雙方的全輪廓不作為輻射導(dǎo)體11的圖案形狀的輪廓出現(xiàn)。在一體地形成使第1形狀元件12與第2形狀元件13互相共有一部分的組成形狀的場合。輻射導(dǎo)體11中圓形及橢圓形的全輪廓也不作為輻射導(dǎo)體11的圖案形狀的輪廓出現(xiàn)。
圖4所示的輻射導(dǎo)體11，第2形狀元件13即半橢圓形狀之中曲率半徑為最小的部分位于第1形狀元件12的圓形的大致中央附近。又第2形狀元件13的橢圓形之中直線部分(對半地切斷橢圓形狀的一側(cè)部分)配置得使從第1形狀元件12突出。又，輻射導(dǎo)體11形成以連接第1形狀元件12的中心點和第2形狀元件13的中心點的直線作為線對稱軸的線對稱形狀，在該線對稱軸上的輻射導(dǎo)體11的邊緣(直線部分)與饋電線相連接。
此外，為了如后述那樣用縱長度比率α規(guī)定輻射導(dǎo)體11的形狀，圖4中定義第1形狀元件的縱向長度L31及從第1形狀元件突出的第2形狀元件的縱向長度L32。
天線主體部10如圖2、3所示安裝于形成接地導(dǎo)體18的絕緣性基板17的表面上，構(gòu)成作為天線發(fā)揮作用的天線裝置1。絕緣性基板17上形成作為傳輸線的帶線路，例如利用微帶傳送線對天線主體部饋電。
如圖3所示，絕緣性基板17的一個面(圖3中的下面)上形成接地導(dǎo)體18，另一個面(圖3中的上面)上形成帶線的信號線19，天線主體部10安裝于形成信號線19的面的一側(cè)上。天線主體部10在電介質(zhì)基體16的內(nèi)部形成輻射導(dǎo)體11與饋電線14，輻射導(dǎo)體11與帶線信號線19的連接通過設(shè)置于電介質(zhì)基體16的通路20來實現(xiàn)。絕緣性基板17的設(shè)有接地導(dǎo)體18的面上如圖2所示設(shè)置與絕緣性基板17的端部相接地?zé)o接地導(dǎo)體18的露出部24，夾著該露出部24相對的絕緣性基板的反面?zhèn)鹊拿娴膮^(qū)域(以下稱露出部相對區(qū)域)上安裝天線主體部10。因此，天線主體部10配置于絕緣性基板17的端部附近。
這種天線裝置1中，如上所述，成圓形的第1形狀元件12和成半橢圓形的第2形狀元件13形成部分共有組合的形狀，由此，如后述的例子所示提高了比頻帶寬度，工作頻帶為寬頻帶。
本發(fā)明中的天線輻射導(dǎo)體的形狀如果是配置具有從多角形、大致呈多角形、圓形、大致呈圓形、橢圓形、大致呈橢圓形之中選出的形狀的第1形狀元件與具有從多角形、大致呈多角形、圓形、大致呈圓形、橢圓形、大致呈橢圓形、梯形、大致呈梯形之中選出的形狀的至少有一部分的第2形狀元件使互相具有共有部分的形狀，則無論是那種形狀也都可以。
圖3中將輻射導(dǎo)體11和饋電線14設(shè)于電介質(zhì)基體16的內(nèi)部，但也可以設(shè)于電介質(zhì)基體16的表面。此外，電介質(zhì)基體16也可為層疊基體。用層疊基體時，輻射導(dǎo)體11和饋電線14可設(shè)于層疊基體的表面層，也可設(shè)于第2層、第3層等的內(nèi)層。這時也可用2層夾入地形成輻射導(dǎo)體11和饋電線14。
電介質(zhì)基體16為層疊基體時，該層疊基體可以層疊持有一個比介電系數(shù)的1種類型的電介質(zhì)層，也可以如后面圖16所示層疊至少具有2種以上的不同比介電系數(shù)的電介質(zhì)層。
通過將輻射導(dǎo)體11設(shè)置于電介質(zhì)基體16上，利用電介質(zhì)的波長收縮效果使天線主體部10的小型化成為可能。這時根據(jù)輻射導(dǎo)體11的設(shè)置位置、電介質(zhì)基體16的比介電系數(shù)，或2種以上的比介電系數(shù)的組合，決定有效的比介電系數(shù)。因此，按有效的比介電系數(shù)得到波長收縮效果，通過適當(dāng)選擇、調(diào)整該有效比介電系數(shù)，可實現(xiàn)工作頻帶寬的天線主體部10。
又，雖然第1形狀元件12與第2形狀元件13形成于同一平面上，但饋電線14與接地圖案15a、15b也可形成于第1形狀元件12與第2形狀元件13同一平面或不同的另一平面上。在形成于不同的另一平面時，可利用位于圖3所示的電介質(zhì)基體16內(nèi)部的通路，連接第2形狀元件13與饋電線14，連接饋電線14與帶線的信號線19。此外，也可在長度方向(圖1的縱向)上二分割饋電線14為兩段饋電線。這時，一段饋電線形成于與第1形狀元件12和第2形狀元件13同一平面上，與第2形狀元件13連接。另一段饋電線形成于與第1形狀元件12和第2形狀元件13不同的另一平面上，與帶線的信號線19連接，并通過圖3所示的通路20連接到前一段饋電線上。
又，從帶線的信號線19到饋電線14的連接，可以用圖3所示的通路20來實現(xiàn)，也可以在電介質(zhì)基體16的端頭設(shè)置信號線圖案，通過該圖案連接。又，輻射導(dǎo)體11不限于形成于電介質(zhì)基體16上，輻射導(dǎo)體11與接地圖案15a、15b也可形成于絕緣性基板17的基板表面上。在進一步獲得上述那樣波長收縮效果時，也可在形成于絕緣性基板17的基板表面上的輻射導(dǎo)體11的上面另設(shè)電介質(zhì)基體。在將輻射導(dǎo)體11形成于絕緣性基板17的基板表面時，可將對輻射導(dǎo)體11饋電用的微帶傳輸線等的傳輸線與輻射導(dǎo)體11形成于同一絕緣性基板17上。
天線裝置1如圖2、3所示通過將天線主體部10表面安裝于形成接地導(dǎo)體18的絕緣性基板17上來構(gòu)成。接地導(dǎo)體18例如利用印刷到電介質(zhì)等的絕緣性基板17的背面來形成。這時對天線主體部10饋電用傳輸線例如微帶傳輸線等的帶線的信號線利用印刷到絕緣性基板17的表面上形成。
