CN104185926A - 天线装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种可抑制天线增益降低的天线装置。其具备：第一基板；供电线，其配设于第一基板；地导体，其配设于第一基板；第一放射元件，其在第一基板上与供电线电连接；第二放射元件，其在第一基板上与地导体电连接，与第一放射元件大致平行地配设；第一反射器，其配设于第一基板；第二反射器，其在第一基板上，在第一放射元件及第二放射元件的长度方向的至少一方与第一放射元件或第二放射元件隔开规定的间隔而配设。
Description
技术领域
本发明涉及一种天线装置。
背景技术
在要求便携式无线设备的低耗电力化中，为通过小电力实现远距离的通信，要求天线的高增益化。作为实现天线的高增益化的装置之一，有排列多个天线，控制各天线励振(激励)的相位，使指向性朝向某一方向的阵列天线。
将阵列天线中使指向性朝向阵列排列方向的阵列天线称作端射式阵列天线。作为端射式阵列天线之一，已知有使用偶极型的放射元件、反射器、及导波器的八木阵列天线。
作为八木阵列天线，例如公开有专利文献1的八木阵列天线。图10是表示专利文献1所记载的八木阵列天线的结构的图。图10所示的八木阵列天线是在使用电介质基板构成的基板900上印刷作为放射元件的偶极901、902、和向偶极901、902供电的微波带状线903、904。
在基板900的两面中的第一面，与偶极901分离，印刷有导波器905及反射器906。由导波器905、反射器906、及偶极901、902构成平面八木阵列天线。在基板900的第二面印刷有与设于第二面的微波带状线904连接的锥形平衡转换器907和与锥形平衡转换器907连接的地导体908。
专利文献1：日本国特开2009－200719号公报
发明内容
在专利文献1的八木阵列天线中，有时天线增益降低。
本公开是鉴于上述情况而创立的，提供一种可抑制天线增益降低的天线装置。
本发明公开的天线装置具备：第一基板；供电线，其配设于所述第一基板；地导体，其配设于所述第一基板；第一放射元件，其在所述第一基板上与所述供电线电连接；第二放射元件，其在所述第一基板上与所述地导体电连接，与所述第一放射元件大致平行地配设；第一反射器，其配设于所述第一基板；第二反射器，其在所述第一基板上，在所述第一放射元件及所述第二放射元件的长度方向的至少一方与所述第一放射元件或所述第二放射元件隔开规定的间隔而配设。
根据本发明，能抑制天线增益的降低。
附图说明
图1是表示第一实施方式的八木阵列天线的构成例的平面图，(A)是正面视图，(B)是背面视图；
图2是表示第一实施方式的八木阵列天线的构成例的剖面图，(A)是侧面视图(A－A’剖面图)，(B)是侧面视图(B－B’剖面图)，(C)是侧面视图(C－C’剖面图)；
图3是表示用于表示第一实施方式的效果的八木阵列天线的各构成例的平面图，(A)是表示不具备周边构造物及第二反射器的情况的平面图，(B)是表示具备周边构造物的情况的平面图，(C)是表示具备周边构造物及第二反射器的情况的平面图；
图4是表示图3(A)～(C)所示的八木阵列天线的各构成的增益的绝对值的图；
图5(A)～(C)是表示图3(A)～(C)所示的八木阵列天线的各构成的XY面Eφ成分放射图案面的示意图；
图6是表示第一实施方式的八木阵列天线的相对于第二反射器的长度方向的长度的增益的相对值的示意图；
图7是表示第一实施方式的平面阵列天线的相对于放射元件与第二反射器的间隔的增益的相对值的示意图；
图8是表示第二实施方式的八木阵列天线的构成例的平面图，(A)是正面视图，(B)是背面视图；
图9是表示将第二实施方式的八木阵列天线配设于其它电介质基板上的构成例的图，(A)是分别表示八木阵列天线和其它电介质基板的构成例的平面图，(B)是表示将八木阵列天线配设于其它电介质基板的构成例的平面图，(C)是表示将八木阵列天线配设于其它电介质基板的构成例的D－D’平面图；
图10是表示专利文献1所记载的八木阵列天线的图；
图11是将第二实施方式的八木阵列天线适用于通信用途的情况的平面图。
符号说明
100 电介质基板
101 供电线
