CN114503363A

CN114503363A - 天线装置及车辆

Info

Publication number: CN114503363A
Application number: CN202080069019.5A
Authority: CN
Inventors: 上岛博幸
Original assignee: Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd
Current assignee: Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd
Priority date: 2019-10-02
Filing date: 2020-09-28
Publication date: 2022-05-13
Also published as: US11996605B2; WO2021065818A1; US20220328951A1; EP4039544A4; JPWO2021065818A1; EP4039544A1

Abstract

天线装置包括：天线组件，其配置于移动体的外装中的凹部(2)；以及无源组件，该无源组件的中心配置于所述凹部中的比所述天线组件的中心所处的水平面更高的位置。并且，也可以是，所述移动体是车辆，天线装置中所述凹部设置于所述车辆的顶棚(1)。

Description

天线装置及车辆

技术领域

本发明涉及天线装置及车辆。

背景技术

已开发出了如下技术，该技术通过将天线装置嵌入车辆的顶棚(车顶)，使得天线装置不会从顶棚突起，从而不会破坏车辆外观的美观。

例如，在专利文献1中公开了如下内容：设置凹陷(换句话说，凹状的天线容纳部)，该凹陷设置于顶棚，在该天线容纳部内容纳天线装置，并利用构成顶棚的一部分的容纳盖来封闭天线容纳部。根据此种结构，不存在向车体外突出的部分，不会破坏车辆的外观设计，并且能够防止天线被折坏。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2003-017916号公报

发明内容

发明要解决的问题

但是，专利文献1中公开的天线装置例如对于嵌入到车辆顶棚时的性能(或者特性)会下降这一点的研究不充分。

本发明提供如下技术，该技术例如可抑制嵌入到移动体的外装中的天线装置的性能或特性的下降。

解决问题的方案

本发明的天线装置包括：天线组件，其配置于移动体的外装中的凹部；以及无源组件，该无源组件的中心配置于所述凹部中的比所述天线组件的中心所处的水平面更高的位置。

应予说明，这些总括性的或具体的方式可由***、方法、集成电路、电脑程序或记录介质实现，也可由***、装置、方法、集成电路、电脑程序及记录介质的任意的组合实现。

发明效果

根据本发明的一个方式，能够抑制在天线装置嵌入到移动体的外装中的情况下的天线装置的性能或特性的下降。

本发明的一个实施例的更多优点和效果将通过说明书和附图予以阐明。这些优点和/或效果分别由若干个实施方式、以及说明书及附图所记载的特征提供，但未必需要为了获得一个或一个以上的相同的特征而全部提供。

附图说明

图1是表示本发明的一个实施方式的车辆顶棚嵌入式天线装置的结构的一例的立体图及剖视图，其中，(a)为立体图，(b)为剖视图。

图2是表示作为本发明的一个实施方式的车辆顶棚嵌入式天线装置的比较对象的车辆顶棚嵌入式天线装置的结构的立体图及剖视图，其中，(a)为立体图，(b)为剖视图。

图3是表示作为本发明的一个实施方式的车辆顶棚嵌入式天线装置的比较对象的车辆顶棚突出式天线装置的结构的立体图及剖视图，其中，(a)为立体图，(b)为剖视图。

图4是表示本发明的一个实施方式的车辆顶棚嵌入式天线装置的辐射模式的一例的图。

图5是表示安装有本发明的一个实施方式的车辆顶棚嵌入式天线装置的车辆的一例的侧视图。

具体实施方式

以下，适当地参照附图来详细地说明实施方式。但是，有时会省略过于详细的说明。例如，有时省略已广为人知的事项的详细说明或对于实质上相同的结构的重复说明。这样做的理由在于，避免以下的说明不必要地变得冗长，使本领域技术人员容易理解。

此外，提供附图及以下的说明的目的在于使本领域技术人员充分理解本发明，并无由此对权利要求书所记载的主题进行限定的意图。

(一个实施方式)

以下，使用图1～图5来说明本发明的一个实施方式。

[1.结构]

图1是表示本发明的一个实施方式的车辆顶棚嵌入式天线装置的结构的一例的图，图1的(a)是立体图，图1的(b)是XZ剖视图。在图1～图5中，X方向是车辆前后方向即长度方向(+X为前，-X为后)，Y方向是车辆左右方向即宽度方向，Z方向是指车辆上下方向即高度方向。在本说明书中，车辆是移动体(或称为“mobility”)的一例，可包含汽车、电车或小型电动车辆。作为小型电动车辆的非限定性的一例，可列举电动站立式双轮车、电动代步车、电动台车或电动婴儿推车。