絕緣性基板17也可用層疊基板，這時接地導(dǎo)體18不設(shè)于層疊板的表面，而是設(shè)于第2層、第3層等的內(nèi)層，并在其上設(shè)置絕緣層構(gòu)成。
對形成于絕緣性基板17的天線主體部10的饋電用傳輸線，不限于微帶傳輸線，也可以是將接地導(dǎo)體與信號線設(shè)于絕緣體基板17的同一面上的共面的線路。這時共面線的接地導(dǎo)體起接地導(dǎo)體18的作用?？蓪⑻炀€主體部10安裝于形成共面線的表面，也可裝于背面。
也可將天線主體部10與接地導(dǎo)體18配置于同一基板的同一表面上。這時，構(gòu)成天線主體部10的電介質(zhì)基體16等的基體就不必要?？蓸?gòu)成使在露出部24相對的露出部相對區(qū)域形成天線主體部10，基板背面上形成帶線，通過通路對天線主體部10饋電。即可配置天線主體部10使形成接地導(dǎo)體18的面與天線主體部10的輻射導(dǎo)體11的形成面相平行。
又，在形成天線主體部10的電介質(zhì)基體16的表面或形成接地導(dǎo)體18的絕緣性基板17上，也可設(shè)置將天線主體部10用焊接等方式固定安裝于絕緣性基板17上用的端子。通過設(shè)置幾個這種端子，在用于無線電通信裝置等的通信設(shè)備中時也能防止在操作中天線主體部10從絕緣性基板17脫落。又，這種端子也可用于用焊接方式連接設(shè)于絕緣性基板17的帶線的信號線19與設(shè)于電介質(zhì)基體16的饋電線14的場合。這時能同時實現(xiàn)防止脫落與電氣連接。
為設(shè)置這種端子，設(shè)定天線元件10的端頭(電介質(zhì)基體16的端頭)與接地導(dǎo)體18之間的距離L1(參看圖3)為在信號線配線方向通常-5mm～5mm的范圍以無損于作為天線的特性。例如，距離L1為-5mm時，圖3中接地導(dǎo)體18與天線元件10以5mm的范圍重疊。
這樣的天線裝置1可適合用作進行線性極化收發(fā)的天線裝置。
以下說明有關(guān)這種天線裝置1的收發(fā)特性。
圖5示出圖2、3所示天線裝置1的VSWR(電壓駐波比)的頻率特性的一例。一般在傳輸線路上連接天線等負荷，或連接具有不同阻抗的傳輸線路時，由于連接部分的不連續(xù)性，傳輸?shù)男盘柕男胁ǖ囊徊糠直环瓷洚a(chǎn)生反射波。然后，該反射波與行波共存于同一傳輸線路上，產(chǎn)生駐波。作為這時的駐波出現(xiàn)的電壓信號的最大值對最小值之比稱為VSWR。因此，可以說VSWR越接近于1，天線主體部10的阻抗匹配越好，結(jié)果天線主體部10的回波損耗越小，提高3特性。
圖5所示的VSWR頻率特性，以VSWR為縱軸，頻率為橫軸。因此，為具有寬頻帶的工作頻率，VSWR接近于1的頻率范圍寬是必要的。因為VSWR小于2.0時具有良好收發(fā)特性，故用VSWR小于2.0的頻帶寬度可判定是否具有寬頻帶的工作頻率。因此當(dāng)設(shè)VSWR小于2的上限頻率為fH，下限頻率為fL時，利用下式?jīng)Q定的比頻帶寬度可判定工作頻帶的寬窄。
比頻帶寬度＝2·(fH-fL)/(fH+fL)×100(％)比頻帶寬度越大意味著工作頻帶寬度越寬。
對于圖2、3所示的天線裝置1中的VSWR的頻帶特性，舉出各種例子述后。
本發(fā)明的天線裝置中，用VSWR小于2.0的頻帶寬度時的比頻帶寬度為40％以上。本發(fā)明的天線裝置，較好是用VSWR小于2.2的頻帶寬度時的比頻帶寬度，為75％以上，更好是用VSWR小于2.4的頻帶寬度時的比頻帶寬度，為85％以上，特好的是用VSWR小于2.6頻帶寬度時比頻帶寬度，為90％以上，最好是用VSWR小于3.0的頻帶寬度時比頻帶寬度，為100％以上。
以上說明本發(fā)明的天線裝置的另一實施形態(tài)的天線裝置。
圖6和7是將反射體41和電介質(zhì)層51配設(shè)于圖1所示的天線裝置1的構(gòu)成中的天線裝置2。
圖6是天線裝置2的平面圖，圖7是以圖6中的直線C-D切斷圖6所示的天線裝置2的斷面圖。天線裝置2是進行收和發(fā)的至少一方的天線裝置。
天線裝置2與天線裝置1相同，天線主體部10安裝于電路基板等的絕緣性基板17的表面上。另一方面，在絕緣性基板17的接地導(dǎo)體18所設(shè)的面的一側(cè)，沿絕緣性基板17配設(shè)反射體41的電介層51。
天線主體部10是上述那樣安裝于絕緣性基板17的表面上的表面安裝型天線。有關(guān)天線主體部10及絕緣性基板17的說明已如上述，故從略。
反射體41是金屬平板，具有在反射體41的表面的法線方向使天線主體部10輻射的電波形成尖銳指向性并提高增益的功能。圖6、7所示的反射體41由于沿絕緣性基板17被配設(shè)，故天線主體部10輻射的電波在Z方向上反射。此外，反射體41的表面不限于平面形狀，也可具有例如圓柱、圓柱的一部分、球或球的一部分等的曲面為表面的反射體。例如假設(shè)具有圓柱的一部分的形狀為表面的反射體時，則沿反射體表面中直線的部分上，在一個方向上加強電波的指向性，沿曲線表示的部分上可使電波指向性加寬。
又，反射體41的材質(zhì)不限于金屬，只要反射電波的都可以。例如也可用將透明導(dǎo)電膜形成于例如玻璃板等的電介質(zhì)基板上的材料。也可用作為人工磁導(dǎo)體起作用的EBG構(gòu)造(Electromagnetic Band Gap電磁帶隙)。
在反射體41的表面上配設(shè)電介質(zhì)層51。
電介質(zhì)層51由配設(shè)于絕緣性基板17與反射體41之間的電介質(zhì)構(gòu)成，通過與反射體41一起使用，使天線裝置2具高增益的功能。本實施形態(tài)中電介質(zhì)層51配設(shè)于反射體41的表面，但本發(fā)明中只要配設(shè)于絕緣性基板17與反射體41之間所要的位置上即可。然而，為了維持天線裝置2的工作頻帶中的低頻段的高增益，按絕緣性基板17、空氣層61、電介質(zhì)層51、反射體41的順序配設(shè)電介質(zhì)層51于反射體41的表面為好。電介質(zhì)層51的比介電系數(shù)雖無特別限制，但以1.5～20為好，2～10則更好。