102 第一放射元件
103 第二放射元件
104a～104c 导波器
105、106 第一反射器
107、108 第二反射器
109 第一地导体
110、211、212、213、700 八木阵列天线
111 第二地导体
112 贯通通孔
201、202 地线图案
301、302、303 增益的相对值
500 发送用八木阵列天线
501 发送机
502 供电线
503、504、505 第二反射器
600 接收用八木阵列天线
601 接收机
602 供电线
701 无线部
800 电介质基板
801 第一连接部
802 第二连接部
803 第三连接部
804 第四连接部
具体实施方式
下面，参照附图说明本公开的实施方式。
(直至得到本发明公开的一方式的经纬)
近年来，伴随便携式无线设备的小型化，便携式无线设备内部的配置零件的空间减小。另外，内置于便携式无线设备的天线容易受到配设于天线附近的电气构造物(也称作周边构造物)的影响。周边构造物例如包含配线图案或外部连接用连接器。为了考虑周边构造物设计天线，实现良好的天线性能，需要高的设计技术。
在将专利文献1的八木阵列天线配置于例如便携式无线设备的情况下，因周边构造物的影响而指向性紊乱，因此，需要有针对天线增益降低的对策。
在以下的实施方式中，对可抑制天线增益降低的天线装置进行说明。
以下的实施方式的天线装置例如用于毫米波频段的高频(例如60GHz)的无线通信电路，搭载各种电子零件(例如天线、半导体芯片)。另外，作为天线装置，主要示例例如搭载于便携式无线设备或雷达装置的八木阵列天线。
(第一实施方式)
图1(A)、(B)及图2(A)～(C)是表示第一实施方式的八木阵列天线110的构成例的图。图1(A)是表示八木阵列天线110的构成例的正面视图，图1(B)是表示八木阵列天线110的构成例的背面视图。图2(A)是图1(A)的A－A’部分的剖面图，图2(B)是图1(A)的B－B’部分的剖面图，图2(C)是图1(A)的C－C’部分的剖面图。
八木阵列天线110具备：电介质基板100、供电线101、第一放射元件102、第二放射元件103、第一导波器104a、第一反射器105、106、及第二反射器107、108。
电介质基板100例如为厚度t、电容率εr的双面敷(覆)铜基板。在电介质基板100的一面(+Z侧、正面侧)，例如通过铜箔图案形成第一地导体109。在电介质基板100的另一面(－Z侧、背面侧)，例如通过铜箔图案形成第二地导体111。第一地导体109及第二地导体111作为地线起作用。
另外，在八木阵列天线110上形成有贯通第一地导体109和第二地导体111的贯通通孔112。对贯通通孔112的内壁实施例如镀金，将第一地导体109和第二地导体111电连接。另外，供电线101在电介质基板100上配设于与第二地导体111同一面。因此，使用第一地导体109、第二地导体111、及供电线101构成带地线的共面线路。
第一放射元件102与供电线101连接。第二放射元件103与第一地导体109连接，与第一放射元件102大致平行地配设。第一放射元件102的开放端到第二放射元件103的开放端的长度Ls1例如设定为约1/2λg，使用第一放射元件102及第二放射元件103构成偶极天线。此外，“λg”表示在供电线101传播的信号的实效的波长，表示与八木阵列天线110的使用频率相对应的考虑到基板内的波长缩短效果的波长。
第一导波器104a在电介质基板100上配设于与第一放射元件102同一面上。第一导波器104a在相对于第一放射元件102+Y方向的规定位置与第一放射元件102及第二放射元件103大致平行地配置。由于第一导波器104a作为导波器动作，所以第一放射元件102及第二放射元件103和第一导波器104a的间隔Dd1例如设定为约1/4λg。另外，第一导波器104a的长度方向的长度Ld1例如被设定为比1/2λg稍短。
由于具备第一导波器104a，从而可以增大向箭头113的方向的增益。箭头113的方向表示指向性的方向。
