CN103259083A - 双频天线 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种不需要扼流线圈的情况下，可在两个频率下工作的双频天线。在印刷基板（10）的表面，用印刷图案形成在高频侧的频带工作的第一元件（11）。在印刷基板（10）的背面，在不与第一元件（11）重合的上部用印刷图案形成在低频侧的频带工作的第二元件。对于第一元件（11），从下端的供电点（13）供电，通过设置在第一元件（11）的中途的贯通孔（12）向第二元件（21）供电。对于第二元件（21），从贯通孔（12）通过细长的供电线供电，供电线对高频率表现出高阻抗。在与供电线对应的第一元件（11）中形成有狭缝（11a）。

Description

双频天线
本发明是2010年01月28日进入中国国家阶段的国家申请号为“200980100042.X”、发明名称为“双频天线”的分案申请。
技术领域
本发明涉及在两个频率下工作的小型的双频天线。
背景技术
作为用于车载用无线通信的天线，根据其工作原理，担心发送时对车内乘客的电磁波辐射，因此，大多在车身顶盖等的车辆外侧设置天线。但是，根据法律规则等，对于突出到车辆外侧的天线的天线高度有限制，因此需要低姿势且小型的天线。
以往，当需要接收和发送所希望的两个不同频带的天线的情况下，通过在天线元件之间设置扼流线圈而得到两个谐振，或者使用独立的两个天线得到双频双输出，或者合成双频双输出来得到输出。
在以往的双频天线中，在设置1根天线的情况下，需要扼流线圈，但是若使用扼流线圈则由于扼流线圈的影响，存在低频侧谐振频带变窄的问题。
发明内容
因此，本发明的目的在于提供一种不需要扼流线圈的情况下能够在两个不同的频带进行工作的双频天线。
为了实现上述目的，本发明的双频天线的最主要特征在于，具有：在绝缘性基板的一面上形成为面状的第一元件；在基板的另一面上，以不与第一元件重合的方式形成的第二元件；向第一元件的下端供电的供电单元；形成在从第二元件引出的供电线的端部、在基板的一面上与第一元件的中途连接的贯通孔，在与供电线对应的第一元件的部位形成有狭缝。
在本发明的双频天线中，第一元件在两个不同频带内的高频侧工作，第二元件在低频侧工作，由于向第二元件供电的供电线作为电感发挥功能，所以可以不需要扼流线圈。另外，如果由印刷图案构成第一元件和第二元件，则能够通过印刷图案的形状进行匹配。
另外，本发明的双频天线的特征在于，具有：平面状的接地面；大致垂直地立设在上述接地面上的绝缘性基板；从上述基板的下端开始向上部形成为面状的第一元件；用于向上述第一元件的下端供电的供电单元；配置在上述第一元件的下端附近的贯通孔，形成在上述基板的不与上述第一元件相重合的上部的第二元件；以及从上述贯通孔引出的用于向上述第二元件供电的供电线。
附图说明
图1是表示本发明的实施例的双频天线的构成的正视图。
图2是表示本发明的实施例的双频天线的构成的后视图。
图3是表示本发明的双频天线的阻抗的频率特性的史密斯圆图。
图4是表示本发明的双频天线的VSWR的频率特性的图。
图5是表示将本发明的双频天线的仰角设为0°时的AMPS频带和PCS频带的各频率的水平面内指向特性的图。
图6是表示将本发明的双频天线的仰角设为10°时的AMPS频带和PCS频带的各频率的水平面内指向特性的图。
图7是表示将本发明的双频天线的仰角设为20°时的AMPS频带和PCS频带的各频率的水平面内指向特性的图。
图8是表示将本发明的双频天线的仰角设为30°时的AMPS频带和PCS频带的各频率的水平面内指向特性的图。
符号说明
1：双频天线；10：印刷基板；11：第一元件；11a：狭缝；11b：锥形部；12：贯通孔；13：供电点；14：板面；21：第二元件；21a：供电线
具体实施方式
图1和图2中表示本发明的实施例的在两个不同频带下工作的双频天线1的构成。图1是表示双频天线1的构成的正视图，图2是表示双频天线1的构成的后视图。
