CN1396716A - 圆偏振波天线装置及使用它的无线电装置 - Google Patents

Abstract

本发明揭示一种圆偏振波天线装置及使用它的无线电装置，在基体11上设置放射电极18及接地电极22的同时，在放射电极18上设置激励起衰减分离模式的2个共振电流的衰减分离装置25，26，27，28。此外，放射电极18由形成于基体11的正面12上的主放射电极19与形成于基体11的侧面14，15上的副放射电极20，21构成；扩大放射电极18的面积；降低主放射电极19上的导体损失；提高天线增益。随着圆偏振波天线装置的小型化，放射电极上的导体损失增大，天线的增益下降。

Description

圆偏振波天线装置及使用它的无线电装置

技术领域

本发明涉及圆偏振波天线装置及安装有这个圆偏振波天线装置的无线电装置。

背景技术

近年来，在汽车、船舶等移动体上的GPS(Global Positioning system)和DAB(Digital Audio Broadcast)等使用圆偏振波的无线电装置中，都安装有例如日本专利特许公开2000-183637号公报中所记载的那种小型圆偏振波天线装置。

这一天线装置，如图10所示，在长方体的基体1的正面2设置有形成衰减分离单元3的矩形的放射电极4，在基体1的反面5设置有接地电极(未画出)。此外，在基体1的侧面6设置有从反面5侧向正面2侧延伸的条形的供电电极7。在这个供电电极7的两侧配设有与接地电极连接的宽度的容量装荷电极8，通过这样的构成实现天线装置的小型化。

在这一天线装置中，放射电极4的各端缘的长度被设定在实效波长λ的二分之一(λ/2)，此外，在构成上，供电电极7的头部绕进正面2，隔着间隙与放射电极4的端缘的中央部对向，与放射电极4容量结合。另外，设置在供电电极7的衰减分离单元3，例如切去放射电极4的一方的对角线方向的角部，使在2根对角线方向的电气长产生差异。

通过这一构成，如向供电电极7提供信号功率，在与放射电极4垂直的对角线方向上会激励起带90度相位差的2个共振电流。以这2个共振电流作为激励源，就有空间上垂直并频率不同的2个电磁波向供电电极7的法线方向发射出来。

然而，在上述天线装置中，为实现小型化在利用容量装荷电极8增大装荷容量的同时在构成上要减小形成在正面2的放射电极4的面积，这一结果必然会使放射电极4上激励起的2个共振电流流过小面积的放射电极4，这样，即使想增大供向供电电极7的信号功率使发射出的电磁波的电场强度增强，也会带来放射电极4上的导体损失增大、天线增益下降的问题。

发明内容

本发明就是为了解决上述课题，其目的在于提供高天线增益的小型圆偏振波天线装置以及使用这种圆偏振波天线装置的无线电装置。

为达到上述目的，本发明以下面展示的结构作为解决课题的装置，

本发明第1发明的圆偏振波天线装置，包括

具有正反两面及侧面的感应体或磁性体的基体，

形成在该基体上的放射电极，

形成在基体的反面上的接地电极，

向放射电极提供激励功率的供电装置，以及

在放射电极上激励起衰减分离模式的2个共振电流的衰减分离装置；

放射电极由主放射电极及副放射电极组成，在把主放射电极设置在基体正面的同时将副放射电极做得与主放射电极基本上等宽并与主放射电极连续地设置在基体的侧面。

按照这一发明，放射电极的伸长形成盖过正面范围一直到达侧面，它与只在正面形成放射电极的场合相比，至少副放射电极的面积使放射电极的面积增大了，因此，放射电极上激励起的2个共振电流流过的路径变长，主放射电极上的导体损失可抑制降低，此外，由于放射电极的面积做得大，基体可以做小，使天线装置的小型化成为可能。

还有，通过衰减分离装置，在包含副放射电极的放射电极的2个对角线方向上的电气长形成差异，使得以供电装置向放射电极提供信号功率时能够在放射电极的对角线方向上激励起2个共振电流。此外，放射电极的各端缘，不管基体侧面是否设置副放射电极，基本上就是发射的电磁波的实效波长λ的1/2长度。这里，2个共振电流相互之间有90度相位差，而且基本上互成正交。