第一反射器105、106通过在相对于第一放射元件102－Y方向的规定位置将第二地导体111的一部分设为凸形状而构成。由于第一反射器105、106作为反射器动作，所以第一放射元件102及第二放射元件103和第一反射器105、106的间隔Dr例如设定为约1/4λg。另外，第一反射器105、106的相对的端部间的长度Lr例如设定为比1/2λg稍长。
由于具备第一反射器105、106，从而可以反射从偶极天线放射的电波，可以使箭头113的方向(+Y方向)具有指向性。
这样，由于得到反射器及导波器的效果，八木阵列天线110实现电波向+Y方向(箭头113的方向)的放射。
第二反射器107、108在电介质基板100上配置于与第一放射元件102同一面上。第二反射器107、108相对于第一放射元件102或第二放射元件103隔开规定的间隔D在基板面上与第一放射元件102及第二放射元件103大致正交地配设。
其次，使用图3(A)～(C)说明第二反射器107、108的效果。
图3(A)是表示不具备周边构造物及第二反射器的八木阵列天线211的构成例的平面图。图3(B)是表示具备周边构造物而不具备第二反射器的八木阵列天线212的构成例的平面图。图3(C)是表示具备周边构造物及第二反射器的八木阵列天线213的构成例的平面图。
对于八木阵列天线211、212、213，对与之前说明的八木阵列天线110相同的结构标注同一符号，省略详细的说明。与八木阵列天线110相比，在八木阵列天线211中不含第二反射器，在八木阵列天线212中追加了周边构造物而不含第二反射器，在八木阵列天线213中追加了周边构造物。
八木阵列天线211、212、213假设搭载于例如便携式无线设备，在±X方向及±Y方向具备1波长以上较大尺寸的电介质基板100。另外，由于对图1所示的八木阵列天线110的基本的结构考虑到实用性，所以假设在八木阵列天线211～213上配置第二导波器104b及第三导波器104c。
图3(A)中表示起因于八木阵列天线211的天线性能的设计尺寸。设计尺寸对于图3(B)、(C)的八木阵列天线212、213也同样。下面表示设计尺寸的具体例。
电介质基板100的厚度t：0.06λ
电介质基板100的电容率εr：3.6
第一导波器104a、第二导波器104b、第三导波器104c、第一放射元件102、及第二放射元件103的宽度方向(Y方向)的长度W：0.03λ
第一放射元件102及第二放射元件103和第一反射器105、106的间隔Dr：0.17λ
第一放射元件102和第一导波器104a的间隔Dd1：0.17λ
第一导波器104a和第二导波器104b的间隔Dd2：0.3λ
第二导波器104b和第三导波器104c的间隔Dd3：0.3λ
第一反射器105、106的相对的端部间的长度Lr：0.72λ
第一放射元件102的开放端到第二放射元件103的开放端的长度Ls1：0.37λ
第一导波器104a的长度方向(X方向)的长度Ld1：0.22λ
第二导波器104b的长度方向(X方向)的长度Ld2：0.2λ
第三导波器104c的长度方向(X方向)的长度Ld3：0.2λ
此外，“λ”表示与八木阵列天线110、211～213的使用频率相对应的自由空间波长。
在图3(B)的八木阵列天线212中，相对图3(A)的八木阵列天线211，进一步在周边部分附加了地线图案201、202。此外，天线例如为包含第一放射元件102、第二放射元件103、第一导波器104a、第二导波器104b、第三导波器104c、第一反射器105、106的构成。
图3(B)中，地线图案201、202在第一放射元件102及第二放射元件103的长度方向上从第一放射元件102及第二放射元件103隔开规定间隔而配设，包围天线周边的一部分。地线图案201、202是周边构造物的一例。
在图3(C)的八木阵列天线213中，对图3(B)的八木阵列天线212附加有第二反射器107、108。下面表示起因于八木阵列天线213的天线性能的设计尺寸的具体例。
第二反射器107、108的长度方向的长度Ls2：0.3λ
第二反射器107、108和第一放射元件102及第二放射元件103的间隔D：0.47λ
其次，对八木阵列天线211～213和天线的增益的关系进行说明。
图4表示八木阵列天线211～213的各构成的天线的增益。