如这些图所示，双频天线1具有第一元件11和第二元件21，该第一元件11和第二元件21在玻璃环氧树脂基板等绝缘性的印刷基板10的表面和背面形成为印刷图案。印刷基板10被做成高度为H且宽度为W的细长的矩形形状，并且大致垂直地立设在平面状的板面（ground）14上。第一元件11从印刷基板10的表面的下端开始形成为大致宽度为W、长度为L1的面状的印刷图案，第一元件11的下部形成锥形部11b，并向下端逐渐宽度变窄地形成以调整阻抗。另外，从第一元件11的上缘的大致中央起向下方形成有宽度为S的狭缝11a。第一元件11从下端供电，在其下端设置有供电点13。另外，在从被设为供电点13的印刷基板10的下端起高度为L3的位置处，在印刷基板10的大致中央设置有与背面电连接的贯通孔12。
第二元件21从印刷基板10的背面的上端开始形成为宽度为W且长度为L2的面状的印刷图案，第二元件21的两侧形成为向下方折返的形状。第二元件21形成在不与形成在印刷基板10的表面上的第一元件11相重合的印刷基板10的上部。从第二元件21的大致中央处引出狭窄的宽度为D的供电线21a，第二元件21的折返的两侧的部位作为顶加载（top loading）发挥功能。供电线21a也作为天线发挥功能，大致垂直地形成到从印刷基板10的下端起高度为L3的位置为止，供电线21a的下端与贯通孔12电连接。因为供电线21a形成为细长状，所以由于在供电线21a中产生的电感分量，供电线21a相对于双频中的低频侧的信号分量的阻抗变高，低频侧的信号分量很难在供电线21a上传送。如此，由于供电线21a等价地作为扼流线圈起作用，所以从供电点13经由第一元件11和贯通孔12用供电线21a传送的低频侧的信号分量被供电到第二元件21。另外，第二元件21的低频侧的接收信号经由供电线21a和贯通孔12与第一元件11的高频侧的接收信号相合成，并从供电点13输出。另外，第一元件11中的狭缝11a的宽度S比供电线21a的宽度D宽，被设置为供电线21a位于狭缝11a内，以尽量防止第一元件11和供电线21a通过狭缝11a而电藕合。
可以使双频天线1在824～894MHz的AMPS(Advanced MobilePhone Service：高级移动电话服务)频带和1850～1990MHz的PCS(Personal Communication Services：个人通信服务)频带这两个不同的频带、或者880～96OMHz的GSM(Global System for MobileCommunication：全球移动通信***)900频带和1710～1880MHz的GSMl800频带这两个不同的频带中工作。接下来示出上述那样工作时的双频天线1的尺寸的一个例子。首先，印刷基板10的宽度W做成约15mm、高度H做成约5Omm、厚度做成约1.6mm，相对介电常数εr被设为约4.6。在双频中的高频侧(PCS/GSMl800)工作的第一元件11的长度Ll做成约34.5mm，当假设185OMHz的波长为λ1时表示为约0.21λ1，狭缝11a的宽度S做成约2mm。在双频中的低频侧(AMPS/GSM900)工作的第二元件21的长度L2做成约15mm，当假设824MHz频率的波长为λ2时表示为约0.04λ2，贯通孔12的高度L3做成约10mm且表示为约0.06λ1或约0.03λ2。
接下来，图3表示被做成上述尺寸的双频天线1的阻抗的频率特性的史密斯圆图。参照图3，在低频侧的频率824MHz中，电阻量为约25.8Ω，电抗量为约-21.5Ω，在频率894MHz中，电阻量为约48.9Ω，电抗量为约41.4Ω。另外，在高频侧的频率1850MHz中，电阻量为约62.8Ω，电抗量为约0.1Ω，在频率1990MHz中，电阻量为约74.2Ω，电抗量为约-7.6Ω。这样，在高频侧示出更好的阻抗特性。