对于本发明第2发明的圆偏振波天线装置，是在上述发明中，

基体构成为具有正反两面和4个侧面的长方体，同时分别将放射电极的主放射电极设置在基体的正面上，将放射电极的副放射电极设置在基体对向的2个侧面。

在这一发明中，放射电极绵延在正面及2个侧面上形成，把2个侧面上形成的副放射电极的面积加在正面范围内形成的主放射电极一起，放射电极的面积就大了，这样一来，从一方侧面的角部通向另一方侧面对角的电流路径变长，使成为主放射面的主放射电极上的导体损失降低。此外，即使把副放射电极设置在基体的2个侧面上，由于在基体剩余的侧面不设置副放射电极，所以也不会对发射的电磁波的电场强度造成影响。

对于本发明第3发明的圆偏振波天线装置，是在上述任何一种发明中，

衰减分离装置是在设置副放射电极的基体的侧面，将一端连接到接地电极上，并将长度不同的2根容量装荷电极向副放射电极的角部延伸。

按照这一构成，各容量装荷电极与副放射电极之间的间隙是各不相同的；在利用供电装置向放射电极提供信号功率时，副放射电极与各容量装荷电极通过容量值不等的装荷容量结合；在放射电极上激励起衰减分离模式的2个共振电流，还有，在形成副放射电极的对向的2个侧面上设置容量装荷电极时，放射电极的同一对角线方向的容量装荷电极以相同的长度形成，使成为确实的衰减分离模式。

还有，由于设置容量装荷电极的基体侧面上的装荷容量形成共振电流在放射电极的对角线方向上流动的电流路径，使共振电流能够流经主放射电极及副放射电极；换言之，流过放射电极的共振电流的路径变长，使主放射电极上的导体损失变小。

对于本发明第4发明的圆偏振波天线装置，是在上述任何一种发明中，

衰减分离装置是在放射电极的2个对角线方向内，将在一方对角线方向的副放射电极的角部切去。

按这样的构成，衰减分离装置的形成只限于形成在基体侧面的副放射电极，所以可通过维持作为发射电磁波的主放射面的主放射电极的面积不变，在放射电极上可激励起频率不同的2个共振电流。此外，在该构成中，与上述一样，共振电流流经主放射电极和副放射电极，使降低主放射电极上的导体损失成为可能。

对于本发明第5发明的圆偏振波天线装置，是在上述任何一种发明中，

在设置副放射电极的方向上延伸的放射电极的主放射电极的两侧边缘处设置缺口部。

由于采用这一构成，使得设置属于放射电极的副放射电极方向上的电气长得到加长；换言之，通过设定缺口部的深度和数量使放射电极的对角线方向上的电气长变化；因此，缺口部做得适当，就可以方便地调整衰减分离的2个共振电流的共振频率，同时使调整衰减分离模式的2个共振电流的角度成为可能。

还有，由于缺口部导致放射电极对角线方向上的电气长增加，可通过考虑这一电气长来减小形成于副放射电极与各容量装荷电极间的装荷容量。换言之，在印制成副放射电极和容量装荷电极时，印刷偏差的容许范围扩大，可使制造圆偏振波天线装置时的成品率提高。

对于本发明第6发明的圆偏振波天线装置，是在上述第1至第4发明中，

在主放射电极上设置有沿放射电极一方的对角线方向的缝隙。

按这样的构成，电场强度的2个对角线方向上的电气长，比之缝隙延伸的对角线方向上的电气长，与缝隙正交的对角线方向上的电气长更长。另外，与缝隙正交的方向的电气长可通过改变缝隙长度来调整，从而可以调整2个共振电流的频率差。还有，利用缝隙与容量装荷电极的相乘作用，可确保放射电极上的衰减分离，因而这一构成可以与上述第5种发明同样地减小装荷容量。

对于本发明第7发明的圆偏振波天线装置，是在上述任何一种发明中，

供电装置是从基体的反面侧向副放射电极的端缘伸长、形成于基体侧面的条形的供电电极。

这种供电电极，把其伸张端与副放射电极的端缘作容量结合的方式，或者把其伸张端与副放射电极的端缘作直接连接的方式哪一种都好，都可简单地构成；另外，供电电极可以与副放射电极及容量装荷电极同时印制，从而可缩短圆偏振波天线装置的制造工艺，还有，供电电极形成于基体的自身，所以可运用表面安装技术把圆偏振波天线装置安装在无线电装置的电路基板上。