参照图4，可确认到具备周边构造物(例如地线图案201、202)的八木阵列天线212的增益比不具有周边构造物的八木阵列天线211的增益小。这是因为，由于周边构造物的影响，从而天线特性劣化。
另外，具备周边构造物及第二反射器107、108的八木阵列天线213具备周边构造物，可确认到其增益比不具备第二反射器107、108的八木阵列天线212大。这是由于通过第二反射器107、108能够使周边构造物的影响导致的增益的劣化得到了抑制之故。
即，将图4的增益301和增益302进行比较，可理解为，通过向天线周边配设地线图案201、202，使增益降低。另一方面，将图4的增益302和增益303进行比较，可理解为，第二反射器107、108的配设带来的增益的改善。
图5(A)～(C)表示XY面上的Eφ成分(水平偏波成分)的放射8图案的一例。图5(A)是八木阵列天线211的放射图案，图5(B)是八木阵列天线212的放射图案，图5(C)是八木阵列天线213的放射图案。
如图5(B)、(C)所示，通过配设第二反射器107、108，能够降低电波向约45度方向及约135度方向的放射，能够在箭头113的方向锁定指向性，增大增益。另外，通过锁定指向性，可以降低大致±X方向的放射。因此，例如如图3(b)所示，降低相对于天线配设于大致±X方向的周边构造物(例如配线图案、地线图案)的影响，得到高的增益。
此外，即使导波器的数量发生变化，也能够得到上述的第二反射器107、108的效果。导波器越多，增益越大。
其次，对第二反射器107、108的长度方向的长度Ls2和增益的关系进行说明。
图6表示在八木阵列天线213中使第二反射器107、108的长度方向的长度Ls2变化时的增益的相对值。相对值表示将八木阵列天线212的增益设为0dB，八木阵列天线213相对于八木阵列天线212的增益比。
图6中，在使长度Ls2为比2/10λ大且比7/10λ小的范围内，第二反射器107、108作为反射器动作，因此，八木阵列天线213的增益比八木阵列天线212大。这样，即使长度Ls2在1/2λ以外，也能够得到天线的增益的改善效果。
其次，对第二反射器107、108与第一放射元件102及第二放射元件103的间隔D和增益的关系进行说明。
图7表示使八木阵列天线213的第二反射器107、108和第一放射元件102及第二放射元件103的间隔D变化时的增益的相对值。相对值表示将八木阵列天线212的增益设为90dB，八木阵列天线213相对于八木阵列天线212的增益比。
如图7所示，在间隔D比1/10λ大的情况下，八木阵列天线213的增益比八木阵列天线212的增益大。这是由于，使由金属物构成的第二反射器107、108相对于第一放射元件102及第二放射元件103离开一定程度，可以抑制天线的放射电阻的降低，可以抑制放射效率的降低，可以抑制增益的降低。在该情况下，在八木阵列天线213中，得到增益比八木阵列天线212改善的效果。
根据八木阵列天线110、213，与第一放射元件102或第二放射元件103隔开规定的间隔，例如与第一导波器104a大致正交地配设第二反射器107、108，由此，可以降低周边构造物的影响，确保高的增益。另外，即使八木阵列天线110、213为小型且电子零件的安装密度高的情况下，也能够抑制周边构造物对放射图案的恶影响，可以抑制增益的劣化。
(第二实施方式)
在本实施方式中，假设将天线装置搭载于其它装置(例如便携式无线设备)。
图8(A)、(B)是表示第二实施方式的八木阵列天线700的构成例的平面图。图8(A)是表示八木阵列天线700的构成例的正面视图，图8(B)是表示八木阵列天线700的构成例的背面视图。图8(A)、(B)中，对于与第一实施方式的八木阵列天线110相同的结构标注同一符号，省略详细的说明。
八木阵列天线700在第一实施方式所示的八木阵列天线110中，供电线101与无线部701连接。另外，第二反射器107、108被配设于与第一地导体109同一面上、即电介质基板100的另一面。另外，第二反射器107、108也可以配设于电介质基板100的一面。
由于具备无线部701，八木阵列天线700可以作为无线通信模块动作。