参照图1可知，车辆顶棚嵌入式天线装置100嵌入车辆顶棚1的凹部2而被使用。车辆顶棚1可以是在导电性金属上实施了涂装的顶棚，车辆顶棚1也可为金属制。在此示出了车辆顶棚1的凹部2由多个平面构成的情况，但凹部2也可以是由曲面或平面与曲面的组合构成，且凹部2无需为导电性金属。

在电介质基板101-k(k＝1、2、3或4)的正面配置贴片天线组件102-k(k＝1、2、3或4)，而在背面形成GND(Ground，地)(未图示)。贴片天线组件102-k(k＝1、2、3或4)是正方形的导体，其一边的边长例如为如下的半波长，即，考虑了由电介质基板101-k(k＝1、2、3或4)的介电常数引起的波长缩短的有效波长的半波长。GND是一边的边长比自由空间波长的半波长更大的正方形的导体。

贴片天线是一种平面天线，也被称为“微带天线”。

例如，在使用的电波为28GHz的情况下，只要贴片天线组件102-k(k＝1、2、3或4)的一边为2.5mm左右，GND的一边为6mm左右以上且为10mm左右即可。

电介质基板101-k(k＝1、2、3或4)例如以包围车辆顶棚1的凹部2的底部中心的方式(换句话说，呈辐射状地)，排列配置于车辆顶棚1的凹部2的倾斜部。车辆顶棚1的凹部2的倾斜部相对于车辆顶棚1的凹部2的底部所处的水平面(XY面)，例如具有仰角(elevation)方向的倾(tilt)角α。关于倾角α，作为非限定性的一例，倾(tilt)角α＝30度。可以是，各个电介质基板101-k(k＝1、2、3或4)上的贴片天线相当于扇面天线。换句话说，可由四个贴片天线构成四扇面天线。此外，车辆顶棚1的凹部2的倾斜部上的形成彼此相向的扇面天线的贴片天线组件102之间的距离例如为18mm左右。该距离是为了获得所期望的指向性而根据包含后述的无源组件在内的位置关系来决定的。

馈电点103-k(k＝1、2、3或4)设置在与无线电路匹配的位置。

无源组件104是配置于四扇面天线的大致中心轴，即，例如与相向的两个扇面天线分别相距大致相同距离而配置的导体。将无源组件104的中心配置于比贴片天线组件102-k(k＝1、2、3或4)的中心所处的水平面21更高的位置。另外，无源组件104以不与车辆顶棚1的凹部2的底面接触而与底面隔开规定距离的方式配置，且该长度被设定得比半波长更短。此外，无源组件104可与覆盖车辆顶棚1的凹部2的树脂外盖(未图示)一体化，也可与底部隔开规定距离地固定于车辆顶棚1的凹部2的某处，例如底部。

[2.动作]

以下，将以上述方式构成的车辆顶棚嵌入式天线装置100的动作的一例与图2及图3所记载的作为比较对象的天线装置的动作进行比较而在下文中进行说明。

图2是表示作为本发明的一个实施方式的车辆顶棚嵌入式天线装置100的比较对象的车辆顶棚嵌入式天线装置200的结构的图。图2的(a)是车辆顶棚嵌入式天线装置200的立体图，图2的(b)是其剖视图。

图1所示的车辆顶棚嵌入式天线装置100与图2所示的车辆顶棚嵌入式天线装置200的不同点在于是否具备无源组件104。例如，在图1的车辆顶棚嵌入式天线装置100中设置了无源组件104，而在图2的车辆顶棚嵌入式天线装置200中，不设置无源组件。

在图2中，记载了与图1同样地由四个扇面构成的四扇面天线，但各扇面的结构相同，因此，关于图2，着眼于前侧的扇面进行说明。在电介质基板201-1的正面配置贴片天线组件202-1，而在背面形成GND(未图示)，且还设置有馈电点203-1。将沿着车辆顶棚1的凹部2，相对于水平面(XY面)向仰角(elevation)方向，例如以倾(tilt)角α＝30度设置的电介质基板201-1呈辐射状地配置，从而构成四扇面天线。

