天线以及具备天线的电子设备 技术领域 本发明涉及收发由特定的偏振波成分形成的电波的通信系统中使用的天线,涉 及使得该通信系统的两个频带中的电波可高效地收发的天线以及具备天线的电子设备。
背景技术 近年来,在车辆的通信中,可取得 GPS(Global Positioning System,全球定位系 统 ) 的位置信息和道路信息、地面波数字电视播放等各种信息,为了进一步提高使用者 的便利性以及提高安全性,而开发了多种无线通信设备以供实用。 对于与提高安全性 相关的无线通信,开发了紧急时的救援通信系统以及通信时必要的收发垂直偏振波的天 线。 该天线通过设置在车辆的前玻璃窗等倾斜部分从而最大辐射方向向车顶方向倾斜。 对于终端来说,来自很远方的基站的电波,由于是从几乎平行于地面的水平方向来到, 因而希望把天线的最大辐射方向控制到相对于地面为水平方向。
作为现有技术的例子,例如,有专利文献 1( 日本特开 2006-14272 号公报 ) 中公 布的可形成从垂直方向倾向水平方向的主光束的天线装置。 该天线是通过安装在后视镜 内,使后视镜作为反射板工作,可面对面形成从垂直方向倾向水平方向的光束的天线。 这是在一个导体上纵向并列设置两个形状相同的横长狭缝元件,从两个狭缝元件间隔的 中央稍微偏离的部位连接微带线。 这样,两个狭缝元件通过产生相位差而激振,且以某 个间隔隔离天线和后视镜,后视镜作为反射板工作,通过合成来自两个狭缝的辐射和来 自反射板的辐射,形成向天线的面的水平方向倾斜的主光束。 然而,该场合,对应的工 作为一个频带,可推测不能实现在不同的两个频带的工作。 假如不能在维持主光束的倾 斜的效果的同时可实现不同的两个频带的工作的话,必须对一个频带准备一个天线,因 此整体的天线尺寸就会变大。 此外,虽然示出了在工作频率 5GHz 的场合能够设置在后 视镜内,但对于更低的工作频率,由于波长较长,天线变大,而不能在后视镜内设置, 从而得不到反射板的效果,向天线的面的水平方向的倾斜的效果变小。 因此,可推测出 难以实现在更低频带的天线的小型化、主光束的倾斜、在不同的两个频带的工作。
如前所述,在现有的技术中,使不同的两个频带的最大辐射方向的倾斜成为可 能,用更简单的结构且以小型的天线来实现它是困难的。
发明内容
对此,本发明的目的是,提供以更简单的结构,使不同的两个频带的最大辐射 方向的倾斜成为可能,并且可小型化的天线以及具备天线的电子设备。
本发明是为了达到上述目的而提出的方案,是一种天线,具有对称形状的导体 板、形成于上述导体板上的狭缝、以及设置在上述导体板的对称轴上的供电点,上述导 体板在与上述对称轴平行的两个部位向互不相同的方向折弯。
上述导体板在与上述对称轴等距离的两个部位折弯亦可。
上述狭缝为对称形状,形成为其对称轴与上述导体板的对称轴一致亦可。上述狭缝形成有两个亦可。
上述两个狭缝形状相同,具有不同的宽度以及 / 或者不同的长度亦可
上述狭缝为各不相同的形状亦可。
上述狭缝在上述导体板的对称轴上形成一列亦可。
上述狭缝的至少一个形成为在上述导体板的对称轴方向的一端侧开放亦可。
上述供电点仅设置在上述狭缝的一方亦可。
上述导体板是在对称轴方向横长的四边形,为了在该导体板的上述对称轴上的 中央部形成狭缝边界导体部,在上述导体板的对称轴上的一方,形成有由横向 M 字型狭 缝和延续该横向 M 字型狭缝而形成且具有连续扩大直径的开放端的梯形狭缝构成的复合 狭缝,在上述导体板的对称轴上的另一方形成有矩形狭缝亦可。
上述矩形狭缝由具有开放端的细长狭缝和延续该细长狭缝而形成的四边形狭缝 构成亦可。