对于本发明第8发明的圆偏振波天线装置，是在上述第1到第6发明中，

供电装置是从反面贯通基体并与接地电极绝缘的供电线。

按这一构成，对放射电极的供电在供电线的阻抗匹配供电点上直接进行，所以不需要阻抗匹配电路，供电电路的构成也简单。

本发明第9发明的无线电装置，

包括形成无线电频率的接收电路或收发电路的电路基板，在该电路基板上安装有如上述所有发明中所述的圆偏振波天线装置，同时将供电装置连接到接收电路或收发电路的输入端上。

上述的圆偏振波天线装置，可以具有小型且高天线增益的构成，使无线电装置与较远地点的通信成为可能；另外，也能接收弱电波信号。还有，使用这种圆偏振波天线装置可使整体小型化。

附图说明

图1表示与本发明相关的圆偏振波天线装置的实施例，(A)是正面立体图，(B)是反面立体图。

图2表示以图1的圆偏振波天线装置中的副放射电极的长度为参数的天线的最大增益的特性图。

图3表示与本发明相关的圆偏振波天线装置的另一实施例，(A)是正面立体图，(B)是反面立体图。

图4表示与本发明相关的圆偏振波天线装置的又另一实施例，(A)是正面立体图，(B)是反面立体图。

图5表示与本发明相关的圆偏振波天线装置的又另一实施例的正面立体图。

图6表示与本发明相关的圆偏振波天线装置的又另一实施例的正面立体图。

图7表示本发明的圆偏振波天线装置的供电装置的另一构成的正面立体图。

图8是表示本发明的圆偏振波天线装置的供电装置的另一构成的正面立体图。

图9表示与本发明相关的圆偏振波天线装置的又另一实施例的正面立体图。

图10表示以往的圆偏振波天线装置的正面立体图。

符号的说明

10天线装置

11，38  基体

12正面

13反面

14前侧面

15后侧面

18放射电极

19主放射电极

20，21  副放射电极

22接地电极

23，35  供电电极

25，26，27，28  容量装荷电极

30，31  衰减分离单元

32  缝隙

33，34  缺口部

36  供电线

具体实施方式

以下，在图面上对与本发明相关的实施例进行说明。图1展示出与本发明相关的圆偏振波天线装置的实施例。

在图1中，天线装置10是用长方体的基体11构成的；基体11采用陶瓷及合成树脂等感应材料或磁性材料形成；它由正面12及反面13以及介于其间的4个侧面，即前侧面14、后侧面15、左侧面16和右侧面17构成。

在基体11上形成有放射电极18；该放射电极18由形成于正面12的主放射电极19、形成于前侧面14的副放射电极20、以及形成于后侧面15的副放射电极21构成；详细地说，主放射电极19向正面12的前后侧面14，15方向延展形成主放射面，另外，副放射电极20，21与主放射电极19基本上等宽而且挨着主放射电极19，从正面12绕入到前侧面14及后侧面15的中间形成的。还有，在基体11的反面13，除后面要说到的供电端的周围以外，全面地形成接地电极22。

在基体11的前侧面14，形成有向着副放射电极20的水平的端缘20a的中央、从反面13侧向正面12侧延伸的条形的供电电极23。该供电电极23的下端，绕入基体11的反面13侧，成为供电端24。另外，在前侧面14，在左右背离供电电极23的两侧位置，其一端连接到接地电极22上的条形的容量装荷电极25，26，向着副放射电极20的角部伸展形成。

位于供电电极23右侧的容量装荷电极26长于左侧的容量装荷电极25；它的头部与副放射电极20的端缘20a之间的间隔g1狭于左侧容量装荷电极的头部与副放射电极20的端缘20a之间的间隔g2。因此，间隔g1所加的装荷容量要大于间隔g2所加的装荷容量。