图11表示将图8(A)、(B)所示的八木阵列天线700应用于通信用途的实施例。图11中，在电介质基板100上配置发送用八木阵列天线500和接收用八木阵列天线600。图11中，发送用八木阵列天线500和接收用八木阵列天线600为相同形状，但未必一定需要使两天线为相同形状。
发送用八木阵列天线500经由供电线502与发送机501连接。接收用八木阵列天线600经由供电线602与接收机601连接。
在发送用八木阵列天线500和接收用八木阵列天线600的两端配置有第二反射器503、504、505。第二反射器504作为发送用八木阵列天线500及接收用八木阵列天线600这两天线中的反射器动作。
因此，如图11所示，即使在将八木阵列天线700应用于通信用途的情况下，也能够得到与图1、图3(A)～(C)、及图8(A)、(B)的八木阵列天线同样的效果。
此外，第二反射器504可以与第二反射器503、505相同形状，也可以省略。
图9(A)～(C)表示在搭载于便携式无线设备的电介质基板800上配设有八木阵列天线700的构成例。图9(A)是分别表示八木阵列天线700和电介质基板800的平面图。图9(B)是将八木阵列天线700配设于电介质基板800的平面图。图9(C)是图8(B)的D－D’部分的剖面图。
在电介质基板800的一面(+Z侧)配设有由铜箔图案形成的第一连接部801、第二连接部802、第三连接部803、及第四连接部804。这样，通过由基板角部的4点连接部(凸台)将电介质基板100和电介质基板800连接，安装强度提高。
第一连接部801及第二连接部802的图案形状例如为与八木阵列天线700的第二反射器107、108大致相同形状。另外，电介质基板100和电介质基板800的材料可以相同也可以不同，例如由玻璃环氧树脂形成。
在八木阵列天线700和电介质基板800的连接工序中，如图9(C)所示，使第一连接部801和第二反射器108、第二连接部802和第二反射器107、第三连接部803及第四连接部804和第一地导体109分别重合。而且，通过回流工序将重合的部分进行焊接，由此，将八木阵列天线700连接安装于电介质基板800。
这样，第二反射器107、108与连接部(例如第一连接部801、第二连接部802)电连接或物理地连接。由此，八木阵列天线700被搭载于其它装置(例如便携式无线设备)，得到与第一实施方式的八木阵列天线110相同的效果。
另外，通过分别构成配设有天线的电介质基板100和配置于便携式无线设备的电介质基板800，不需要与搭载于便携式无线设备的电介质基板的材料及厚度吻合的单独的天线设计，因此，通用性提高。另外，通过将第二反射器107、108与和电介质基板800的连接部共用，不需要将连接用的新的铜箔图案配设于电介质基板100，因此，设计变得容易。
这样，在八木阵列天线700中，在将八木阵列天线搭载于各种便携式无线设备的情况下，由与便携式无线设备的电介质基板不同的电介质基板构成八木阵列天线的天线基板(电介质基板)，因此，通用性提高。
例如，通过设定其它电介质基板，即使因便携式无线设备的种类或制造商而所使用的便携式无线设备的电介质基板的材料或厚度不同，也不需要用于得到所希望的天线特性的单独的最佳化。因此，可以将八木阵列天线通用搭载于各种便携式无线设备中。
另外，通过将第二反射器107、108作为向其它基板(例如便携式无线设备的电介质基板800)的连接部件共用，可以使向其它基板的连接容易化。
另外，在为将八木阵列天线与便携式无线设备连接而在八木阵列天线及便携式无线设备的电介质基板上设置作为凸台的铜箔图案的情况下，假设将铜箔图案作为周边构造物，对天线特性带来恶影响。根据八木阵列天线700，能够降低周边构造物的影响，抑制增益的降低。
此外，本发明并不限于上述实施方式的构成，只要为能够实现权利要求书中所表示的功能、或本实施方式的构成所具有的功能的结构，则无论任何结构都能够应用。
例如，在上述实施方式中，第二反射器107、108在八木阵列天线110、213中配设于±X方向双方，但也可以配设于+X方向或－X方向的至少一方。该情况下，能够抑制配设有第二反射器107、108的一侧的周边构造物的影响。