图3是表示作为本发明的一个实施方式的车辆顶棚嵌入式天线装置100的另一比较对象的车辆顶棚突出式天线装置300的结构的图。图3的(a)是车辆顶棚突出式天线装置300的立体图，图3的(b)是其剖视图。车辆顶棚突出式天线装置300沿着车辆顶棚1的凸部3而构成四扇面天线。图1所示的车辆顶棚嵌入式天线装置100是天线装置100处于车辆顶棚1的面的下方(换句话说，未从顶棚面突出)的例子。相对于此，图3所示的车辆顶棚突出式天线装置300是以天线装置300向车辆顶棚1的面的上方突出的方式形成的。因此，若是图3所示的车辆顶棚突出式天线装置300，则会因为天线装置300从车辆顶棚1突出，而破坏车辆外观的美观。

在图3中，记载了与图1同样地由四个扇面构成的四扇面天线，但各扇面的结构可相同，因此，关于图3，着眼于前侧的扇面进行说明。在电介质基板301-1的正面配置贴片天线组件302-1，而在背面形成GND(未图示)，且设置有馈电点303-1。将沿着车辆顶棚1的凸部3，相对于水平面(XY面)向仰角(elevation)方向，例如以倾(tilt)角α＝30度设置的电介质基板301-1呈辐射状地配置，从而构成四扇面天线。

图4是图1～图3所记载的各天线装置100、200、300的辐射模式图的一例，图4的(a)是XZ面上的各天线装置的辐射模式图，图4的(b)是XY面上的各天线装置的辐射模式图。在图4的(a)及图4的(b)中，以dBi为单位来表示动作增益(灵敏度)。

图4的(a)及图4的(b)所记载的实线401表示图1所记载的车辆顶棚嵌入式天线装置100的贴片天线组件102的辐射模式。图4的(a)及图4的(b)的虚线402表示图2所记载的车辆顶棚嵌入式天线装置200的贴片天线组件202的辐射模式。图4的(a)及图4的(b)的点划线403表示图3所记载的车辆顶棚突出式天线装置300的贴片天线组件302的辐射模式。

各辐射模式表示GND(未图示)使车辆顶棚1、凹部2或凸部3接地的情况下的特性。

首先，着眼于图4的(a)的+X方向(例如，车辆的前方方向)(Z＝0)的增益。其中增益最高的是图3所记载的车辆顶棚突出式天线装置300(点划线403)，原因在于：因为从车辆顶棚1突出，所以车辆顶棚1的影响较小。其中增益最低的是图2所记载的不具备无源组件104的车辆顶棚嵌入式天线装置200(虚线402)，原因在于：因为嵌入车辆顶棚且不具备无源组件，所以车辆顶棚1的影响最大。

图1所记载的具备无源组件104的车辆顶棚嵌入式天线装置100(实线401)，与车辆顶棚突出式天线装置300(点划线403)相比，+X方向的增益更低，但与不具备无源组件104的车辆顶棚嵌入式天线装置200(虚线402)相比，+X方向的增益更高。其理由在于：图1所记载的车辆顶棚嵌入式天线装置100中设置的无源组件104作为波导组件而进行动作。此外，无源组件104处于与所有的四个贴片天线组件102-k(k＝1、2、3或4)相距大致相同距离的位置，因此，相对于这四个贴片天线组件均以相同方式作为波导组件而进行动作。

接着，着眼于图4的(b)所示的水平面(XY面)的增益。此处，+X是车辆的前方方向，Y表示车辆的宽度方向。图1所记载的具备无源组件104的车辆顶棚嵌入式天线装置100(实线401)的半值角最窄。能够通过增加扇面数来弥补该情况。例如，图1所记载的车辆顶棚嵌入式天线装置100的扇面数为4，但能够通过将该扇面数增加至5、6、7等进行弥补。

图5表示已将图1所示的车辆顶棚嵌入式天线装置100安装于车辆50的图。示出了车辆顶棚嵌入式天线装置100安装于车辆顶棚1的一个方式。可知车辆顶棚嵌入式天线装置100未从车辆顶棚1突出。

[3.效果等]

如上所述，在本实施方式中，将嵌入车辆顶棚1的凹部2，且沿着车辆顶棚1的凹部2，相对于水平面(XY面)向仰角(elevation)方向，以倾(tilt)角α＝30度设置的车辆顶棚嵌入式天线装置100呈辐射状地配置，从而构成四扇面天线。无源组件104配置于四扇面天线的大致中心轴处。

如参照图5所说明的那样，根据此种结构，因为车辆顶棚无突起，所以不会破坏车辆外观的美观，而且，即使嵌入车辆顶棚，也能够抑制水平面的增益的下降。

(其他实施方式)