本實施形態(tài)中反射體41沿絕緣性基板17加以配設(shè)，但在本發(fā)明中不一定必須沿絕緣性基板17配設(shè)反射體41。也可以根據(jù)想要使電波反射的方向來改變反射體14和電介質(zhì)層51相對于絕緣性基板17的方向。例如為了在圖6、7中從Z軸向Y軸方向傾斜θ＝20度的方向上得到最大輻射強度，則可將反射體41和電介質(zhì)層51相對于絕緣性基板17向Y軸方向傾斜20度配置就可。此外，為了在圖6、7中的X軸方向上得到電波的最大輻射強度，則使反射體41和電介質(zhì)層51的面朝向圖6、7的X軸方向，即是使垂直于絕緣體基板17地配設(shè)就可。
較好的是平行或大致平行地配設(shè)絕緣性基板17、反射體41以及電介質(zhì)層51。這樣可構(gòu)成大致平面形的天線裝置，能提供小型天線裝置。反射體41和電介質(zhì)層51也可夾絕緣性基板17配設(shè)于與天線主體部10的相反一側(cè)，也可配設(shè)于天線主體部10的一側(cè)。
圖6中，以反射體41的橫方向(X方向)的長度為L41，縱方向(Y方向)的長度為L42定義反射體41的形狀。圖7中，以距絕緣性基板17的間隔L43的位置定義反射體41的配設(shè)的位置。
設(shè)定反射體41的大小(長度L41、L42)使金屬平板具有作為電波的反射板的功能。反射體41小于規(guī)定值時不具作為反射板的功能。設(shè)定長度L41、L42使天線裝置2在寬頻帶范圍中反射體發(fā)揮作用，在整個寬頻帶中呈現(xiàn)高增益特性。
例如天線裝置2中長度L41和/或長度L42只要大于30mm就可。反射體41的橫方向長度L41和/或縱方向的長度L42為絕緣性基板17的對應(yīng)方向長度的同等以上較好，但只要反射體41的橫方向長度L41和縱方向長度L42中的至少一個為絕緣性基板17的對應(yīng)方向長度的同等以上即可。例如，即使反射體41的橫方向長度L41短于絕緣性基板17的橫方向的長度，但只要反射體41的縱方向長度L42比絕緣性基板17的縱方向長度來得長就行。更理想的情況是，長度L41和/或長度L42為絕緣性基板17的橫方向長度和/或縱方向長度的1.3倍以上，例如40mm以上即可。
又，通過調(diào)整間隔L43在寬頻帶范圍中使反射體41發(fā)揮作用，能在整個寬帶中提供高增益的天線裝置。天線裝置2中的間隔L43位于5～25mm范圍為好，位于7～22mm范圍更好。在該范圍中對3～5GHz的寬的工作頻帶呈現(xiàn)高增益的特性。
圖6中以電介質(zhì)層51的橫方向長度為L51、縱方向長度為L52、圖7中厚度為L53定義電介質(zhì)層51的形狀。
電介質(zhì)51的形狀小于規(guī)定尺寸時，就降低天線裝置2的增益。通過設(shè)定長度L51和長度L52為規(guī)定的范圍，在寬頻帶范圍內(nèi)天線裝置2呈高增益特性發(fā)揮作用。
例如天線裝置2中，只要長度L51和或L52大于30mm就可。電介質(zhì)層51的橫方向長度L51和/或縱方向長度L52為絕緣性基板17的對應(yīng)方向的長度的同等以上較為理想。然而只要電介質(zhì)層51的橫方向長度L51和縱方向長度L52中的一個至少為絕緣性基板17的對應(yīng)方向長度的同等以上就可。例如，即使電介質(zhì)層51的橫方向長度L51短于絕緣性基板17的橫方向長度，但只要電介質(zhì)層51的縱方向長度L52比絕緣性基板的縱方向長度來得長就行。更理想的情況是，長度L51和/或長度L52為絕緣性基板17的橫方向長度和/或縱方向長度的1.3倍以上，例如40mm以上即可。
通過設(shè)定電介質(zhì)層51的厚度L53為規(guī)定范圍，使天線裝置2在寬頻帶范圍內(nèi)呈高增益特性地發(fā)揮作用。有關(guān)電介質(zhì)層51的厚度L53的范圍在后面說明。
以下根據(jù)本發(fā)明天線裝置的各種例子具體說明天線裝置的特性。
例1(實施例)圖5為表示以下說明的例1的天線裝置1中的VSWR的頻率特性的曲線。圖5中，作為比較例，示出用與圖1不同的圖33所示天線的后述的例7(比較例)中的VSWR的頻率特性。該頻率特性是利用通過FI(有限積分)法產(chǎn)生的電磁場模擬算出的。
例1是用具有圖1所示的天線主體部10的天線裝置1的例子。例7是用圖33所示的圓形輻射導(dǎo)體111構(gòu)成的天線主體部110取代圖1所示的天線主體部10的天線裝置。詳情后述。
例1和例7都如圖2所示，天線主體部10、110安裝于絕緣性基板17的一面上，另一面形成接地導(dǎo)體18。
例1中的天線裝置1的主要部分的尺寸與以下說明的例2～7一起示于表1。表1中的接地圖案、電介質(zhì)基體、絕緣性基板以及接地導(dǎo)體的項目中的縱、橫指的是圖2、圖6中的縱方向長度、橫方向長度。
表1
如圖5所示，例1的頻率特性的比頻帶寬度為120％，例7的頻率特性的比頻帶寬度為40％。例1的比頻帶寬度寬，工作頻帶寬。又，例1VSWR的值接近于1，天線中的回波損耗減小，提高了作為天線的收發(fā)特性。因此，根據(jù)形成使第1形狀元件12與第2形狀元件13的一部分共有的形狀的輻射導(dǎo)體11，能擴寬比頻帶寬度，同時能在整個寬帶達到最佳的阻抗匹配。即是說，輻射導(dǎo)體11具備第2形狀元件13，從而不僅提高比頻帶寬度，而且實現(xiàn)良好的阻抗匹配。
由此可見，根據(jù)輻射導(dǎo)體11中的第1形狀元件12的大小，通過適當(dāng)調(diào)整第2形狀元件13的形狀，能在整個寬帶實現(xiàn)最佳的阻抗匹配。此外，適當(dāng)調(diào)整第2形狀元件13中的橢圓形的長軸半徑及短軸半徑，可在更寬范圍的頻帶中得到良好的匹配。
