CN116888822A - 贴片天线 - Google Patents

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CN116888822A
CN116888822A CN202280016360.3A CN202280016360A CN116888822A CN 116888822 A CN116888822 A CN 116888822A CN 202280016360 A CN202280016360 A CN 202280016360A CN 116888822 A CN116888822 A CN 116888822A
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dielectric
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antenna
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野崎高志
水野浩年
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Yokowo Co Ltd
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Yokowo Co Ltd
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    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q13/00—Waveguide horns or mouths; Slot antennas; Leaky-waveguide antennas; Equivalent structures causing radiation along the transmission path of a guided wave
    • H01Q13/08—Radiating ends of two-conductor microwave transmission lines, e.g. of coaxial lines, of microstrip lines
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q19/00—Combinations of primary active antenna elements and units with secondary devices, e.g. with quasi-optical devices, for giving the antenna a desired directional characteristic
    • H01Q19/06—Combinations of primary active antenna elements and units with secondary devices, e.g. with quasi-optical devices, for giving the antenna a desired directional characteristic using refracting or diffracting devices, e.g. lens
    • H—ELECTRICITY
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    • H01Q9/04—Resonant antennas
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  • Aerials With Secondary Devices (AREA)

Abstract

贴片天线具备：辐射元件；设有所述辐射元件的第1电介质部件；设在所述第1电介质部件的周围的至少一个的第2电介质部件。而且，所述第2电介质部件的介电常数比所述第1电介质部件的介电常数大。另外，所述第2电介质部件的介电常数为30以上。

Description

贴片天线
技术领域
本发明涉及贴片天线。
背景技术
在专利文献1中公开了包括地导体板、电介质基板以及辐射元件的贴片天线。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2014-160902号公报
发明内容
然而，若使容纳贴片天线的天线装置小型化，则有时使作为贴片天线的接地发挥作用的基座的面积变小，贴片天线的低仰角的增益降低。
本发明的目的一例是提高贴片天线的低仰角的增益。本发明的其他目的根据本说明书的记载而明晰。
本发明的一方面为一种贴片天线，其具备：辐射元件；设有所述辐射元件的第1电介质部件；以及设在所述第1电介质部件的周围的至少一个的第2电介质部件。
发明效果
根据本发明的一方面，能够提高低仰角中的贴片天线的增益。
附图说明
图1是车辆1的侧视图。
图2是车载用天线装置10的分解立体图。
图3是贴片天线30的立体图。
图4是贴片天线30的剖视图。
图5是单馈电方式的贴片天线30的俯视图。
图6是双馈电方式的贴片天线30的俯视图。
图7是比较例的贴片天线30X的俯视图。
图8是示出比较例的贴片天线30X以及本实施方式的贴片天线30各自的电场分布的情形的图。
图9是比较例的贴片天线30X中的仰角与平均增益的关系的图。
图10是贴片天线30(εr2＝20)中的仰角与平均增益的关系的图。
图11是贴片天线30(εr2＝30)中的仰角与平均增益的关系的图。
图12是贴片天线30(εr2＝40)中的仰角与平均增益的关系的图。
图13是贴片天线30(εr2＝2)中的仰角与平均增益的关系的图。
图14是贴片天线30(εr2＝7.82)中的仰角与平均增益的关系的图。
图15是贴片天线30(T＝5mm)中的仰角与平均增益的关系的图。
图16是贴片天线30(T＝3mm)中的仰角与平均增益的关系的图。
图17是贴片天线30(T＝7mm)中的仰角与平均增益的关系的图。
图18是贴片天线30(T＝8mm)中的仰角与平均增益的关系的图。
图19是贴片天线30A的俯视图。