另外，在基体11的后侧面15，与前侧面14同样地伸展形成有条形的容量装荷电极27，28；此时，位于放射电极18的同对角线方向上的容量装荷电极25和27以及容量装荷电极26和28的长度分别相等；副放射电极21的端缘21a与容量装荷电极27的头部间的间隔g4宽于端缘21a与容量装荷电极28间的间隔g3。因此，间隔g4所加的装荷容量要小于间隔g3所加的装荷容量。

上面说过的、本发明在构成上的特点：绵贯前后侧面14，15形成放射电极18；扩大放射电极18的电极面积。这样做，加长了流过放射电极18的2个共振电流的物理的路径，减小了放射电极18的导体损失。

另外，在放射电极18的2个对角线方向的装荷容量，由间隔g1，g3所加的装荷容量大于由间隔g2，g4附加的装荷容量，在2个对角线方向的电气长方面产生差异。为此，由供电电极23向副放射电极20提供信号功率时，2个对角线方向上衰减分离的2个共振电流流向放射电极18。该共振电流因引起电气长差异的共振条件的不同而不同，成为空间上正交的电磁波的激励源。

图2展示出实验结果。用于实验的基体11的尺寸：高度6mm、宽12mm、深8mm，比介电常数为90；副放射电极20，21的宽度是11mm。随着副放射电极20，21的长度L的长短变化，使容量装荷电极25，26，27，28也随之伸长或缩短。此时，副放射电极20，21的端缘20a与各容量装荷电极25，26，27，28的头部间的间隔g1，g2，g3，g4设定为一定值。

图2展示出当基体11的高度方向上的副放射电极20，21的长度L取值为：

L＝0mm，L＝1.5mm，L＝3mm时天线的最大增益(dBi)；从图2的特性曲线a可清楚地看到，如果加长副放射电极20，21的长度L，天线的最大增益就高。

图3～图5展示出与本发明相关的圆偏振波天线装置的其他实施例。

这些实施例的特征是在放射电极上形成衰减分离单元；此外，在与图1所示的实施例相同的构成部分上注上相同的符号，以省去其中共同部分的重复说明。

图3展示：把属于放射电极18的副放射电极20的容量装荷电极25侧的角部和副放射电极21的容量装荷电极27侧的角部斜向切去，以形成衰减分离单元30，31。由于这样的构成，使连结放射电极18的衰减分离单元30与衰减分离单元31的对角线方向上的长度短于连结不设置衰减分离单元的副放射电极20的容量装荷电极26侧的角部与副放射电极21的容量装荷电极28侧的角部的另一对角线方向上的长度。

这2个对角线方向上长度的差异在放射电极18上形成电气长不同的2个共振电流的路径，由供电电极23提供的信号功率在放射电极18上激励起衰减分离模式的2个共振电流。该衰减分离方上式与容量装荷电极25，26，27，28引起的衰减分离的动作相乘，就肯定能实现。

在上述构成中，衰减分离单元30，31形成于基体侧面14，15的副放射电极20，21上，主放射电极19的面积维持不变，所以能保持主放射电极19上低的导体损失。

再说，设置在副放射电极20，21的衰减分离单元30，31进行充分的衰减分离动作时，在构成上可减少由副放射电极20，21和容量装荷电极25，26，27，28带来的装荷容量，以减弱放射电极19和容量装荷电极25，26，27，28的容量结合。这一点可通过例如扩大副放射电极20，21与容量装荷电极25，26，27，28的间隔、或者，减小容量装荷电极25，26，27，28的宽度来实现。

再说，着眼于衰减分离单元30，31引起的衰减分离的动作，如图4所示，即使除去来自基体11的侧面14，15的容量装荷电极25，26，27，28也可以。在这一构成中，为了使衰减分离单元30，31产生的衰减分离的动作确实成立，可把副放射电极20，21的面积向下方扩展，把角部的缺口加大，使衰减分离单元30，31的功能得到强化。此时，在主放射电极19的导体损失就更低。

在图5中，在连结副放射电极20，21的容量装荷电极25，27侧的角部的对角线方向上延伸的缝隙32被形成在主放射电极19上。据此构成，放射电极18上的缝隙32的伸展方向上的电气长几乎和不设置缝隙32时一样，而与缝隙32正交方向的电气长，即，连结副放射电极20，21的容量装荷电极26，28侧的角部的对角线方向的电气长长于不设置缝隙32时的电气长。