例2(實施例)圖8為表示例2的天線裝置1的VSWR的頻率特性的曲線。該天線裝置1為具有圖1所示的天線主體部10，是將與例1不同尺寸的天線主體部10安裝于絕緣性基板17的天線裝置。圖8所示的頻率特性是利用通過FI法產(chǎn)生的電磁場模擬算出的。例2的天線裝置1的主要部份的尺寸示于表1。
此外，例2中的饋電線14的長度為0.7mm。電介質(zhì)基體16的厚度為1.2mm，輻射導(dǎo)體11設(shè)于電介質(zhì)基體16的內(nèi)部。電介質(zhì)基體16是圖16所示那樣的將輻射導(dǎo)體11形成于具于不同比介電系數(shù)的2種電介質(zhì)層(第1電介質(zhì)層32和第2電介質(zhì)層33)的內(nèi)部的構(gòu)成。第1電介質(zhì)32比介電系數(shù)為22.7，第2電介質(zhì)層33比介電系數(shù)為6.6。
從圖8所示的VSWR的頻率特性求出的比頻帶寬度為115％，與圖5所示的例7的比頻帶寬度40％相比，工作頻帶寬。
例3(實施例)圖9是表示制成與上述例2大致相同構(gòu)成的天線裝置時的天線裝置的VSWR的頻率特性的測定結(jié)果的曲線。
具體地說，電介質(zhì)基體16由與例2同樣地具有不同比介電系數(shù)的2種電介質(zhì)層(第1電介質(zhì)層32和第2電介質(zhì)層33)構(gòu)成。在該電介質(zhì)基體16的內(nèi)部，構(gòu)成天線主體部10的輻射導(dǎo)體11和饋電線14形成于電介電基體16厚度方向的大致中央部分的同一平面中。第1電介質(zhì)層32比介電系數(shù)為22.7，厚度為0.33，第2電介質(zhì)層33比介電系數(shù)為7.6，厚度為0.3mm。
例3的天線裝置1的主要部分的尺寸示于表1。
作為此外的尺寸，電介質(zhì)基體16的全部厚度為1.2mm。絕緣性基板17的厚度0.8mm。第2形狀元件13的半橢圓形中曲率半徑最小的部分位于第1形狀元件12的圓形的大致中央附近，第2形狀元件13的半橢圓形中直線部分(對半地切斷橢圓形的一側(cè)的部份)從第1形狀元件12突出地配置。從第1形狀元件12看來連接于第2形狀元件13的位置方向的邊緣部的饋電線14長度為0.9mm，寬為0.2mm。未與第2形狀元件13連接饋電線14的另一方邊緣部位于離電介質(zhì)基體16的端邊(圖1中電介質(zhì)基體16的下邊)0.8mm的位置。
另一方面，將接地圖案15a、15b設(shè)于與絕緣性基板17相連側(cè)的電介質(zhì)基體16的面上，未圖示的饋電座配置于接地圖案15a、15b之間。未圖示的饋電座的大小為縱1.1mm，橫1.4mm。接地圖案15a、15b與未圖示的饋電座的間隔各為0.5mm。該饋電座通過通路20接于饋電線14的端部。
具有接地導(dǎo)體18的絕緣基板17用厚為0.8mm、銅箔厚為0.018mm的雙面貼銅樹脂基板(松下電工公司制造R-1766T，比介電系數(shù)4.7)制成。絕緣性基板17的一個面上設(shè)置信號線19，另一面上設(shè)置接地導(dǎo)體18，電介質(zhì)基體16安裝于信號線19的形成的絕緣性基板17的一個面的端(圖2所示的絕緣性基板17的右上端)上。
傳輸線路的信號線19為微帶傳輸線路的信號線，橫寬1.4mm。利用蝕刻形成接地導(dǎo)體18、信號線19以及未圖示的連接座(與饋電座連接的座)等的導(dǎo)體圖案。在這些導(dǎo)體上施行薄鍍金處理，連接座以外的導(dǎo)體表面部分用抗焊劑被覆。
如絕緣性基板17的連接座位置上用金屬掩膜印刷無鉛膏(千住金屬公司制，M705)。將電介質(zhì)基體16對準(zhǔn)規(guī)定位置裝于絕緣性基板17上，然后加熱到250℃用釬焊焊接絕緣性基板17與電介質(zhì)基體16。這樣，信號線19連接到電介質(zhì)基體16的饋電座上，再將接地圖案15a、15b與設(shè)于絕緣性基板17的未圖示的連接座相連接，以及通過通路與接地導(dǎo)體18相連接。
對如此制成為天線裝置進行VSWR的測定，得到圖9所示的測定結(jié)果。這時的比頻率帶寬度為120％，可見與圖5所示的圖7的比頻帶寬度40％相比，工作頻帶展寬了。
此外，在制成第2形狀元件13為長方形的天線裝置時，確認也具有同樣的比頻帶寬度。
例4、5、6(實施例)圖10～12示出改變輻射導(dǎo)體11的形狀后的例4～6的圖。
以用圖10所示的輻射導(dǎo)體11的天線裝置1表示作為例4，以用圖11所示的輻射導(dǎo)體11的天線裝置1表示作為例5，以用圖12所示的輻射導(dǎo)體11的天線裝置1表示作為例6。
圖10所示的例4、圖11所示的例5、圖12所示的例6的天線裝置1的主要部分的尺寸示于表1。
例4和例5中使輻射導(dǎo)體11的第2形狀元件13即半橢圓形中曲率半徑最小的部分與第1形狀元件12共有地組合，配置輻射導(dǎo)體11。例4中第1形狀元件12的長軸在圖10中定為橫向，例5中第1形狀元件12的長軸在圖11中定為縱向。
以下，設(shè)圖10中的天線主體部10將第1形狀元件12的長軸定為圖中橫方向的情況，設(shè)圖11中的天線主體部10將第1形狀元件12的長軸定為圖中縱方向的情況，區(qū)別對待。
圖12是使輻射導(dǎo)體11的第1形狀元件12為六角形，第2形狀元件13為半橢圓形，使第2形狀元件13即半橢圓形中曲率半徑小的部分與饋電線14連接地配置。
表1中的例6中的六角形的縱(第1形狀元件12的項目)是圖12中的縱方向的長度，橫是圖12中的橫方向的長度。第2形狀元件13的半橢圓形狀是沿短軸方向切斷橢圓形狀的情況。
圖3示出例4、5的VSWR的頻率特性。該頻率特性利用通過FI法產(chǎn)生的電磁場模擬算出。由圖13可見，例4和例5都具有與例1大致同等的比頻帶寬度，與圖5所示的比頻帶寬度40％的例7相比，工作頻帶寬。