图20是贴片天线30A中的仰角与平均增益的关系的图。
图21是贴片天线30B的俯视图。
图22是贴片天线30B中的仰角与平均增益的关系的图。
图23是贴片天线30C的俯视图。
图24是贴片天线30C中的仰角与平均增益的关系的图。
图25是贴片天线30A(W＝1mm)中的仰角与平均增益的关系的图。
图26是贴片天线30A(W＝4mm)中的仰角与平均增益的关系的图。
图27是贴片天线30A(W＝8mm)中的仰角与平均增益的关系的图。
图28是贴片天线30A(W＝10mm)中的仰角与平均增益的关系的图。
图29是贴片天线30A(D＝15mm)中的仰角与平均增益的关系的图。
图30是贴片天线30A(D＝10mm)中的仰角与平均增益的关系的图。
图31是贴片天线30A(D＝5mm)中的仰角与平均增益的关系的图。
图32是贴片天线30D的俯视图。
图33是贴片天线30D中的仰角与平均增益的关系的图。
图34是贴片天线30E的俯视图。
图35是贴片天线30E中的仰角与平均增益的关系的图。
具体实施方式
根据本说明书以及附图的记载，至少以下事项变得明晰。
<<<车辆1中的车载用天线装置10的安装位置>>>
图1是安装有车载用天线装置10的车辆1的前部的侧视图。以下，将安装有车载用天线装置10的车辆的前后方向设为X方向，将与X方向垂直的左右方向设为Y方向，将与X方向和Y方向垂直的铅锤方向设为Z方向。另外，基于车辆的驾驶席，将前侧(前侧)设为+X方向，将右侧设为+Y方向，将车顶方向(上方向)设为+Z方向。以下，在本实施方式中，车载用天线装置10的前后、左右以及上下各自的方向设为与车辆的前后、左右以及上下的方向相同来说明。
车载用天线装置10容纳于车辆1的车顶面板2与车室内的车顶面的车顶衬里3之间的空洞4内。在此，车顶面板2以使车载用天线装置10能够接收电磁波(以下，适当称为“电波”)的方式例如由绝缘性的树脂构成。
容纳于空洞4内的车载用天线装置10通过螺丝等固定于由绝缘性的树脂构成的车顶衬里3。这样地，车载用天线装置10由绝缘性的车顶面板2以及车顶衬里3包围。此外，在本实施方式中，车载用天线装置10虽然固定于车顶衬里3，但例如也可以为固定于车辆框架或树脂制的车顶面板2。
另外，实际的空洞4的空间是有限的，由此难以增大车载用天线装置10的发挥接地功能的地板的面积。因此，对于车载用天线装置，在设有通常的贴片天线的情况下，有时会导致低仰角的增益降低。以下，在本实施方式中，说明如下车载用天线装置10，其包括能够改善低仰角的增益的贴片天线。
<<<车载用天线装置10的概要>>>
图2是车载用天线装置10的分解立体图。车载用天线装置10是包括工作频带不同的多个天线的天线装置，具有基座11、外壳12、天线21～26以及贴片天线30。
基座11是对于天线21～26以及贴片天线30共通的作为接地部来利用的四边形金属板，在空洞4内设置于车顶衬里3上。另外，基座11是向前后左右展开的薄板。
外壳12是箱状的部件，六个面中的下侧的面开口。另外，外壳12由绝缘性的树脂形成，由此电波能够从外壳12穿过。并且，外壳12以使外壳12的开口由基座11封闭的方式安装于基座11。因此，在外壳12的内侧的空间内收容有天线21～26以及贴片天线30。
天线21～26以及贴片天线30在外壳12内搭载于基座11上。贴片天线30配置于基座11的中央附近，天线21～26配置于贴片天线30的周围。具体地，天线21、22分别配置于贴片天线30的前侧以及后侧。另外，天线23、24分别配置于贴片天线30的左侧以及右侧。而且，天线25配置于天线22的左侧且天线23的后侧，天线26配置于天线21的右侧且天线24的前侧。
天线21例如是利用于GNSS(Global Navigation Satellite System：全球导航卫星***)的平面天线，接收来自人工卫星的1.5GHz频带的电波。
天线22例如是利用于V2X(Vehicle-to-everything)***的单极天线，接收并发送5.8GHz频带或5.9GHz频带的电波。此外，天线22虽然设为V2X用的天线，但例如也可以为Wi-Fi和Blubtooth用的天线。
天线23、24为车载信息服务用的天线，例如是利用于LTE(Long Term Evolution：车联网)以及第5代移动通信***的天线。天线23、24接收并发送由LTE规格所规定的从700MHz频带至2.7GHz频带的电波。而且，天线23、24也接收并发送由第5代移动通信***的规格所规定的Sub-6频段，即从3.6GHz频带至不足6GHz的频带的电波。天线23、24也可以为无线通讯用的天线。
天线25、26为车载信息服务用的天线，例如是利用于第5代移动通信***的天线。天线25、26接收并发送由第5代移动通信***的规格所规定的Sub-6频段的电波。天线25、26也可以为无线通讯用的天线。
此外，天线21～26的能够适用的通信规格以及频带不限于上述内容，也可以为其他的通信规格以及频带域。
贴片天线30例如是利用为卫星数字音频广播服务(SDARS：Satellite DigitalAudio Radio Service)的方式的天线。贴片天线30接收2.3GHz频带的左旋圆极化波。此外，SDARS的卫星为静止卫星。因此，尤其是为了在加拿大北部(高纬度地域)的服务区中接收SDARS信号，要求贴片天线30在低仰角中也有良好的增益。
<<<贴片天线30的详细说明>>>
以下，参照图3～图6来详细说明贴片天线30。图3是贴片天线30的立体图，图4是图3的A－A线的贴片天线30的剖视图，图5及图6是贴片天线30的俯视图。
贴片天线30的构成具有形成有导电性的图案31、33(后述)的电路基板32、第1电介质部件34、辐射元件35、第2电介质部件36、以及屏蔽罩50。此外，以下，在本实施方式中，将在Z轴正向上依次层叠的电路基板32、第1电介质部件34以及第2电介质部件36、以及辐射元件3称为“贴片天线30的主体部”。
电路基板32是在背面(Z轴负方向的面)和表面(Z轴正方向的面)上分别形成有导电性的图案31、33的电介质板材，例如由环氧树脂玻璃构成。并且，导电性的图案31包括电路图案31a和接地图案31b。
电路图案31a例如是供来自放大器基板(未图示)的同轴线缆45的信号线45a连接的导电性图案。另外，同轴线缆45的编组45b通过软钎焊(未图示)与接地图案31b电连接。此外，随后说明将电路图案31a与辐射元件35连接的构成。