如上所述，作为本申请中公开的技术的例子，对实施方式进行了说明。然而，本发明中的技术并不局限于此，也可以应用于进行修改、替换、附加、省略等后的实施方式。此外，也可以将上述实施方式中说明的各结构要素组合起来，形成新的实施方式。

所以，下面将例示其他实施方式。

在实施方式中，作为天线组件的一例，对由电介质基板101-k(k＝1、2、3或4)构成的贴片天线的情况进行了说明。天线组件只要是在所期望的频率下收发电磁波的组件即可。例如，天线组件可以是线状天线或环状天线等，或者也可以是这些天线的组合。因此，天线组件并不限定于由电介质基板构成的贴片天线。由电介质基板构成的贴片天线有能够容易且便宜地实现天线装置这一优点。

在实施方式中，作为倾角α的一例，对倾角α为30度的情况进行了说明。倾角α只要是可获得所期望的辐射指向性的角度即可。因此，倾角α并不限定于30度。可在无源组件不会从车辆顶棚突出的范围内，增大倾角α，从抑制水平面增益的下降的观点来看，这样也较为理想。

在实施方式中，对扇面数为4的情况进行了说明。扇面数只要是可与辐射出应接收的电波的基站或接入点之间建立通信的数量即可。因此，扇面数可以小于4也可以大于4，并不限定于4。另外，排列的间隔也不受限定。为了提高水平面的覆盖率，较理想的是增加扇面数，但若是为了覆盖水平面的特定方向，则也可不设为扇面结构，天线数也可以是一个。

在实施方式中说明了如下情况，即，无源组件104的个数为1，且配置于扇面天线排列的中心轴。在抑制水平面增益的下降的方面，优选无源组件104配置于比天线组件所处的水平面更高的位置，但无源组件的个数或相对于水平面的配置位置只要是抑制由车辆顶棚引起的水平面增益的下降的位置即可。因此，无源组件的个数并不限定于1，配置也不限定于扇面天线排列的中心轴。但是，若是将一个无源组件配置于扇面天线排列的中心轴的结构，则对于扇面天线的各要素而言，在抑制水平面增益的下降的方面可获得同等的效果，因此，将一个无源组件配置于扇面天线排列的中心轴的结构可成为简单结构的一个有效的候选。

本发明能够通过软件、硬件或在与硬件协作下的软件实现。

在上述实施方式的说明中使用的各功能块部分地或整体地被实现为作为集成电路的LSI(Large Scale Integration，大规模集成电路)，在上述实施方式中说明的各过程也可部分地或整体地由一个LSI或由LSI的组合控制。LSI可由各个芯片构成，也可以是以包含功能块的一部分或全部的方式由一个芯片构成。LSI也可包括数据的输入和输出。LSI根据集成度的不同，也可以称为“IC(Integrated Circuit，集成电路)”、“***LSI(SystemLSI)”、“超大LSI(Super LSI)”、“特大LSI(Ultra LSI)”。

集成电路化的方法不限于LSI，也可由专用电路、通用处理器或专用处理器实现。另外，也可利用LSI制造后能够编程的FPGA(Field Programmable Gate Array，现场可编程门阵列)、或可以对LSI内部的电路块的连接或设定进行重新构置的可重构处理器(Reconfigurable Processor)。本发明也可被实现为数字处理或模拟处理。

再有，如果随着半导体技术的进步或者其他技术的派生，出现了代替LSI的集成电路化的技术，当然也可以利用该技术来实现功能块的集成化。还存在应用生物技术等的可能性。

本发明可在具有通信功能的所有种类的装置、设备、***(总称为“通信装置”)中实施。通信装置的非限定性的例子包括：电话(手机、智能手机等)、平板电脑、个人电脑(PC)(膝上型电脑、台式机、笔记本电脑等)、相机(数码照相机、数码摄像机等)、数码播放器(数码音频/视频播放器等)、可穿戴设备(可穿戴相机、智能手表、跟踪设备等)、游戏机、电子书阅读器、远程健康/远程医疗(远程保健/医学处方)设备、带有通信功能的交通工具或交通运输工具(汽车、飞机、轮船等)、以及上述各种装置的组合。

通信装置并不限定于可携带或可移动的装置，也包含无法携带或被固定的所有种类的装置、设备、***。例如包括：智能家居设备(家电设备、照明设备、智能电表或计量器、控制面板等)、自动售货机、以及其他可存在于IoT(Internet of Things，物联网)网络上的所有“物体(Things)”。