接下来，图4表示被做成上述尺寸的双频天线1的电压驻波比(VSWR)的频率特性。参照图4，在低频侧的频率824MHz中，作为VSWR得到约2.41，在频率894MHz中，作为VSWR得到约2.27，在824～894MHz的低频侧的频带中作为最好的VSWR得到约1.5。另外，在高频侧的频率1850MHz中，作为VSWR得到约1.26，在频率1990MHz中，作为VSWR得到约1.51，在1850～1990MHz的高频侧的频带中作为最好的VSWR得到约1.26。如上那样，在高频侧示出更好的VSWR特性。一般来说，追求VSWR为约2.5以下，但是在图4所示的例子中，AMPS频带中的最大的VSWR为约2.4（840MHz），PCS频带中的最大的VSWR为约1.5（1990MHz），在两个频率中得到良好的VSWR特性。另外，通过附加匹配电路向供电点13供电，由此能够将VSWR设为更好的值。
接下来，图5至图8表示本发明的双频天线1的各频率的水平面内指向特性。在这种情况下，将双频天线1的尺寸设为如上所述，并且将双频天线1立设在直径约1m的圆形的板面14的大致中央处，极化波为垂直极化波。
图5表示本发明的双频天线1的AMPS频带和PCS频带的各频率中仰角被设为0°时的水平面内指向特性。参照图5，在AMPS频带中的发送频带的下限频率824MHz中，具有最大增益为约-1.7dBi、最小增益为约-2.2dBi、平均增益为约-2.0dBi、波动为约0.6dB的大致无指向性的良好的指向特性。另外，在AMPS频带中的发送频带的上限频率849MHz中，具有最大增益为约-0.8dBi、最小增益为约-1.5dBi、平均增益为约-1.2dBi、波动为约0.7dB的大致无指向性的良好的指向特性，增益提高了若干。另外，在AMPS频带中的接收频带的下限频率869MHz中，具有最大增益为约-1.0dBi、最小增益为约-1.7dBi、平均增益为约-1.4dBi、波动为约0.8dB的大致无指向性的良好的指向特性。再有，在AMPS频带中的接收频带的上限频率894MHz中，具有最大增益为约-1.4dBi、最小增益为约-2.3dBi、平均增益为约-1.8dBi、波动为约1.0dB的大致无指向性的良好的指向特性。
参照图5，在仰角被设为0°时的PCS频带中，在发送频带的下限频率1850MHz中，具有最大增益为约0.5dBi、最小增益为约-0.9dBi、平均增益为约-0.2dBi、波动为约1.4dB的大致无指向性的良好的指向特性，得到了高增益。另外，在PCS频带中的发送频带的上限频率1910MHz中，具有最大增益为约1.0dBi、最小增益为约-0.5dBi、平均增益为约0.2dBi、波动为约1.5dB的大致无指向性的良好的指向特性，得到了更高的增益。进而，在PCS频带中的接收频带的下限频率1930MHz中，具有最大增益为约1.2dBi、最小增益为约-0.3dBi、平均增益为约0.5dBi、波动为约1.5dB的大致无指向性的良好的指向特性，得到进一步高的增益。再有，在PCS频带中的接收频带的上限频率1990MHz中，具有最大增益为约0.3dBi、最小增益为约-1.0dBi、平均增益为约-0.3dBi、波动为约1.3dB的大致无指向性的良好的指向特性，得到了高增益。
图6表示本发明的双频天线1的AMPS频带和PCS频带的各频率中仰角被设为10°时的水平面内指向特性。参照图6，在AMPS频带中的发送频带的下限频率824MHz中，具有最大增益为约0.2dBi、最小增益为约-0.4dBi、平均增益为约-0.2dBi、波动为约0.6dB的大致无指向性的良好的指向特性，提高了增益。另外，在AMPS频带中的发送频带的上限频率849MHz中，具有最大增益为约1.0dBi、最小增益为约0.5dBi、平均增益为约0.7dBi、波动为约0.5dB的大致无指向性的良好的指向特性，进一步提高了增益。另外，在AMPS频带中的接收频带的下限频率869MHz中，具有最大增益为约1.0dBi、最小增益为约0.4dBi、平均增益为约0.8dBi、波动为约0.6dB的大致无指向性的良好的指向特性。再有，在AMPS频带中的接收频带的上限频率894MHz中，具有最大增益为约1.0dBi、最小增益为约0.2dBi、平均增益为约0.7dBi、波动为约0.7dB的大致无指向性的良好的指向特性。