接地图案31b是用于使贴片天线30的主体部与金属制的基座11电连接的导电性的图案。接地图案31b与设于金属制基座11的四个底座部11a电连接。在此，四个底座部11a分别通过将基座11的一部分弯折加工而形成，使得能够支承贴片天线30的主体部。并且，通过接地图案31b与底座部11a电连接而使接地图案31b与金属制的基座11电连接。此外，在电路基板32的背面，例如安装有用于保护电路图案31a的金属性的屏蔽罩50。
形成于电路基板32的表面的导电性的图案33是作为贴片天线30的地导体板(或地导体膜)以及电路(未图示)的接地部而发挥功能的接地图案。导电性的图案33经由通孔与接地图案31b电连接。另外，接地图案31b经由将电路基板32固定于底座部11a的固定用螺丝以及底座部11a与基座11电连接。因此，导电性的图案33与基座11电连接。
第1电介质部件34是具有与X轴平行的边以及与Y轴平行的边的大致四边形的板状部件。第1电介质部件34的表面以及背面相对于X轴以及Y轴平行，第1电介质部件34的表面朝向Z轴正方向，第1电介质部件34的背面朝向Z轴负方向。并且，第1电介质部件34的背面例如通过双面胶带安装于导电性的图案33。此外，第1电介质部件34由陶瓷等的电介质材料形成。另外，第1电介质部件34具有与Y轴平行的边34a、34c、以及与X轴平行的边34b、34d。
辐射元件35是比第1电介质部件34的表面的面积小的大致四边形的导电性元件，形成于第1电介质部件34的表面。此外，在本实施方式中，辐射元件35的辐射面的法线方向为Z轴正方向。
在此，“大致四边形”是指，例如包括正方形和长方形的由四条边构成的形状，例如也可以为，至少一部分的角相对于边斜着切缺。另外，“大致四边形”的形状中，也可以在边的一部分中设有切入(凹部)和突出(凸部)。即，对于“大致四边形”，只要是辐射元件35能够发送接收希望频带的电波的形状即可。
第2电介质部件36为设在第1电介质部件34的周围的电介质部件。与第1电介质部件34同样地，第2电介质部件36的表面以及背面相对于X轴以及Y轴平行，第2电介质部件36的表面朝向Z轴正方向，第2电介质部件36的背面朝向Z轴负方向。而且，与第1电介质部件34同样地，第2电介质部件36的背面例如利用双面胶带而安装于导电性的图案33。
如图3～图6所示，在本实施方式中，第2电介质部件36形成为包围第1电介质部件34的周围的形状。而且，第2电介质部件36与第1电介质部件34的外缘(在此，边34a～34d)相接。在此，“第1电介质部件34的周围”是指，也包含与第1电介质部件34的外缘分离的范围。因此，在图3～图6中，第2电介质部件36与第1电介质部件34的外缘相接，并且形成为包围第1电介质部件34的周围的形状，但也可以从第1电介质部件34的外缘向外侧分离，并且形成为包围第1电介质部件34的周围的至少一部分的形状。此外，第1电介质部件34的外侧是指，在基座11中，与形成在第1电介质部件34上的辐射元件35的中心点35p分离的方向。而且，第2电介质部件36的外缘的形状为大致四边形。但如后述那样，第2电介质部件36的数量、形状以及设置方面不限于图3～图6示出的情况。
此外，第2电介质部件36由陶瓷等电介质材料形成。第2电介质部件36可以利用与第1电介质部件34相同的电介质材料来形成，也可以利用与第1电介质部件34不同的电介质材料来形成。
贯穿孔41贯穿电路基板32、导电性的图案33、以及第1电介质部件34。在贯穿孔41的内侧设有将电路图案31a与辐射元件35连接的馈电线42。此外，馈电线42在与接地的导电性的图案33电绝缘的状态下将电路图案31a与辐射元件35连接。另外，在本实施方式中，将馈电线42与辐射元件35电连接的点设为馈电点43a。
图5是表示单馈电方式的辐射元件35的馈电点43a的位置的图。在本实施方式中，如图5的实线所示，将馈电点43a设于从辐射元件35的中心点35p向X轴正方向偏移的位置。然而，馈电点43a的位置不限于此，例如，也可以如图5的虚线所示，将馈电点43a设于从辐射元件35的中心点35p向X轴正方向以及Y轴负方向偏移的位置。
此外，“辐射元件35的中心点35p”是指，辐射元件35的外缘的形状中的中心点即几何中心。图5的单馈电方式的辐射元件35例如以能够接收发送希望圆极化波的方式具有纵、横的长度不同的大致长方形状的形状。此外，“大致长方形”是包含于上述的“大致四边形”内的形状。因此，“辐射元件35的中心点35p”成为辐射元件35的对角线相交的点。
此外，图3～5中说明了与辐射元件35连接的馈电线仅为一根馈电线42的构成，但也可以追加与辐射元件35连接的馈电线，设置两根。此外，追加的馈电线与馈电线42同样地，能够经由将第1电介质部件34等贯穿的贯穿孔(未图示)设置，由此在此省略详细的构成说明。
图6是表示双馈电方式的辐射元件35的馈电点43a的位置的图。此外，图6的两个馈电点43a的位置是一例，只要以使辐射元件35能够发送接收希望圆极化波的方式处于恰当位置即可。另外，图6的辐射元件35例如具有以能够发送接收希望圆极化波的方式纵、横的长度相等的大致正方形状的形状。此外，“大致正方形”是包含于上述的“大致四边形”内的形状。
＝＝比较例＝＝
图7是比较例的贴片天线30X的俯视图。贴片天线30X为在贴片天线30中没有设置第2电介质部件36的天线。此外，贴片天线30X除了没有设置第2电介质部件36以外，具有与上述本实施方式的贴片天线30同样的构成。例如，贴片天线30X具有电路基板32、第1电介质部件34、辐射元件35、以及屏蔽罩50而构成。
＝＝关于贴片天线的电场分布＝＝
图8的上侧示出了从侧面观察使用了比较例的贴片天线30X的情况下的电场分布的情形。另外，图8的下侧示出了从侧面观察在使用了本实施方式的贴片天线30的情况下的电场分布的情形。如图8所示，在比较例的贴片天线30X中电场仅向辐射元件35的大致上侧扩散，与之相对地，在本实施方式的贴片天线30中电场扩散到辐射元件35的下侧。由此可知，本实施方式的贴片天线30与比较例的贴片天线30X相比，电波的低仰角的辐射变强。因此，在本实施方式的贴片天线30中，通过将第2电介质部件36设在第1电介质部件34的周围，具有增强电波的低仰角的辐射的这种功能。
<<<关于第2电介质部件的设置条件>>>