通信除了包含通过蜂窝***、无线LAN(Local Area Network，局域网)***、通信卫星***等进行的数据通信之外，还包含通过这些***的组合进行的数据通信。

另外，通信装置也包含与执行本发明中记载的通信功能的通信设备连接或连结的、控制器或传感器等设备。例如，包含产生执行通信装置的通信功能的通信设备所使用的控制信号或数据信号的控制器或传感器。

另外，通信装置包含与上述非限定性的各种装置进行通信或对上述各种装置进行控制的基础设施设备，例如，基站、接入点、以及其他所有的装置、设备、***。

此外，上述实施方式用于例示本发明中的技术，因此，可在权利要求书或其均等的范围内进行各种变更、替换、附加、省略等。

＜本发明的归纳＞

在本发明的天线装置中，所述移动体是车辆，所述凹部设置于所述车辆的顶棚。

在本发明的天线装置中，所述天线组件是使用电介质基板构成的贴片天线。

在本发明的天线装置中，所述天线组件相对于所述水平面向仰角方向倾斜。

在本发明的天线装置中，多个所述天线组件以包围所述凹部的底部中心的方式配置而形成扇面结构。

在本发明的天线装置中，所述无源组件配置于所述扇面结构的中心轴。

在本发明的天线装置中，所述无源组件为棒状的形状。

在本发明的天线装置中，所述无源组件安装于覆盖所述凹部的盖部的背面。

本发明中的车辆包括：凹部，其设置于顶棚；天线装置，其容纳于所述凹部；以及盖部，其覆盖容纳有所述天线装置的所述凹部，其中，所述天线装置包括：天线组件，其配置于所述凹部；以及无源组件，其安装于所述盖部的背面或所述凹部，在所述凹部已由所述盖部覆盖的情况下，所述无源组件的中心位于比所述天线组件的中心所处的水平面更高的位置。

在2019年10月2日申请的特愿2019-182438的日本专利申请所包含的说明书、附图及说明书摘要的公开内容，全部引用于本申请。

工业实用性

本发明例如可应用于嵌入车辆的顶棚的天线装置。

附图标记说明

1 车辆顶棚

2 凹部

3 凸部

21 水平面

50 车辆

100 车辆顶棚嵌入式天线装置

101-1 电介质基板

101-2 电介质基板

101-3 电介质基板

101-4 电介质基板

102-1 贴片天线组件

102-2 贴片天线组件

102-3 贴片天线组件

102-4 贴片天线组件

103-1 馈电点

103-2 馈电点

103-3 馈电点

103-4 馈电点

104 无源组件

200 车辆顶棚嵌入式天线装置

201-1 电介质基板

202-1 贴片天线组件

203-1 馈电点

300 车辆顶棚突出式天线装置

301-1 电介质基板

302-1 贴片天线组件

303-1 馈电点。

Claims

1.一种天线装置，其特征在于，包括：

天线组件，其配置于移动体的外装中的凹部；以及

无源组件，该无源组件的中心配置于所述凹部中的比所述天线组件的中心所处的水平面更高的位置。

2.如权利要求1所述的天线装置，其中，

所述移动体是车辆，所述凹部设置于所述车辆的顶棚。

3.如权利要求1所述的天线装置，其中，

所述天线组件是使用电介质基板构成的贴片天线。

4.如权利要求1所述的天线装置，其中，

所述天线组件相对于所述水平面向仰角方向倾斜。

5.如权利要求1所述的天线装置，其中，

多个所述天线组件以包围所述凹部的底部中心的方式配置而形成扇面结构。

6.如权利要求5所述的天线装置，其中，

所述无源组件配置于所述扇面结构的中心轴。

7.如权利要求1所述的天线装置，其中，

所述无源组件为棒状的形状。

8.如权利要求1所述的天线装置，其中，

所述无源组件安装于覆盖所述凹部的盖部的背面。

9.一种车辆，其特征在于，包括：

凹部，其设置于顶棚；

天线装置，其容纳于所述凹部；以及

盖部，其覆盖容纳有所述天线装置的所述凹部，其中，

所述天线装置包括

天线组件，其配置于所述凹部；以及

无源组件，其安装于所述盖部的背面或所述凹部，

在所述凹部已由所述盖部覆盖的情况下，所述无源组件的中心位于比所述天线组件的中心所处的水平面更高的位置。