参照图6，在仰角被设为10°时的PCS频带中，在发送频带的下限频率1850MHz中，具有最大增益为约4.5dBi、最小增益为约3.4dBi、平均增益为约3.9dBi、波动为约1.1dB的大致无指向性的良好的指向特性，得到了高增益。另外，在PCS频带中的发送频带的上限频率1910MHz中，具有最大增益为约4.4dBi、最小增益为约3.4dBi、平均增益为约3.9dBi、波动为约1.1dB的大致无指向性的良好的指向特性，维持了高的增益。另外，在PCS频带中的接收频带的下限频率1930MHz中，具有最大增益为约4.6dBi、最小增益为约3.5dBi、平均增益为约4.1dBi、波动为约1.1dB的大致无指向性的良好的指向特性，得到进一步高的增益。再有，在PCS频带中的接收频带的上限频率1990MHz中，具有最大增益为约3.6dBi、最小增益为约2.6dBi、平均增益为约3.1dBi、波动为约1.0dB的大致无指向性的良好的指向特性，得到了高增益。
图7表示本发明的双频天线1的AMPS频带和PCS频带的各频率中仰角被设为20°时的水平面内指向特性。参照图7，在AMPS频带中的发送频带的下限频率824MHz中，具有最大增益为约1.8dBi、最小增益为约1.4dBi、平均增益为约1.7dBi、波动为约0.4dB的大致无指向性的良好的指向特性，得到了高增益。另外，在AMPS频带中的发送频带的上限频率849MHz中，具有最大增益为约2.6dBi、最小增益为约2.2dBi、平均增益为约2.4dBi、波动为约0.5dB的大致无指向性的良好的指向特性，进一步提高了增益。另外，在AMPS频带中的接收频带的下限频率869MHz中，具有最大增益为约3.1dBi、最小增益为约2.7dBi、平均增益为约2.9dBi、波动为约0.4dB的大致无指向性的良好的指向特性，进一步提高了增益。再有，在AMPS频带中的接收频带的上限频率894MHz中，具有最大增益为约3.0dBi、最小增益为约2.6dBi、平均增益为约2.8dBi、波动为约0.4dB的大致无指向性的良好的指向特性，得到了高增益。
参照图7，在仰角被设为20°时的PCS频带中，在发送频带的下限频率1850MHz中，具有最大增益为约6.6dBi、最小增益为约5.8dBi、平均增益为约6.1dBi、波动为约0.8dB的大致无指向性的良好的指向特性，得到了高增益。另外，在PCS频带中的发送频带的上限频率1910MHz中，具有最大增益为约6.6dBi、最小增益为约5.7dBi、平均增益为约6.2dBi、波动为约0.9dB的大致无指向性的良好的指向特性，维持了高的增益。另外，在PCS频带中的接收频带的下限频率1930MHz中，具有最大增益为约6.7dBi、最小增益为约5.7dBi、平均增益为约6.3dBi、波动为约1.0dB的大致无指向性的良好的指向特性，得到进一步高的增益。再有，在PCS频带中的接收频带的上限频率1990MHz中，具有最大增益为约5.7dBi、最小增益为约5.0dBi、平均增益为约5.4dBi、波动为约0.7dB的大致无指向性的良好的指向特性，得到了高增益。
图8表示本发明的双频天线1的AMPS频带和PCS频带的各频率中仰角被设为30°时的水平面内指向特性。参照图8，在AMPS频带中的发送频带的下限频率824MHz中，具有最大增益为约2.9dBi、最小增益为约2.5dBi、平均增益为约2.7dBi、波动为约0.3dB的大致无指向性的良好的指向特性，得到了高增益。另外，在AMPS频带中的发送频带的上限频率849MHz中，具有最大增益为约3.4dBi、最小增益为约3.0dBi、平均增益为约3.2dBi、波动为约0.4dB的大致无指向性的良好的指向特性，进一步提高了增益。另外，在AMPS频带中的接收频带的下限频率869MHz中，具有最大增益为约4.0dBi、最小增益为约3.5dBi、平均增益为约3.8dBi、波动为约0.5dB的大致无指向性的良好的指向特性，进一步提高了增益。再有，在AMPS频带中的接收频带的上限频率894MHz中，具有最大增益为约3.9dBi、最小增益为约3.5dBi、平均增益为约3.8dBi、波动为约0.5dB的大致无指向性的良好的指向特性，得到了高增益。