像这样，第2电介质部件36以使电波的低仰角的辐射变强的方式发挥功能，辐射元件35接收2.3GHz频带的左旋圆极化波。因此，通过使第2电介质部件36的设置形态、尺寸变化，由辐射元件35接收的电波受到影响。因此，首先，参照图4以及图6说明第2电介质部件36的设置条件。此外，在图6中用箭头A示出辐射元件35接收的左旋圆极化波的旋转的朝向。
＝＝关于第2电介质部件的介电常数＝＝
在本实施方式中，作为第2电介质部件36，使用比第1电介质部件34的介电常数εr1大的介电常数εr2的电介质材料(εr2>εr1)。具体来说，作为第1电介质部件34，介电常数εr1使用7.82的电介质材料，作为第2电介质部件36，介电常数εr2使用20的电介质材料。但如后述那样，作为第2电介质部件36，可以使用第1电介质部件34的介电常数εr1以下的介电常数εr2的电介质材料(εr2≤εr1)。
＝＝关于第2电介质部件的宽度＝＝
如图6所示，第2电介质部件36以包围第1电介质部件34的周围的方式设置。在此，第2电介质部件36的“宽度W”是指在从Z轴正方向观察了辐射元件35的表面的俯视下，与第1电介质部件34的外缘(在此，边34a～边34d)正交的朝向上的第2电介质部件36的大小。换言之，宽度W为和第1电介质部件34的外缘对应的第2电介质部件36的外缘与第1电介质部件34的外缘之间的距离。在本实施方式中，第2电介质部件36的宽度W在整周上相同，但不限于此。例如，与第1电介质部件34的各边相对置的第2电介质部件36的宽度W可以分别不同。另外，可以是与第1电介质部件34的各边相对置的第2电介质部件36的宽度W中的一部分相同。另外，与第1电介质部件34的各边相对置的第2电介质部件36的外缘的各边彼此平行，但不限于此。例如，宽度W可以为阶段性或者逐渐变大的形状或者变小形状。
＝＝针对第2电介质部件的厚度＝＝
“厚度T”例如是指对象的铅垂方向(Z方向)的大小。例如，在图4中，将第2电介质部件36的铅垂方向(Z方向)的大小设为第2电介质部件36的“厚度T”。在本实施方式中，以使第2电介质部件36的厚度T变得与第1电介质部件34的厚度T相同的方式形成有第2电介质部件36。
＝＝仿真条件1＝＝
在此，在辐射元件35的尺寸、第1电介质部件34的介电常数εr1以及尺寸、第2电介质部件36的介电常数εr2以及尺寸、基座11的尺寸、电路基板32的尺寸、馈电方式等、规定的条件(以下称为“仿真条件1”)下，计算出了贴片天线30、以及比较例的贴片天线30X的增益。另外，为了方便，使用省略对增益的影响小的电路图案31a等的模型来进行贴片天线30以及贴片天线30X的仿真。
图9是比较例的贴片天线30X中的仰角与平均增益的关系的图。图10是本实施方式的贴片天线30(εr2＝20)中的仰角与平均增益的关系的图。在这些图中，横轴表示仰角，纵轴表示平均增益。如图9所示，在比较例的贴片天线30X中，仰角20°、25°、30°的平均增益为-1.2dBic、0.1dBic、1.2dBic。与之相对地，如图10所示，在本实施方式的贴片天线30中，仰角20°、25°、30°的平均增益为-0.5dBic、0.6dBic、1.6dBic。因此，本实施方式的贴片天线30与比较例的贴片天线30X相比，20°～30°的低仰角的平均增益更高。
像这样，通过使第2电介质部件36设在第1电介质部件34的周围，提高低仰角中的贴片天线30的增益。其结果为，贴片天线30能够有效地接收低仰角的到来电波。
<<<关于第2电介质部件的设置条件的变更>>>
在此，说明变更了第2电介质部件36的设置条件的情况。此外，也可以使以下说明的条件的2个以上变更并组合应用。
＝＝变更了介电常数εr2的情况＝＝
首先，针对使第2电介质部件36的设置条件中的、介电常数εr2变化的情况下的贴片天线30的特性进行验证。此外，介电常数εr2以外的贴片天线30的各种条件(例如，贴片天线30的主要部分的物理性尺寸、馈电方式、第1电介质部件34的介电常数εr1)等与上述仿真条件1相同。
在此，图11～14示出变化为使用了介电常数εr2为30的第2电介质部件36的情况(εr2>εr1)、使用了介电常数εr2为40的第2电介质部件36的情况(εr2>εr1)、使用了介电常数εr2为2的第2电介质部件36的情况(εr2<εr1)、使用了介电常数εr2为7.82的第2电介质部件36的情况(εr2＝εr1)的结果。图11是贴片天线30(εr2＝30)中的仰角与平均增益的关系的图。图12是贴片天线30(εr2＝40)中的仰角与平均增益的关系的图。图13是贴片天线30(εr2＝2)中的仰角与平均增益的关系的图。图14是贴片天线30(εr2＝7.82)中的仰角与平均增益的关系的图。在这些图中，横轴表示仰角，纵轴表示平均增益。另外，用实线表示变更为这些介电常数εr2的情况下的结果，用点划线表示使用了仿真条件1(介电常数εr2＝20)的第2电介质部件36的情况下的结果(图10)，用虚线表示比较例的贴片天线30X的结果(图9)来进行比较。
使用了介电常数εr2为30的第2电介质部件36的贴片天线30与使用了介电常数εr2为20的第2电介质部件36的情况同样地，与比较例的贴片天线30X相比20°～30°的低仰角的平均增益更高。如图11所示，在使用了介电常数εr2为30的第2电介质部件36的贴片天线30中，仰角20°、25°、30°的平均增益为-0.4dBic，0.8dBic，1.7dBic。而且，如图12所示，在使用了介电常数εr2为40的第2电介质部件36的贴片天线30中，仰角20°、25°、30°的平均增益为0.0dBic，1.1dBic，2.0dBic。因此，使用了介电常数εr2为30的第2电介质部件36以及介电常数εr2为40的第2电介质部件36的贴片天线30与使用了介电常数εr2为20的第2电介质部件36的情况相比，20°～30°的低仰角的平均增益的提高效果变高。
此外，如上述那样，对第2电介质部件36的介电常数εr2比第1电介质部件34的介电常数εr1大的情况(εr2>εr1)进行了验证，但如图13以及图14所示，即使在第2电介质部件36的介电常数εr2为第1电介质部件34的介电常数εr1以下的情况(εr2≤εr1)，与比较例的贴片天线30X相比，20°～30°的低仰角的平均增益也更高。但与第2电介质部件36的介电常数εr2为第1电介质部件34的介电常数εr1以下的情况相比，在第2电介质部件36的介电常数εr2比第1电介质部件34的介电常数εr1大的情况下，低仰角中的平均增益的提高效果更高。另外，如图10～图14明确示出那样，越是增大第2电介质部件36的介电常数εr2，则低仰角中的平均增益的提高效果变得越高。