基于这2个电气长的差异，在放射电极18上激励起衰减分离模式的共振电流。此外，与缝隙32正交方向的电气长对应着缝隙32的长度而变化，所以可以通过改变缝隙32的长度，以缝隙32的伸展方向的电气长为基准，来调整与缝隙32正交方向的电气长；换言之，可以调整2个共振电流的频率差。在该构成的放射电极18上的衰减分离，是容量装荷电极引起的衰减分离的动作相乘的结果。

图6展示的是与本发明相关的圆偏振波天线装置的又另一个实施例。在与图1所示的实施例相同的构成部分上注上相同的符号，以省去其中共同部分的重复说明。该实施例的特点是在主放射电极上设置缺口部。

在图6中，在形成于正面12的主放射电极19上，从两侧缘浅浅切入形成缺口部33，34。即，在放射电极18的副放射电极20，21的方向上延伸的侧缘，通过设置缺口部33，34被加长。通过这一构成，使放射电极18上的2个对角线方向的电气长变长，使2个共振电流的共振频率发生变化。

因此，如对缺口部33，34的切入深度及缺口部33，34的数量作适当设定，就可以调整衰减分离的2个共振电流的共振频率。另外，由于放射电极18的宽度不变，所以通过缺口部33，34的形成，衰减分离的2种方式的角度有变化。这样一来，就可调整以2个共振电流作为激励源的2个电磁波的空间角度。还有，缺口部33，34的深度及数量在两侧缘也可以不一样。此外，上述衰减分离单元30，31，32可以并用。

此外，由于缺口部33，34导致放射电极18的对角线方向的电气长变长，这里，可减小在副放射电极20，21与容量装荷电极25，26，27，28之间形成的装荷容量。随之，可降低副放射电极20，21及容量装荷电极25，26，27，28的印刷精度，从而可能加大印刷偏差的容许范围。这一结果会提高圆偏振波天线装置制造工艺中的成品率。

在上述各实施例中，作为对放射电极的供电装置、在基体11的侧面设置供电电极23、对供电电极23与副放射电极20之间作容量结合的容量供电的有关内容作了说明。如图7所示，也可以把形成在基体11的侧面14处的条形供电电极35直接连接到副放射电极20上。通过这一构成，信号功率可以从供电电极35直接投入到放射电极18上。

另外，供电装置，如图8所示，使供电线从反面13贯通基体11，在构成上连接到与放射电极18的供电线36的阻抗匹配的供电点19a上也是可以的。这样做，例如，在供电线的阻抗为50Ω时，由于供电到放射电极18处的50Ω的供电点19a，所以即使不设置阻抗匹配电路也能高效地供给信号功率。

另外，在上述各实施例中，对长方体状的基体11作了说明；如图9所示，也可采用圆柱形的基体38。在这一场合，可扩大放射电极18的面积，所以可确实地降低主放射电极19上的导体损失。

如上述构成的圆偏振波天线装置，是一种小型的天线装置；它直接搭载在无线电装置的电路基板上，无线电装置是作为GPS等接收专用机，或携带终端等的收发两用机构成的；在电路基板上备有无线电频率的接收电路或收发电路，所以，圆偏振波天线装置的供电装置23，35，36被连接到接收电路或收发电路的输入端上；此外，接地电极被连接到基础层上。

对于本发明第1发明的圆偏振波天线装置，放射电极被设置在基体的正面和基体的侧面，所以不仅能使圆偏振波天线装置小型化，而且能降低主放射电极上的导体损失，提高天线增益。

对于本发明第2发明的圆偏振波天线装置，放射电极被设置在基体的正面和对向的2个侧面上，所以，可延长由放射电极激励起的2个共振电流流过的路径。此外，副放射电极仅形成在对向的2个侧面上，所以不会阻碍电磁波的发射，可使圆偏振波天线装置小型化。