圖14示出例6的VSWR的頻率特性的曲線。由圖14可見，VSWR為了以下的頻帶寬度與圖5所示的例1的頻帶寬度大致相同，比頻帶寬度為61％。這樣，第1形狀元件12具有從圓、橢圓或三角形、四角形、六角形、八角形那樣的多角形、大致為圓形、大致為橢圓形或大致為多角形等中選擇的形狀，第2形狀元件13具有從圓、隨圓、多角形、梯形、大致為圓形、大致為橢圓形、大略為多角形，或大致為梯形等中選擇的形狀的至少一部分，無論那一種組合中也能得到80％以上的比頻帶度度。這樣，與用圖31～33所示的圓形的形狀元件的天線相比較，實現(xiàn)了比頻帶寬度提高的寬頻帶的工作頻率的特性。為得到更好的寬頻帶的工作頻率，第1形狀元件12和第2形狀元件13用圓形、橢圓形和接近圓形或橢圓形的多角形的任一形狀，較為理想。
這樣，本發(fā)明中輻射導(dǎo)體11中的第1形狀元件12和第2形狀元件13的組合，不限于圖1那樣的圓形和半橢圓形的組合。只要第1形狀元件12用從多角形、大致為多角形、圓形、大致為圓形、橢圓形以及大致為橢圓形之中選擇的形狀，第2形狀元件13至少用從多角形、大致為多角形、圓形、大致為圓形、橢圓形、大致為橢圓形、梯形以及大致為梯形中選擇的形狀的一部分就可。
例7(比較例)例7是用圓形輻射導(dǎo)體111構(gòu)成的天線主體部110(參看圖33)替代圖1所示的天線主體部10的天線裝置，不包含于本發(fā)明的天線裝置。圖33中的符號114為饋電線，符號115a、115b為接地圖案，符號116為電介質(zhì)基體。饋電線114、接地圖案115a、115b以及電介質(zhì)基體116是與圖1所示的饋電線14、接地圖案15a、15b以及電介質(zhì)基體16相同的構(gòu)成。
圖33所示的天線110其構(gòu)成不是圖31所示的輻射導(dǎo)體即平面圓盤單極101垂直地立設(shè)于金屬平板103的形態(tài)，而是輻射導(dǎo)體111被平行地配置于圖3所示那樣的絕緣性基板17上。
圖33所示的例7的天線裝置的主要部分尺寸示于表1。
圖5示出的例7的比頻帶寬度為40％。
例8(實施例)本發(fā)明的天線裝置1中不一定需要設(shè)置接地圖案15a、15b。圖15示出從例1中去除接地圖案15a、15b以后的例8的VSWR的頻率特性曲線。該頻率特性是利用通過FI法產(chǎn)生的電磁場模擬算出的。例8的天線裝置1的主要部分的尺寸隨同以下說明的例9～18的主要部分的尺寸一起示于下面的表2。表2中的接地圖案、電介質(zhì)基體、絕緣性基板以及接地導(dǎo)體的各項目中的縱、橫是指圖2、圖6中的縱方向長度、橫方向長度。
表2
如圖15所示，例8中比頻帶寬度為57％，與例1相比，比頻帶寬度提高了。另一方面，例8與例1相比，VSWR的值遠離1。由此可見，接地圖案15a、15b對工作頻帶的寬度未造成影響，與饋電線14發(fā)生作用，有效地實現(xiàn)阻抗匹配。這樣，由于去除接地圖案15a、15b，VSWR遠離1，故為了有效地實現(xiàn)阻抗匹配，最好設(shè)置接地圖案15a、15b。此外，在絕緣體基17上設(shè)置輔助圖案及通路(未圖示)，通過輔助電極及通路連接接地圖案15a、15b與接地導(dǎo)體18，顯得更好。
例9、10、11(實施例)圖16示出將輻射導(dǎo)體11形成于具有不同比介電系數(shù)的2種電介質(zhì)層的內(nèi)部的天線主體部10。圖17示出改變電介質(zhì)基體16的比介電系數(shù)時的VSWR的頻率特性的曲線。該頻率特性是利用通過FI法產(chǎn)生的電磁場模擬算出的。例9是將輻射導(dǎo)體11形成于比介電系數(shù)為66的一種電介質(zhì)層疊基體的內(nèi)部，例10是將輻射導(dǎo)體11形成于比介電系數(shù)22.7的一種電介質(zhì)層疊基體的內(nèi)部。例11是將輻射導(dǎo)體11形成于圖16所示那樣具有不同比介電系數(shù)的2種電介質(zhì)層的內(nèi)部。第1電介質(zhì)層32比介電系數(shù)為22.7，第2電介質(zhì)層33比介電系數(shù)為6.6。
例9～11的天線裝置1的主要部分的尺寸示于表2。
如圖17所示可見，例9～11的比頻帶寬度都比圖5所示的例7的比頻帶寬度來得寬。
例12(實施例)天線主體部10被安裝于絕緣性基板17的部分是如圖2所示未形成接地導(dǎo)體18的絕緣性基板17露出的露出部24相對的露出部相對區(qū)域。這時，接地導(dǎo)體18的形狀及大小未使具有寬的工作頻帶的頻率特性受到大的損害。
圖18示出接地導(dǎo)體18的尺寸與例11不同的例12的VSWR的頻率特性的曲線。該頻率特性是利用通過FI法產(chǎn)生的電磁場模擬算出的。例12的天線裝置1的主要部分尺寸示于表2。
如從圖18可見，當(dāng)加大接地導(dǎo)體18的形狀時，比頻帶寬度就提高。因此只要形成與例11同等程序以上尺寸的接地導(dǎo)體18，具有寬工作頻帶的頻率特性就不受損害。
例13(實施例)
圖2所示的天線主體部10配置于未形成接地導(dǎo)體18的區(qū)域，即絕緣性基板17的露出部24相對的露出部相對區(qū)域，天線主體部10配置的位置未使具有寬工作頻帶的頻率特性受損。
圖19示出將圖1所示的天線主體部10配置于絕緣性基板17的露出部24的中央部的例13的VSWR的頻率特性曲線。該頻率特性是利用通過FI法產(chǎn)生的電磁場模擬算出的。
例13的天線裝置1的主要部分的尺寸示于表2。
例12中將天線主體部10配置于絕緣性基板17的露出部相對區(qū)域的右端部。例13也表示與例12同樣良好的特性。然而，與例12相比，比頻帶寬度有某種減小。因此，最好將天線主體部10配置于絕緣性基板17的露出部相對區(qū)域的端部。而且也可配置于絕緣性基板17的4個角中的一個。圖2中將天線主體部10配置于圖中的右上端，但也可以配置于左上端、右下端或左下端。