在将相对上述复合狭缝的使用频带的设计频率 υ1 的电波的波长设为 λ1、将上 述梯形狭缝的上底的宽度设为 2d、将上述 M 字型狭缝的上述对称轴方向的长度设为 f、 将连接上述梯形狭缝的上底和下底的两边的长度设为 h 时,调整 d、 f、 h 使得 d+f+h = λ1/3.7 即可。
在将相对上述复合狭缝的使用频带的设计频率 υ2 的电波的波长设为 λ2、将上 述细长狭缝的长度设为 g、将上述细长狭缝的宽度设为 e、将上述导体板的垂直于对称轴 的边的宽度设为 b 时,调整 g、 e、 b 使得 g+(b-e)/2 = λ2/3.1 即可。
上述供电点设置在上述矩形狭缝上亦可。
使用同轴电缆供电亦可。
使用多根单芯电缆供电亦可。
使用扁平电缆供电亦可。
上述导体板由导体平板或软性导体片材 ( 薄膜 ) 构成亦可。
上述导体平板由铜板或具有弹性的磷青铜板构成亦可。
上述软性导体片材 ( 薄膜 ) 由铜箔或铝箔构成亦可。
是具备上述任一项所述的天线的电子设备。
本发明可发挥如下的优良效果。
(1) 可实现能够以更加简单的结构高效地收发由特定的偏振波成分形成的不同的 两个使用频带的电波,使最大辐射方向的倾斜成为可能的小型的天线以及具备了天线的 电子设备。
(2) 可实现设置条件的自由度大的天线。 附图说明
图 1 是说明成为本发明的基体的天线的结构的图。 图 2 是说明成为本发明的基体的天线的工作原理的图。 图 3 是说明成为本发明的基体的天线的工作原理的图。 图 4 是说明成为本发明的基体的天线的结构的图。 图 5 是说明成为本发明的基体的天线的特性的图。图 6 是表示成为本发明的基体的天线的在远处边界的指向性的 XY 平面的测定面 定义的图。
图 7 是说明成为本发明的基体的天线的特性的图。
图 8 是表示成为本发明的基体的天线的在远处边界的指向性的 XZ 平面的测定面 定义的图。
图 9 是说明成为本发明的基体的天线的特性的图。
图 10 是表示本发明的折弯位置的图。
图 11 是说明本发明第一实施方式的天线的结构的图。
图 12 是说明天线的配置的图。
图 13 是说明天线的配置的图。
图 14 是说明图 13 的配置中的天线的特性的图。
图 15 是说明图 13 的配置中的天线的特性的图。
图 16 是说明本发明的第一实施方式的天线的结构的侧视图。
图 17 是说明本发明的第一实施方式的天线的特性的图。
图 18 是说明本发明的第一实施方式的天线的远场中的指向性的 XY 平面的测定 面定义的图。 图 19 是说明本发明的第一实施方式的天线的特性的图。
图 20 是说明本发明的第一实施方式的天线的远场中的指向性的 XZ 平面的测定 面定义的图。
图 21 是说明本发明的第一实施方式的天线的特性的图。
图 22 是说明本发明的第二实施方式的天线的结构的图。
图 23 是说明本发明的第二实施方式的天线的结构的侧视图。
图 24 是说明本发明的第二实施方式的天线的特性的图。
图 25 是说明本发明的第二实施方式的天线的远场中的指向性的 XY 平面的测定 面定义的图。
图 26 是说明本发明的第二实施方式的天线的特性的图。
图 27 是说明本发明的第二实施方式的天线的远场中的指向性的 XZ 平面的测定 面定义的图。
图 28 是说明本发明的第二实施方式的天线的特性的图。
图 29 是说明成为本发明的第三实施方式的基体的天线的结构的图。
图 30 是说明成为本发明的第三实施方式的基体的天线的结构的侧视图。
图 31 是说明成为本发明的第三实施方式的基体的天线的特性的图。
图 32 是说明本发明的第三实施方式的天线的结构的图。
图 33 是说明本发明的第三实施方式的天线的特性的图。