因此，为了使第2电介质部件36有助于提高低仰角中的增益，优选将第2电介质部件36的介电常数εr2设为比第1电介质部件34的介电常数εr1大。在该情况下，优选将第2电介质部件36的介电常数εr2设为30以上，更优选设为35以上。另外，进一步优选将第2电介质部件36的介电常数εr2设为40以上。
＝＝变更了第2电介质部件的厚度T的情况＝＝
在仿真条件1的贴片天线30中，第1电介质部件34的厚度T为6mm，第2电介质部件36的厚度T也为6mm。即，第1电介质部件34的厚度T与第2电介质部件36的厚度T相同。然而，也可以变更第2电介质部件36的厚度T。
在此，作为与第1电介质部件34的厚度T相比使第2电介质部件36的厚度T更小的情况，图15、16分别示出使第2电介质部件36的厚度T变化为5mm、3mm的结果。另外，作为与第1电介质部件34的厚度T相比使第2电介质部件36的厚度T更大的情况，图17、18分别示出使第2电介质部件36的厚度T变化为7mm、8mm的结果。此外，图15～18示出了使用了介电常数εr2为40的第2电介质部件36的情况下的验证结果。因此，在图15～18中，用实线表示这些结果，用点划线表示使用了厚度T为6mm、介电常数εr2为40的第2电介质部件36的情况下的结果(图12)，用虚线表示比较例的贴片天线30X的结果(图9)来进行比较。
与第2电介质部件36的厚度T被设定为6mm的贴片天线30同样地，第2电介质部件36的厚度T被设定为5mm或者3mm的贴片天线30(图15、16)与贴片天线30X(图9)相比，20°～30°的低仰角中的平均增益变高。因此，可知在与第1电介质部件34的厚度T相比第2电介质部件36的厚度T更小的情况下，相较于贴片天线30X，20°～30°的低仰角的平均增益也变得更高。
另外，与第2电介质部件36的厚度T被设定为6mm的贴片天线30同样地，第2电介质部件36的厚度T被设定为7mm或者8mm的贴片天线30(图17、18)与贴片天线30X(图9)相比，20°～30°的低仰角中的平均增益更高。因此，可知在与第1电介质部件34的厚度T相比第2电介质部件36的厚度T更大的情况下，相较于贴片天线30X，20°～30°的低仰角的平均增益也变得更高。然而，与第2电介质部件36的厚度T被设定为6mm的贴片天线30(图12)相比，则看不到20°～30°的低仰角中的平均增益有很大的改善。而且，每增加第2电介质部件36的厚度T，电介质部件自身的制造成本就会变高，并且不易实现天线装置以及贴片天线的小型化。
因此，为了抑制制造成本、将天线装置以及贴片天线小型化、并且使低仰角中的增益进一步提高，第2电介质部件36的厚度T优选与第1电介质部件34的厚度T大致相同或者比后者小。
＝＝在第1电介质部件34的周围设置多个第2电介质部件36的情况＝＝
以上，针对形成为由一体的第2电介质部件36包围第1电介质部件34的形状的贴片天线30进行了验证，但不限于此。也可以在第1电介质部件34的周围设置多个第2电介质部件。
图19是贴片天线30A的俯视图。如图19所示，在贴片天线30A中，4个第2电介质部件37～40分别设在第1电介质部件34的周围。通过使第2电介质部件37～40的设置方面、尺寸变化，由辐射元件35接收的电波受到影响。于是，参照图19说明第2电介质部件37～40的设置条件。
＝＝关于第2电介质部件的宽度W＝＝
第2电介质部件37～40中的、例如第2电介质部件39的“宽度W”与图6示出的贴片天线30同样地，设为在从Z轴正方向观察辐射元件35的表面的俯视下与第1电介质部件34的外缘(在此，边34c)正交的朝向上的第2电介质部件36的大小。换言之，宽度W为和第1电介质部件34的外缘对应的第2电介质部件36的外缘与第1电介质部件34的外缘之间的距离。针对第2电介质部件39以外的第2电介质部件的“宽度W”也同样的定义。在本实施方式中，第2电介质部件37～40各自的宽度W全部相同，但不限于此。例如，与第1电介质部件34的各边相对置的第2电介质部件37～40的宽度W可以分别不同。另外，也可以是与第1电介质部件34的各边相对置的第2电介质部件37～40的宽度W中的一部分相同。另外，与第1电介质部件34的各边相对置的第2电介质部件36的外缘的各边彼此平行，但不限于此。例如，可以为宽度W为阶段性或者逐渐变大的形状、或者为变小的形状。
＝＝关于第2电介质部件的长度D＝＝
第2电介质部件37～40中的、例如，第2电介质部件38的“长度D”为在从Z轴正方向观察辐射元件35的表面的俯视下与第1电介质部件34的外缘(在此，边34b)平行的朝向上的第2电介质部件36的大小。换言之，长度D为从第1电介质部件34的外缘的一端部到直线距离最近的端部为止的距离。针对第2电介质部件38以外的第2电介质部件的“长度D”也同样的定义。在本实施方式中，第2电介质部件37～40各自的长度D全部相同，但不限于此。例如，与第1电介质部件34的各边相对置的第2电介质部件37～40的长度D可以分别不同。另外，也可以是与第1电介质部件34的各边相对置的第2电介质部件37～40的长度D中的一部分相同。另外，第2电介质部件37～40的形状为大致四边形的形状，但不限于此。例如，第2电介质部件37～40的形状可以为正方形、平行四边形、梯形等的四边形的形状，也可以为三角形状。
＝＝关于与第1电介质部件34的间隙G＝＝
如图32所示，第2电介质部件37～40中的、例如，第2电介质部件37与第1电介质部件34的“间隙G”为在从Z轴正方向观察辐射元件35的表面的俯视下第2电介质部件37的最靠第1电介质部件34侧的边和与第2电介质部件37相对置的第1电介质部件34的外缘(在此，边34a)之间的距离。针对第2电介质部件37以外的第2电介质部件的“间隙G”也为同样的定义。如图19所示，第2电介质部件37～40与第1电介质部件34的外缘(在此，边34a～34d)相接。因此，第2电介质部件37～40与第1电介质部件34的间隙G全部为0mm。
＝＝关于第2电介质部件的位置以及偏移量OS＝＝