例14、15(實施例)本發(fā)明中，如圖20所示，天線主體部10被設(shè)置于絕緣性基板17的露出部相對區(qū)域，但也可在與天線主體部10的端邊(電介質(zhì)基體16的端邊)相距L2的位置上，使具有第2接地導(dǎo)體15的端部地設(shè)置第2接地導(dǎo)體15。距離L2是與信號線配線方向正交的方向上的距離。
圖21示出圖20中的距離L2為3mm的例14與距離L2為0mm的例15的VSWR的頻率特性的曲線。該頻率特性是利用通過FI法產(chǎn)生的電磁場模擬算出的。例14、15的天線裝置1中的主要部分尺寸示于表2。
例14中比頻帶寬度為50％，比頻帶寬度大，具有寬帶的工作頻帶。例15中比頻帶寬度減小到一半程度的42％。因此，對于安裝天線主體部10的天線裝置的構(gòu)成，最好設(shè)置第2接地導(dǎo)體15使距離L2為3mm以上。
形成接地導(dǎo)體18的絕緣性基板17也可當(dāng)作配置其他電路元件的電路基板。這時電路基板的主要導(dǎo)體成為接地導(dǎo)體18。天線主體部10配置于電路基板的露出部相對區(qū)域即絕緣性基板17的露出部24相對的反面?zhèn)鹊拿鎱^(qū)域中。因此可利用電路基板的露出部以外的區(qū)域作為配置其他電路元件的空間。當(dāng)設(shè)置第2接地導(dǎo)體15時，也可增加配置其他的電路元件的空間。
這樣，通過設(shè)置第2接地導(dǎo)體15，可縮小露出部24，能提供小型的構(gòu)成且工作頻帶寬的天線裝置。
例16、17(實施例)
以下說明圖4所示的輻射導(dǎo)體11的形狀與比頻帶寬度的關(guān)系。
作為表達輻射導(dǎo)體11的形狀的指標(biāo)，用如圖4所示的輻射導(dǎo)體11的第1形狀元件12的縱方向長度L31及從第1形狀元件12突出的第2形狀元件13的縱方向長度L32，確定由下面式(1)表述的縱長度比率α。L31+L32是作為輻射導(dǎo)體11的圖案形狀輪廓表現(xiàn)的全部縱長度。
縱長度比率α＝L31/(L31+L32) …(1)圖4所示的輻射導(dǎo)體11的形狀，第2形狀元件13的半橢圓形中，曲率半徑為最小的部分位于第1形狀元件12的圓形的大致中央附近，但是不一定需要約束使該部分位于中央附近。拋開上述約束，通過調(diào)整縱長度比率α，可得到比頻帶寬度寬的、具有寬帶的工作頻帶的天線裝置。
例16的天線裝置1是與例1、2相同的構(gòu)成，主要部分的尺寸示于表2。
輻射導(dǎo)體11形成于如圖16所示的具有不同比介電系數(shù)的2種電介質(zhì)層的內(nèi)部。第1電介質(zhì)層32的比介電系數(shù)為18.5，厚度為0.25mm，第2電介質(zhì)層33的比介電系數(shù)為7.2，厚度為0.25mm。電介質(zhì)基體16的總厚度為1.0mm。
從第1形狀元件12看，連接于第2形狀元件13的位置方向的邊緣部的饋電線14長度為0.9mm，寬為0.2mm，不與第2形狀元件13連接的饋電線14的另一邊緣部離開電介質(zhì)基體16的端邊(圖1中電介質(zhì)基體16的下邊)的位置是0.7mm。
另一方面，接地圖案15a、15b設(shè)置于與絕緣性基板17相接側(cè)的電介質(zhì)基體16的面上，在接地圖案15a、15b之間配設(shè)未圖示的饋電座，未圖示的饋電座的尺寸為縱1.1mm，橫1.4mm。接地圖案15a、15b與未圖示的饋電座的間隔各為0.5mm。該饋電座通過通路20連接到饋電線14的端部。
絕緣性基板17的厚度為0.8mm，比介質(zhì)系數(shù)為4.7。絕緣性基板17的一個面上設(shè)置信號線19，另一面上設(shè)置接地導(dǎo)體18，如圖2所示，電介質(zhì)基體16配置于信號線19形成的面一側(cè)的右上端部。信號線19為微帶傳輸線路的信號線，橫寬的1.4mm。信號線19與電介質(zhì)基體16的饋電座連接，接地圖案15a、16a通過設(shè)于絕緣性基板17的未圖示的饋電座和通路與接地導(dǎo)體18連接。
輻射導(dǎo)體11的第1形狀元件12與第2形狀元件13以及饋電線14，形成于電介質(zhì)基體16的內(nèi)部(厚度方向的大致中央部分)同一平面上。第2形狀元件13的半橢圓形中直線部分(對半地切斷橢圓形狀一側(cè)的部分)從第1形狀元件12突出地配置。第1形狀元件12的橫向長8.6mm，輻射導(dǎo)體11的縱向全長L31+L32為8.2mm，改變長度L31使縱長度比率α改變。因此，按照第1形狀元件12縱長度比率α，變化為橢圓形或圓形。
圖22為表示例16的天線裝置1的縱長度比率α與比頻帶寬度的關(guān)系的特性圖。該特性圖是用通過FI法產(chǎn)生的電磁場算出的VSWR的頻率特性求出的。
根據(jù)圖22能在縱長度比率α為30～95％的寬范圍中得到40％以上的比頻帶寬度，較好的是縱長度比率α處于42～93％范圍(50％以上的比頻帶寬度)，更好的是縱長度比率α處于50～92％范圍(60％以上的比頻帶寬度)。這樣地來規(guī)定輻射導(dǎo)體11的形狀為好。
制作上述縱長度比率α為64％的輻射導(dǎo)體11的天線裝置1作為例17，測定VSWR。圖23示出VSWR的頻率特性的測定結(jié)果的曲線。
例17的天線裝置1用與例3相同的制作方法制成。
例17的天線裝置1的主要部分的尺寸示于表2。
作為這時的輻射導(dǎo)體11的圖案形狀呈現(xiàn)的縱方向全長L31+L32為8.1mm。除輻射導(dǎo)體11的形狀以外，與例16的構(gòu)成相同。
圖23示出的例17的比頻帶寬度為69％。