对于本发明第3发明的圆偏振波天线装置，在基体侧面设置副放射电极及容量装荷电极，以衰减分离模式对放射电极激励，所以，可利用装荷容量调整共振条件，此外，2个共振电流向各自设置容量装荷电极的方向流，因此可把流过放射电极的共振电流的路径设定得长些。

对于本发明第4发明的圆偏振波天线装置，通过把衰减分离装置设置在基体侧面的副放射电极上，由于不必缩小成为放射电磁波的主放射面的主放射电极的面积，所以也能通过只在基体的正面设置放射电极的以往的天线装置来提高天线增益。

对于本发明第5发明的圆偏振波天线装置，在主放射电极从两侧缘设置有缺口部，所以可通过该缺口部调整副放射电极方向的电气长、并使2个共振电流的共振频率的调整变得容易。此外，在构成上可减小形成于副放射电极和容量装荷电极之间的装荷容量，从而减小了形成副放射电极及容量装荷电极时的印刷偏差。

对于本发明第6发明的圆偏振波天线装置，把放射电极一方的对角线方向上延伸的缝隙设置在主放射电极上，所以可调整放射电极上的2个对角线方向的电气长之差，从而增大2个共振电流的频率差。

对于本发明第7发明的圆偏振波天线装置，作为供电装置，把供电电极设置在基体侧面上，所以容易形成供电电极，从而形成可表面安装的圆偏振波天线装置。

对于本发明第8发明的圆偏振波天线装置，利用贯通基体的供电线直接对放射电极供电，所以可在取得与供电线阻抗匹配的供电点上供电，从而高效地投入信号功率。

对于本发明第9发明的无线电装置，由于采用天线增益高的圆偏振波天线装置，所以，用与以往一样的发射功率也能比以往的无线电装置发射得更远；还有，与以往的无线电装置相比可提高接收灵敏度；另外，由于圆偏振波天线装置自身的构成小型化了，所以就可以实现无线电装置的小型化。

Claims (9)

1.一种圆偏振波天线装置，其特征在于，包括

具有正反两面及侧面的感应体或磁性体的基体，

形成在所述基体上的放射电极，

形成在所述基体的所述反面上的接地电极，

向所述放射电极提供激励功率的供电装置，以及

在所述放射电极上激励起衰减分离模式的2个共振电流的衰减分离装置；

所述放射电极由主放射电极及副放射电极组成，在把所述主放射电极设置在所述基体正面的同时，将所述副放射电极做得与所述主放射电极基本上等宽并与主放射电极连续地设置在所述基体的侧面。

2.如权利要求1所述的圆偏振波天线装置，其特征在于，

所述基体构成为具有正反两面和4个侧面的长方体，同时分别将所述放射电极的主放射电极设置在所述基体的正面上，将所述放射电极的副放射电极设置在所述基体对向的2个侧面上。

3.如权利要求1所述的圆偏振波天线装置，其特征在于，

所述衰减分离装置是在设置所述副放射电极的所述基体的侧面，将一端连接到所述接地电极上，并将长度不同的2根容量装荷电极向所述副放射电极的角部延伸构成的。

4.如权利要求1所述的圆偏振波天线装置，其特征在于，

所述衰减分离装置是在所述放射电极的2个对角线方向内，将在一方对角线方向的所述副放射电极的角部切去构成的。

5.如权利要求1所述的圆偏振波天线装置，其特征在于，

在设置所述副放射电极的方向上延伸的所述放射电极的主放射电极的两侧边缘处设置缺口部。

6.如权利要求1所述的圆偏振波天线装置，其特征在于，

在所述主放射电极上设置有沿所述放射电极一方的对角线方向的缝隙。

7.如权利要求1所述的圆偏振波天线装置，其特征在于，

所述供电装置是从所述基体的反面侧向所述副放射电极的端缘延伸、形成在所述基体的侧面上的条形的供电电极。

8.如权利要求1所述的圆偏振波天线装置，其特征在于，

所述供电装置是从所述反面贯通所述基体并与所述接地电极绝缘的供电线。

9.一种无线电装置，其特征在于，

包括形成无线电频率的接收电路或收发电路的电路基板，

在所述电路基板上安装有如权利要求1所述的圆偏振波天线装置，同时将所述供电装置连接到所述接收电路或收发电路的输入端上。

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