如图34所示，针对第2电介质部件38、40的每一个，将从X轴方向上的第1电介质部件34的边34b(或者、边34d)的中点的位置沿X轴方向偏移的距离设为X轴方向的偏移量OS。另外，针对第2电介质部件37、39的每一个，将从Y轴方向上的第1电介质部件34的边34a(或者、边34c)的中点的位置沿着Y轴方向偏移的距离设为Y轴方向的偏移量OS。
在图19的例子中，X轴方向上的第2电介质部件38、40的中点的X轴方向的偏移量OS为0mm。也就是说，X轴方向上的第2电介质部件38、40的中点的位置与X轴方向上的第1电介质部件34的边34b(或者、边34d)的中点的位置对齐。
另外，在图19的例子中，Y轴方向上的第2电介质部件37、39的中点的Y轴方向的偏移量OS为0mm。也就是说，Y轴方向上的第2电介质部件37、39的中点的位置与Y轴方向上的第1电介质部件34的边34a(或者边34c)的中点的位置对齐。
＝＝关于第2电介质部件的配置＝＝
此外，第2电介质部件37～40的每一个相对于第1电介质部件34的外缘平行设置。具体来说，第2电介质部件37相对于第1电介质部件34的边34a平行设置，第2电介质部件38相对于第1电介质部件34的边34b平行设置，第2电介质部件39相对于第1电介质部件34的边34c平行设置，第2电介质部件40相对于第1电介质部件34的边34d平行设置。在此，第2电介质部件37～40中的、例如第2电介质部件40相对于第1电介质部件34的边34d“平行”是指，第2电介质部件40的最靠第1电介质部件34侧的边、和与第2电介质部件40相对置的第1电介质部件34的外缘(在此，边34d)平行。针对第2电介质部件40以外的、第2电介质部件与第1电介质部件34的外缘的平行的定义也相同。另外，第2电介质部件37～40的形状为大致四边形的形状，但不限于此。例如，第2电介质部件37～40的形状可以为正方形、平行四边形、梯形等的四边形的形状，也可以为三角形状。
＝＝仿真条件2＝＝
以下，在第2电介质部件37～40的每一个的宽度W、长度D、间隙G以及偏移量OS等规定的条件(以下称为“仿真条件2”)下，计算了贴片天线30A、以及比较例的贴片天线30X的增益。此外，仿真条件2以外的贴片天线30A的各种条件等与上述贴片天线30的仿真条件1相同。
图20是贴片天线30A中的仰角与平均增益的关系的图。在该图中，横轴表示仰角，纵轴表示平均增益。在图20中，用实线表示该结果，用点划线表示形成为由一体的第2电介质部件36包围第1电介质部件34的形状的贴片天线30的结果(图12)，用虚线表示比较例的贴片天线30X的结果(图9)来进行比较。
与贴片天线30同样地，贴片天线30A也与贴片天线30X相比，20°～30°的低仰角中的平均增益更高。因此，可知在设有四个第2电介质部件37～40、且第2电介质部件37～40的每一个相对于第1电介质部件34的外缘平行设置情况下，与贴片天线30X相比，20°～30°的低仰角中的平均增益也变得更高。其结果为，贴片天线30A也能够有效地接收低仰角的到来电波。
<<<针对第2电介质部件的设置条件的变更>>>
在此，说明变更了第2电介质部件37～40的设置条件的情况。此外，也可以使以下说明的条件变更2个以上并组合应用。
＝＝变更了第2电介质部件的数量的情况＝＝
在上述的贴片天线30A中，4个第2电介质部件37～40分别设在第1电介质部件34的周围。然而，也可以变更设于第1电介质部件34的周围的第2电介质部件的数量。
图21是贴片天线30B的俯视图。贴片天线30B为从图19示出的贴片天线30A除去第2电介质部件37、39而仅设置了两个第2电介质部件38、40的天线。在贴片天线30B中，第2电介质部件38、40的每一个相对于第1电介质部件34的外缘(在此，边34b或者边34d)平行设置。
图22是贴片天线30B中的仰角与平均增益的关系的图。在该图中，横轴表示仰角，纵轴表示平均增益。在图22中，用实线表示该结果，用点划线表示上述贴片天线30A的结果(图20)，用虚线表示比较例的贴片天线30X的结果(图9)来进行比较。
与贴片天线30A同样地，针对贴片天线30B，与贴片天线30X相比20°～30°的低仰角中的平均增益更高。因此，不限于设有四个第2电介质部件37～40的情况，可知即使在两个第2电介质部件38、40相对于第1电介质部件34的外缘平行设置的情况下，也与贴片天线30X相比20°～30°的低仰角中的平均增益变高。其结果为，贴片天线30B也能够有效地接收低仰角的到来电波。
此外，两个第2电介质部件的配置位置不限于图21示出的情况。例如，两个第2电介质部件37、39可以分别相对于边34a或者边34c平行设置。或者两个第2电介质部件37、38也可以相对于相邻的边34a，34b平行设置。另外，以使20°～30°的低仰角中的平均增益变高的方式，上述以外的多个第2电介质部件37～40也可以设于第1电介质部件34的周围。另外，第2电介质部件37～40的形状为大致四边形的形状，但不限于此。例如，第2电介质部件37～40的形状可以为正方形、平行四边形、梯形等的四边形的形状，也可以为三角形状。
此外，上述贴片天线30、30A、30B是接收左旋圆极化波的天线，但也可以为，接收线极化波的天线。在这样的情况下，采用单馈电方式，馈电点41a从辐射元件35的中心点向X轴正方向偏移。并且，主极化面是由将辐射元件35的中心点与馈电点连结的直线以及辐射元件35的法线规定义的平面。因此，主极化面相对于XZ平面平行。另外，副主极化面是相对于主极化面正交且从辐射元件35的中心点通过的平面。因此，副主极化面相对于YZ平面平行。
贴片天线30B也可以接收上述的线极化波。在该情况下，第2电介质部件38、40在将辐射元件35的馈电点43a与辐射元件35的形状中的中心点35P连结的直线方向上，隔着辐射元件35设在彼此相对置的位置。另外，在贴片天线30B接收线极化波的情况下，主极化面为XZ平面，第2电介质部件38、40与主极化面交叉。在此，省略详细的计算结果，但即使在这种情况下，也与图22同样地能够提高低仰角的增益。
以上，针对在第1电介质部件34的周围设置多个第2电介质部件36的情况进行了验证，但不限于此。也可以在第1电介质部件34的周围的一部分设置一体的第2电介质部件。