参照图8，在仰角被设为30°时的PCS频带中，在发送频带的下限频率1850MHz中，具有最大增益为约5.1dBi、最小增益为约3.5dBi、平均增益为约4.5dBi、波动为约1.7dB的大致无指向性的良好的指向特性，得到了高增益。另外，在PCS频带中的发送频带的上限频率1910MHz中，具有最大增益为约5.5Bi、最小增益为约3.9dBi、平均增益为约4.9dBi、波动为约1.7dB的大致无指向性的良好的指向特性，维持了高的增益。另外，在PCS频带中的接收频带的下限频率1930MHz中，具有最大增益为约5.7dBi、最小增益为约4.2dBi、平均增益为约5.1dBi、波动为约1.5dB的大致无指向性的良好的指向特性，得到进一步高的增益。再有，在PCS频带中的接收频带的上限频率1990MHz中，具有最大增益为约4.8dBi、最小增益为约3.5dBi、平均增益为约4.3dBi、波动为约1.3dB的大致无指向性的良好的指向特性，得到了高增益。
如上所述，在本发明的双频天线1中，能够在AMPS频带和PCS频带这两个不同频带工作，并且即使仰角被设为0°～30°时也能得到大致无指向性的指向特性。另外，本发明的双频天线1的AMPS频带和PCS频带这两个不同频带中的增益示出了高频的PCS频带的增益高的倾向。在这种情况下，因为偶极天线的增益是2.15dBi，所以根据仰角，在两个不同的频带中能够获得大大超过偶极天线的增益的增益。另外，即使将两个不同的频带设为GSM900/GSM1800频带，本发明的双频天线1也能得到与上述相同的电特性。因此，本发明的双频天线1可以作为能够在两个不同频带充分工作的天线。另外，在将工作的两个不同频带设为不同于900MHz频带或者1800MHz频带的频带的情况下，能够通过根据该频带变更第一元件11或第二元件21的尺寸，来使本发明的双频天线1在所希望的两个不同频带工作。另外，本发明的双频天线1能够作为高度约50mm、宽度约15mm的小型并且低姿势的天线，并且，因为通过由印刷基板10的印刷图案来形成第一元件11和第二元件21而构成，所以能够作为简单构成的便宜的双频天线。
产业上的可利用性
在以上说明的本发明的双频天线1中，也可以将向第二元件21供电的供电线21a做成弯曲形状，从而将双频天线1的天线高度抑制得更低。另外，在将本发明的双频天线1搭载到车辆上时，优选将双频天线1固定到向车辆安装的天线座上，在天线座上安装覆盖双频天线1的由树脂壳构成的天线罩。
另外，在本发明的双频天线1中，能够根据形成在印刷基板10的表面上的第一元件11和形成在背面的第二元件21的图案形状，获得两个不同频带的匹配，所以，双频天线1的小型化、低成本化成为可能。因此，能够使与AM/FM广播接收天线、GPS信号接收天线、地面波数字广播接收天线、DAB（Digital Audio Broadcast：数字多媒体广播）接收电线、SDARS（Satellite Digital Audio Radio：卫星数字音频无线）接收电线等的组合化变得容易。

Claims (1)

1.一种双频天线，在两个频率下工作，该双频天线的特征在于，具有：
平面状的接地面；
大致垂直地立设在上述接地面上的绝缘性基板；
从上述基板的下端开始向上部形成为面状的第一元件；
用于向上述第一元件的下端供电的供电单元；
配置在上述第一元件的下端附近的贯通孔，
形成在上述基板的不与上述第一元件相重合的上部的第二元件；以及
从上述贯通孔引出的用于向上述第二元件供电的供电线。
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