此外，第2形狀元件13為長方形、長度L32為2.9mm、橫向長度為0.8mm時，確認也得到同樣的比頻帶寬度。
例18(實施例)下面以改變了輻射導(dǎo)體11形狀的天線裝置作為例18說明之。
圖24示出例18的VSWR的頻率特性曲線。該頻率特性是通過利用FI法產(chǎn)生的電磁場模擬算出的。
例18的天線裝置1的主要部分的尺寸示于表2。例18的第2形狀元件13的“正方形形狀每邊2mm”，意指從第1形狀元件12突出的形狀為每邊2mm的正方形形狀。
此外，饋電線14的長為0.7mm，寬為0.2mm。饋電線14的右端與接地圖案15a的左端的間隔，饋電線14的左端與接地圖案15b的右端的間隔均為2mm。如圖2所示的天線主體部10安裝于絕緣性基板17b的上面。安裝了天線主體部10的一側(cè)與相反側(cè)上形成接地導(dǎo)體18。
圖24示出的例18的比頻帶寬度為68％。
以下說明有關(guān)在如圖6、7所示的具備天線主體部10、絕緣性基板17的天線裝置1的構(gòu)成中附加反射體41和電介質(zhì)層51的天線裝置2。
例19(實施例)作為例19，用于天線裝置2的天線主體部10的輻射導(dǎo)體11形成于如圖16所示那樣具有不同的比介電系數(shù)的2種電介質(zhì)層構(gòu)成的電介質(zhì)基體16的內(nèi)部。天線裝置2是在與例16相同的構(gòu)成中附加了反射體41的情況。
例19的天線裝置2的主要部分的尺寸與后述的例20、21的尺寸一起示于下面表3中。表3中的接地圖案、電介質(zhì)基體、絕緣性基板以及接地導(dǎo)體各項目中的縱、橫是指圖3、圖6中的縱方向長度、橫方向長度。
表3 從輻射導(dǎo)體11的第1形狀元件12突出的第2形狀元件13的縱方向長度L32為1.8mm。絕緣性基板17配設(shè)于反射體41的大致中央附近，絕緣性基板17與反射體41呈大致平行地構(gòu)成。離開絕緣性基板規(guī)定間隔(間隔L43)配設(shè)反射體41。
圖25示出使天線裝置2的間隔L43變化時的圖6、7中的Z軸方向(θ＝0度)的增益特性的特性圖。該特性是利用通過FI法產(chǎn)生的電磁場模擬算出的。
如圖25所示，通過調(diào)整間隔L43，反射體41在寬帶的頻率范圍內(nèi)發(fā)揮作用，表示天線裝置2在整個寬帶上高增益特性。間隔L43的理想的范圍為5～25mm，該范圍中在3～5GHz的寬帶的頻率范圍內(nèi)有高增益特性。間隔L43更好是處于7～22mm的范圍。
圖26示出間隔L43為7.5mm時的圖6、7所示的X-Z面的垂直極化的指向性的特性圖。該指向性是利用通過FI法產(chǎn)生的電磁場模擬算出的。如圖26所示，例19的天線裝置2在θ＝0度近旁呈現(xiàn)整個寬帶(頻率范圍)上高增益特性。
另一方面，圖27示出間隔L43為10mm，當(dāng)使橫方向(圖6、7中的橫方向)的長度L41變化時圖6、7的Z軸方向(θ＝0度)的增益特性的特性圖。該特性是利用通過FI法產(chǎn)生的電磁場模擬算出的。此外，使長度L43與長度L41相同。
如圖27所示，通過調(diào)整長度L41及長度L42，在寬帶頻率范圍中反射體起作用，天線裝置2顯現(xiàn)在整個寬帶范圍上高增益的特性。長度L41和/或長度L42的較合適范圍為30mm以上。由于絕緣基板17的形狀縱28mm，橫30mm，故最好反射體41的長度L41和/或長度L42為與絕緣性基板17的對應(yīng)方向的長度同等以上。例如，即使反射體41的長度L41短于絕緣性基板17的橫方向長度，只要長度L42比絕緣性基板17的縱方向長度來得長就行。更好的情況是，反射體41的長度L41和/或長度L42為40mm以上。即，反射體41的長度L41和/或長度L42各自只要有絕緣性基板17的對應(yīng)的縱方向長度和/或橫方向長度的1.3倍以上就可。
這樣，通過調(diào)整反射體41的長度L41、長度L42、間隔43、就能使以金屬平板作為反射體有效地發(fā)揮作用。
例20(實施例)以下，將僅變更圖19的天線裝置2中的輻射導(dǎo)體11的第1形狀元件12與第2形狀元件13的形狀的天線裝置2，作為例20說明之。
例20的天線裝置2的主要部分的尺寸示于表3。
作為輻射導(dǎo)體11的圖案形狀的輪廓，其縱方向全長L31+L32為8.1mm，長度L32為2.9mm。
圖28示出間隔L43為10mm時的圖6、7所示的X-Z面的垂直極化的指向性特性圖。該指向性是利用通過FI法產(chǎn)生的電磁場模擬算出的。
如圖28所示，例20的天線裝置2在θ＝0度附近整個寬帶(頻帶)范圍內(nèi)呈現(xiàn)高增益特性。
此外，取第2形狀元件13為長方形，長度L32為2.9mm、橫方向長度為0.8的場合確認也具有與圖28同樣的指向性。
例21(實施例)下面說明圖6、7所示的天線裝置2中的電介質(zhì)層51的特性。
天線裝置2其構(gòu)成，相對于具有與例19相同構(gòu)成與尺寸的天線主體部10和絕緣性基板17，將金屬平面的反射體41配設(shè)于絕緣性基板17的大致中央附近，絕緣性基板17與反射體41大致平行。
例21的天線裝置的主要部分的尺寸示于表3。
絕緣性基板17、空氣層61、電介質(zhì)層51、反射體14按順序排列，空氣層61和電介質(zhì)層51與反射體41大致平行。
在這種天線裝置2中通過設(shè)定電介質(zhì)層51的厚度L53為規(guī)定的范圍，電介質(zhì)層51在寬帶的頻率范圍中起作用，天線裝置2在整個寬頻帶范圍內(nèi)顯現(xiàn)高增益的特性。
圖29示出使厚度L53對間隔L43的比率β變化時的圖6、7中的Z軸方向(θ＝0度)的增益特性的特性圖。該特性是利用通過FI法產(chǎn)生的電磁場模擬算出的。
比率β由下式(2)表述。