图23是贴片天线30C的俯视图。贴片天线30C为从图19示出的贴片天线30A除去第2电介质部件37、39，40而仅设置一体的第2电介质部件38的天线。在贴片天线30C中，第2电介质部件38相对于第1电介质部件34的外缘(在此，边34b)平行设置。
图24是贴片天线30C中的仰角与平均增益的关系的图。在该图中，横轴表示仰角，纵轴表示平均增益。在图24中，用实线表示其结果，用点划线表示贴片天线30A的结果(图20)，用虚线表示比较例的贴片天线30X的结果(图9)来进行比较。
与贴片天线30A同样地，贴片天线30C与贴片天线30X相比，20°～30°的低仰角中的平均增益更高。因此，不限于设有多个第2电介质部件37～40的情况，可知在一体的第2电介质部件38相对于第1电介质部件34的外缘平行设置的情况下，与贴片天线30X相比，20°～30°的低仰角的平均增益也变得更高。
此外，一体的第2电介质部件的配置位置不限于图23示出的情况。例如，一体的第2电介质部件37也可以相对于边34a平行设置。另外，第2电介质部件37～40的形状为大致四边形的形状，但不限于此。例如，第2电介质部件37～40的形状可以为正方形、平行四边形、梯形等的四边形的形状，也可以为三角形状。
＝＝变更了第2电介质部件的宽度W的情况＝＝
在此，图25～28示出从贴片天线30A的仿真条件2使宽度W变化为1mm、4mm、8mm、10mm的结果。图25～28是示出仰角与平均增益的关系的图。在这些图中，横轴表示仰角，纵轴表示平均增益。在图25～28中，用实线表示这些结果，用点划线表示4个第2电介质部件37～40设于第1电介质部件34的周围的贴片天线30A的结果(图20)，用虚线表示贴片天线30X的结果(图9)来进行比较。
与贴片天线30以及贴片天线30A同样地，在使宽度W变化的情况下，与贴片天线30X相比，20°～30°的低仰角中的平均增益也变得更高。因此，可知不限于将第2电介质部件37～40的每一个的宽度W设为6mm的情况，与贴片天线30X相比，20°～30°的低仰角中的平均增益变得更高。
＝＝使第2电介质部件的长度D变更的情况＝＝
在此，图29～31示出在贴片天线30A的仿真条件2的基础上使长度D变化为15mm、10mm、5mm的结果。图29～31是表示仰角与平均增益的关系的图。在这些图中，横轴表示仰角，纵轴表示平均增益。在图29～31中，用实线表示这些结果，用点划线表示4个第2电介质部件37～40设在第1电介质部件34的周围的贴片天线30A的结果(图20)，用虚线表示贴片天线30X的结果(图9)来进行比较。
与贴片天线30以及贴片天线30A同样地，在使长度D变化的情况下，与贴片天线30X相比，20°～30°的低仰角中的平均增益也变得更高。因此，可知不限于将第2电介质部件37～40的每一个的长度D设为28mm的情况，与贴片天线30X相比，20°～30°的低仰角中的平均增益变得更高。
＝＝变更了间隙G的情况＝＝
以上，第2电介质部件37～40与第1电介质部件34的外缘相接。然而，也可以将第2电介质部件37～40从第1电介质部件34的外缘向外侧分开设置。
图32是贴片天线30D的俯视图。在贴片天线30D中，设有四个第2电介质部件37～40，第2电介质部件37～40的每一个相对于第1电介质部件34的外缘(在此，边34a～边34d)平行设置。而且，第2电介质部件37～40从第1电介质部件34的外缘向外侧分开设置。在此，与第1电介质部件34的间隙G为0.5mm。
图33是贴片天线30D中的仰角与平均增益的关系的图。在该图中，横轴表示仰角，纵轴表示平均增益。在图33中，用实线表示其结果，用点划线表示贴片天线30A的结果(图20)，用虚线表示贴片天线30X的结果(图9)来进行比较。
与贴片天线30A同样地，贴片天线30D与贴片天线30X相比，20°～30°的低仰角中的平均增益也变得更高。因此，可知在设有间隙G的情况下，与贴片天线30X相比，20°～30°的低仰角中的平均增益也变得更高。
此外，以上在四个第2电介质部件37～40设于第1电介质部件34的周围的贴片天线30A中，对变更了间隙G的情况进行了验证，但不限于此。针对形成为由一体的第2电介质部件36包围第1电介质部件34的形状的贴片天线30(图6)，针对变更了间隙G的情况也省略详细的计算结果，但与图33同样地，能够提高低仰角的增益。另外，第2电介质部件37～40也可以配置为相对于第1电介质部件34的外缘具有角度。第2电介质部件37～40中的至少一个也可以配置为相对于第1电介质部件34的外缘具有角度。而且，第2电介质部件37～40的形状可以为正方形、平行四边形、梯形等的四边形的形状，也可以为三角形状。
＝＝变更了偏移量OS的情况＝＝
如图19所示，在贴片天线30A中，X轴方向的偏移量OS、以及Y轴方向的偏移量OS均为0mm，但也可以使这些变更。
例如，图34是变更了偏移量OS的贴片天线30E的一例的俯视图。在此，X轴方向上的第2电介质部件38、40的中点的位置从X轴方向上的第1电介质部件34的边34b、34d的中点的位置向左旋圆极化波的旋转的朝向偏移。另外，Y轴方向上的第2电介质部件37、39的中点的位置从Y轴方向上的第1电介质部件34的边34a、34c的中点的位置向左旋圆极化波的旋转的朝向偏移。图35是表示将长度D设为15mm、将X轴方向以及Y轴方向的偏移量设为6.5mm的情况下的仰角与平均增益的关系的图。在该图中，横轴表示仰角，纵轴表示平均增益。在图35中，用实线表示其结果，用点划线表示没有偏移的贴片天线30A(D＝15)的结果(图29)，用虚线表示贴片天线30X的结果(图9)来进行比较。
从图35明确得出那样，贴片天线30E与没有偏移的贴片天线30A同样地，与贴片天线30X相比能够增加低仰角的增益。
此外，X轴方向上的第2电介质部件38、40的中点的位置也可以从X轴方向上的第1电介质部件34的边34b、34d的中点的位置向左旋圆极化波的旋转的朝向的相反朝向偏移。另外，Y轴方向上的第2电介质部件37、39的中点的位置也可以从Y轴方向上的第1电介质部件34的边34a、34c的中点的位置相对于左旋圆极化波的旋转的朝向的相反朝向偏移。在此，省略详细的计算结果，但在这种情况下，也与图35同样地，能够提高低仰角的增益。另外，第2电介质部件37～40的形状可以为正方形、平行四边形、梯形等的四边形的形状，也可以为三角形状。