另外，在八木阵列天线110、213中，第二反射器107、108配设于与第二地导体111同一面上，但即使配设于与第一地导体109同一面，也能够得到同样的效果。另外，也可以在电介质基板100的任一面配设第二反射器107、108。
另外，在八木阵列天线110、213中，将第一放射元件102配设于电介质基板100的一面，将第二放射元件103配设于电介质基板100的另一面，但也可以将两者配设于同一面。
另外，在八木阵列天线110、213中，示例了第二反射器107、108的形状为矩形，但也可以是矩形以外的形状。例如只要是如椭圆形状那样具有长度方向的成分的导电部件即可。
另外，在上述实施方式中，作为天线装置示例了八木阵列天线，但也可以是其它的天线装置。
另外，在上述实施方式中，示例了具备一个以上的导波器的八木阵列天线，但也可以省略导波器。即使省略导波器，也能够抑制天线增益的降低。
本申请基于2013年2月5日申请的日本特许申请No.2013－020536，其内容在此作为参照被编入。
(本发明公开一方式的概要)
本发明公开的第一方面的天线装置具备：第一基板；供电线，其配设于所述第一基板；地导体，其配设于所述第一基板；第一放射元件，其在所述第一基板上与所述供电线电连接；第二放射元件，其在所述第一基板上与所述地导体电连接，与所述第一放射元件大致平行地配设；第一反射器，其配设于所述第一基板；第二反射器，其在所述第一基板上，在所述第一放射元件及所述第二放射元件的长度方向的至少一方与所述第一放射元件或所述第二放射元件隔开规定的间隔而配设。
另外，本发明公开第二方面的天线装置在第一方面的基础上，其中，还具备导波器，该导波器在所述第一基板上与所述第一放射元件隔开规定的间隔，并相对于所述第一放射元件配设于与所述第一反射器相对的一侧。
另外，本发明公开第三方面的天线装置在第一或第二方面的基础上，其中，还具备无线部，所述无线部与所述供电线电连接。
另外，本发明公开第四方面的天线装置在第一～第三方面的基础上，其中，所述天线装置搭载于无线设备，所述第二反射器与配设于所述无线设备所具备的第二基板的连接部电连接或物理地连接。
另外，本发明公开第五方面的天线装置在第一～第四方面的基础上，其中，所述第二反射器的长度方向的长度具有比所述天线装置的使用频率的2/10波长长且比7/10波长短的电气长度。
另外，本发明公开第六方面的天线装置在第一～第五方面的基础上，其中，所述第二反射器和所述第一放射元件或所述第二放射元件的间隔具有比所述天线装置的使用频率的1/10波长长的电气长度。
产业上的可利用性
本发明公开对可抑制天线增益的降低的天线装置等有用。
Claims (6)
1.天线装置，具备：
第一基板；
供电线，其配设于所述第一基板；
地导体，其配设于所述第一基板；
第一放射元件，其在所述第一基板上与所述供电线电连接；
第二放射元件，其在所述第一基板上与所述地导体电连接，与所述第一放射元件大致平行地配设；
第一反射器，其配设于所述第一基板；
第二反射器，其在所述第一基板上，在所述第一放射元件及所述第二放射元件的长度方向的至少一方与所述第一放射元件或所述第二放射元件隔开规定的间隔而配设。
2.如权利要求1所述的天线装置，
还具备导波器，所述导波器在所述第一基板上与所述第一放射元件隔开规定的间隔，并相对于所述第一放射元件配设于与所述第一反射器相对的一侧。
3.如权利要求1或2所述的天线装置，
还具备无线部，
所述无线部与所述供电线电连接。
4.如权利要求1～3中任一项所述的天线装置，
所述天线装置搭载于无线设备，
所述第二反射器与配设于所述无线设备所具备的第二基板的连接部电连接或物理地连接。
5.如权利要求1～4中任一项所述的天线装置，
所述第二反射器的长度方向的长度具有比所述天线装置的使用频率的2/10波长长且比7/10波长短的电气长度。
6.如权利要求1～5中任一项所述的天线装置，
所述第二反射器和所述第一放射元件或所述第二放射元件的间隔具有比所述天线装置的使用频率的1/10波长长的电气长度。
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