比率β＝L53/L43×100(2)如圖29所示，通過調(diào)整比率β即調(diào)整電介質(zhì)層51的厚度L53，電介質(zhì)層51在寬帶的頻率范圍內(nèi)起作用，天線裝置2在整個寬帶中顯現(xiàn)高增益的特性。比率β位于5～80％的范圍為好，該范圍內(nèi)在3～5GHz寬頻范圍中具有高增益的特征。比率β位于10～70％的范圍更好，該范圍內(nèi)在3～4GHz寬頻范圍中具有高增益的特性。比率β位于10～60％的范圍特好。
如圖29所示，比率β＝40％(電介質(zhì)層51的厚度L53為4mm)時，與無電介質(zhì)層51、只有反射體41時(β＝0)作比較，在3GHz中提高增益2dBi，在4GHz中提高增益1.2dBi。
圖30示了比率β為40％時的圖6、7所示X-Z面的垂直極化的指向性的特性圖。該指向性也是利用FI法產(chǎn)生的電磁場模擬算出的。如圖30所示，例21的天線裝置2在θ＝0度附近在整個寬帶范圍內(nèi)顯現(xiàn)高增益的特性。
此外，取第2形狀元件13為長方形，長度L32為2.9mm、橫方向長度0.8mm的場合確認也具有與圖29、30同樣的指向性。
以上說明了將微帶線路等的不平行線路連接到輻射導(dǎo)體11的單極天線，但本發(fā)明不限于此，也可成對地設(shè)置2個輻射導(dǎo)體11或天線主體部10，用作偶極子天線。這時，平行線路的一方信號線連接一方的輻射導(dǎo)體11或天線主體部10，平行線路的另一方信號線連接另一方輻射導(dǎo)體11或天線主體部10。通過平衡-不平衡變換器將不平衡線路變換到平衡線路，如上述那樣連接各自的輻射導(dǎo)體11或天線主體部10。
以上對本發(fā)明的天線裝置作了詳細的說明，但本發(fā)明不限于上述實施例，在不超出本發(fā)明主旨的范圍內(nèi)，當(dāng)然也可作各種改良或變更。
權(quán)利要求
1.一種天線裝置，其特征在于，在電介質(zhì)基體上設(shè)置平面形的輻射導(dǎo)體與饋電線，配置并構(gòu)成所述輻射導(dǎo)體，使具有從多角形、大致呈多角形、圓形、大致呈圓形、橢圓形以及大致呈橢圓形的形狀中選出的形狀的第1形狀元件與具有從多角形、大致呈多角形、圓形、大致呈圓形、橢圓形、大致呈橢圓形、梯形以及大致呈梯形的形狀中選出的形狀的至少一部分的第2形狀元件具備共有部分。所述饋電線與所述輻射導(dǎo)體相連接。
2.如權(quán)利要求1所述的天線裝置，其特征在于，所述輻射導(dǎo)體的邊緣部中，從所述第1形狀元件看來，在所述第2形狀元件的位置方向上的第2形狀元件的邊緣部，所述饋電線與所述輻射導(dǎo)體相連接。
3.如權(quán)利要求1所述的天線裝置，其特征在于，在所述輻射導(dǎo)體的邊緣部中與所述第1形狀元件相對的一側(cè)的第2形狀元件的邊緣部，所述饋電線與所述輻射導(dǎo)體相連接。
4.如權(quán)利要求1所述的天線裝置，其特征在于，所述輻射導(dǎo)體和所述饋電線設(shè)置于所述電介質(zhì)基體的表面，或所述電介質(zhì)基體內(nèi)，構(gòu)成天線主體部，該天線主體部安裝于絕緣性基板上，在該絕緣性基板的與該電介質(zhì)基體相反側(cè)的面上或該絕緣性基板的內(nèi)部設(shè)置主要導(dǎo)體，使該輻射導(dǎo)體相對于該主要導(dǎo)體平行或大致平行地配置該電介質(zhì)基體，并將該天線主體部安裝于該絕緣性基板上。
5.如權(quán)利要求4所述的天線裝置，其特征在于，在所述絕緣性基板上與所述主要導(dǎo)體一起設(shè)置構(gòu)成傳輸線路的信號線，該信號線與所述饋電線相連接。
6.如權(quán)利要求1至5中任一項所述的天線裝置，其特征在于，在所述電介質(zhì)基體上，在相對于所述饋電線對稱的位置上設(shè)置一對接地圖案。
7.如權(quán)利要求4或5所述的天線裝置，其特征在于，反射由所述輻射導(dǎo)體輻射的電波的反射體與所述絕緣性基板保持間隔配置。
8.如權(quán)利要求7所述的天線裝置，其特征在于，所述反射體是平板，相對于所述絕緣性基板的所述主要導(dǎo)體平行或大致平行地配置。
9.如權(quán)利要求7所述的天線裝置，其特征在于，在所述反射體與所述絕緣性基板之間設(shè)置空氣層。
10.如權(quán)利要求8所述的天線裝置，其特征在于，在所述反射體與所述絕緣性基板之間設(shè)置空氣層。
11.如權(quán)利要求7所述的天線裝置，其特征在于，在所述反射體與所述絕緣性基板之間設(shè)置電介質(zhì)層。
12.如權(quán)利要求8所述的天線裝置，其特征在于，在所述反射體與所述絕緣性基板之間設(shè)置電介質(zhì)層。
13.如權(quán)利要求11所述的天線裝置，其特征在于，所述電介質(zhì)層使用介電常數(shù)為1.5～20范圍的電介質(zhì)。
14.如權(quán)利要求12所述的天線裝置，其特征在于，所述電介質(zhì)層使用介電常數(shù)為1.5～20范圍的電介質(zhì)。
全文摘要
本發(fā)明提供具有小型天線，以工作頻率范圍為寬帶范圍的天線裝置。天線主體部(10)是在電介質(zhì)基體(16)上設(shè)置平面形狀的輻射導(dǎo)體(11)與饋電線(14)構(gòu)成的。組合構(gòu)成輻射導(dǎo)體(11)，使具有圓形形狀的第1形狀元件(12)與具有半橢圓形狀的第2形狀元件(13)互相共有一部分。第2形狀元件(12)中，從第1形狀元件(12)看來在第2形狀元件(13)的位置方向上的邊緣部饋電線(14)與輻射導(dǎo)體(11)相連接。
文檔編號H01Q1/12GK1624975SQ200410095788
公開日2005年6月8日 申請日期2004年11月12日 優(yōu)先權(quán)日2003年11月13日
發(fā)明者渡邊文范, 園田龍?zhí)? 井川耕司, 庭野和彥 申請人:旭硝子株式會社