此外，例如，如贴片天线30E那样，在设定了偏移量OS的情况下也能够提高低仰角的增益，但有时第2电介质部件37～40会突出到第1电介质部件34的边34a～34d的每一个的范围的外侧。因此，在这种构成中，贴片天线30E的尺寸会变大。因此，优选设定使第2电介质部件37～40的每一个收敛在边34a～34d的范围内的偏移量OS。像这样，通过设定偏移量OS，能够减少贴片天线的空间。
＝关于辐射元件的形状＝＝
在贴片天线30中，辐射元件35以及第1电介质部件34为“大致四边形”，但不限于此，例如也可以为圆形、椭圆形、大致四边形以外的多边形。并且，辐射元件35或者第1电介质部件34在例如为圆形的情况下，第2电介质部件36可以沿着辐射元件35或者第1电介质部件34的外缘具有弧状的形状。即使使用这样的辐射元件や第2电介质部件，也能够改善低仰角的增益。
本实施方式的贴片天线30虽然为设于车载用天线装置10的天线，但并不限于此。例如，贴片天线30也可以设在通常的鲨鱼鳍天线的外壳中。另外，贴片天线30也可以设在安装于仪表盘的天线装置内。在这样的情况，贴片天线30可以直接设于相当于基座11的金属板等。
<<<<总结>>>>
以上，说明了本实施方式的贴片天线30。例如，如图3、图5、图6、图19、图21、图23、图32、图34所示，在贴片天线30A～30E中，至少一个的第2电介质部件36～40设在第1电介质部件34的周围，也就是说，设在第1电介质部件34的外缘的外侧。因此，通过使用这样的贴片天线30A～30E，能够提高低仰角中的增益。另外，通过这样构成，即使在接地的面积小的情况下，也能够提高低仰角中的增益，且不会妨碍天线装置以及贴片天线的小型化。
另外，第2电介质部件36的介电常数εr2也可以为第1电介质部件34的介电常数εr1以下(εr2≤εr1)，但第2电介质部件36的介电常数εr2期望比第1电介质部件34的介电常数εr1大(εr2>εr1)。通过设置这种介电常数εr2的第2电介质部件36，能够可靠地提高低仰角中的增益。
另外，第2电介质部件36的介电常数εr2期望为30以上(εr2≥30)。通过设置这种介电常数εr2的第2电介质部件36，能够进一步提高低仰角中的增益。
另外，第2电介质部件36的厚度T期望与第1电介质部件34的厚度T大致相同或者前者比后者小。通过设置这种厚度T的第2电介质部件36，能够抑制制造成本并且将天线装置以及贴片天线小型化。
另外，像这样，贴片天线30A～30E在辐射元件35接收圆极化波的情况下，也能够提高低仰角的增益。
另外，在如上述那样辐射元件35接收圆极化波的情况下，例如，如图3、图5、图6所示，在贴片天线30中，形成为包围第1电介质部件34的形状。像这样，在辐射元件35接收圆极化波的情况下，也能够提高低仰角的增益。
另外，在如上述那样辐射元件35接收圆极化波的情况下，不仅贴片天线30形成为包围第1电介质部件34的形状，例如，如图19示出的贴片天线30A那样，设有多个第2电介质部件37～40，多个第2电介质部件37～40的每一个也可以相对于第1电介质部件34的外缘平行设置。像这样，在辐射元件35接收圆极化波的情况下，也能够提高低仰角的增益。
另外，贴片天线30在不仅接收圆极化波还接收线极化波的情况下也能够提高低仰角的增益。例如，如图21所示，贴片天线30B沿着辐射元件35的主极化面，在并且隔着辐射元件35彼此相对置的位置配置有多个第2电介质部件38、40。通过在这种位置配置第2电介质部件38、40，能够提高低仰角的增益。
另外，例如，像图3、图5、图6、图19、图21、图23、图34示出的贴片天线30、30A、30B、30C、30E的第2电介质部件36～40那样，与第1电介质部件34的外缘相接。通过这种贴片天线30、30A、30B、30C、30E，能够提高低仰角中的增益。
本实施方式中，“车载”是指能够置于车辆的意思，由此不限于安装于车辆，也包括被带入车辆、在车辆内使用等。另外，本实施方式的天线装置用于带车轮的乘载物即“车辆”，但并不限于此，例如也可以用于无人机等飞行器、探查器、不具有车轮的工程机械、农业机械、船舶等移动体。
上述实施方式是为了容易理解本发明而举出的，并非用于限定解释本发明。另外，本发明能够在不脱离其主旨的范围内进行变更和改良，并且本发明中当然也包含其等价物。
附图标记说明
1车辆
2车顶面板
3车顶衬里
4空洞
10车载用天线装置
11基座
11a台座部
12外壳
21～26天线
30，30A～30E贴片天线
31，33图案
31a电路图案
31b接地图案
32电路基板
34第1电介质部件
34a～34d边
35辐射元件
35p中心点
36～40第2电介质部件
41贯穿孔
4双馈电线
43a馈电点
45同轴线缆
45a信号线
45b编组
50屏蔽罩

Claims (9)

1.一种贴片天线，其特征在于，具备：
辐射元件；
设有所述辐射元件的第1电介质部件；以及
设在所述第1电介质部件的周围的至少一个的第2电介质部件。
2.根据权利要求1所述的贴片天线，其特征在于，
所述第2电介质部件的介电常数比所述第1电介质部件的介电常数大。
3.根据权利要求2所述的贴片天线，其特征在于，
所述第2电介质部件的介电常数为30以上。
4.根据权利要求1～3中任一项所述的贴片天线，其特征在于，
所述第2电介质部件的厚度与所述第1电介质部件的厚度大致相同，或者所述第2电介质部件的厚度比所述第1电介质部件的厚度小。
5.根据权利要求1～4中任一项所述的贴片天线，其特征在于，
所述辐射元件为接收圆极化波的电磁波的元件。
6.根据权利要求5所述的贴片天线，其特征在于，
所述第2电介质部件形成为包围所述第1电介质部件的形状。
7.根据权利要求5所述的贴片天线，其特征在于，
所述第2电介质部件设有多个，
多个所述所述第2电介质部件的每一个相对于所述第1电介质部件的外缘平行设置。
8.根据权利要求1～4中任一项所述的贴片天线，其特征在于，
所述辐射元件为接收线极化波的电磁波的元件，
所述第2电介质部件设有多个，
多个所述所述第2电介质部件的每一个在将所述辐射元件的馈电点与所述辐射元件的形状中的中心点连结的直线方向上，设在隔着所述辐射元件彼此相对置的位置。
9.根据权利要求1～8中任一项所述的贴片天线，其特征在于，
所述第2电介质部件与所述第1电介质部件的外缘相接。
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