图 34 是说明本发明的第三实施方式的天线的远场中的指向性的 XY 平面的测定 面定义的图。
图 35 是说明本发明的第三实施方式的天线的特性的图。
图 36 是说明本发明的第三实施方式的天线的远场中的指向性的 XZ 平面的测定 面定义的图。
图 37 是说明本发明的第三实施方式的天线的特性的图。
图 38 是说明成为本发明的第四实施方式的基体的天线的结构的图。
图 39 是说明成为本发明的第四实施方式的基体的天线的结构的侧视图。
图 40 是说明成为本发明的第四实施方式的基体的天线的特性的图。
图 41 是说明本发明的第四实施方式的天线的结构的图。
图 42 是说明本发明的第四实施方式的天线的特性的图。
图 43 是说明本发明的第四实施方式的天线的远场中的指向性的 XY 平面的测定 面定义的图。
图 44 是说明本发明的第四实施方式的天线的特性的图。
图 45 是说明本发明的第四实施方式的天线的远场中的指向性的 XZ 平面的测定 面定义的图。
图 46 是说明本发明的第四实施方式的天线的特性的图。
图 47 是说明第一~第四实施方式的天线的结构的图。
图 48 是示意图 47 的各天线的特性比较的图。
图 49 是示意图 47 的各天线的特性比较的图。
图 50 是说明供电所使用的同轴电缆的最佳配置的图。 图 51 是说明本发明的最佳折弯位置和折弯间隔的图。 图 52 是说明本发明的天线的共振频率的调整的图。 图 53 是表示本发明的天线的安装的例子。 图 54 是表示可应用本发明的狭缝的形状的一个例子的图。 图 55 是表示可应用本发明的狭缝的形状的一个例子的图。 图 56 是表示可应用本发明的狭缝的形状的一个例子的图。 图 57 是表示可应用本发明的狭缝的形状的一个例子的图。 图 58 是表示可应用本发明的狭缝的形状的一个例子的图。 图 59 是表示可应用本发明的狭缝的形状的一个例子的图。 图 60 是表示可应用本发明的狭缝的形状的一个例子的图。 图 61 是表示可应用本发明的狭缝的形状的一个例子的图。 图 62 是表示可应用本发明的狭缝的形状的一个例子的图。 图 63 是表示可应用本发明的狭缝的形状的一个例子的图。 图 64 是表示可应用本发明的狭缝的形状的一个例子的图。 图 65 是表示可应用本发明的狭缝的形状的一个例子的图。 图 66 是表示可应用本发明的狭缝的形状的一个例子的图。 图 67 是表示可应用本发明的狭缝的形状的一个例子的图。 图 68 是表示可应用本发明的狭缝的形状的一个例子的图。 图 69 是表示可应用本发明的狭缝的形状的一个例子的图。 图 70 是表示可应用本发明的狭缝的形状的一个例子的图。 图 71 是表示内装了本发明的天线的电子设备的一个例子的图。 图 72 是表示内装了本发明的天线的电子设备的一个例子的图。 图 73 是表示内装了本发明的天线的电子设备的一个例子的图。图 74 是表示内装了本发明的天线的电子设备的一个例子的图。
图 75 是表示内装了本发明的天线的电子设备的一个例子的图。
图 76 是表示内装了本发明的天线的电子设备的一个例子的图。
图中 :
1- 天线,2- 导体平板,3- 供电点,21- 狭缝边界导体部,41- 复合狭缝,42- 矩 形狭缝。 具体实施方式
以下参照附图对本发明的优选实施方式进行说明。
本发明的天线使用两个可高效地收发特定的偏振波成分的电波的天线元件结 构,在这些天线元件结构内,仅在一方设置供电点,并且从通过供电点以及两个天线元 件结构的中央的对称轴以等距离折弯,通过各天线元件结构尺寸的调整,或供电点位置 的调整,或组合两种方法的调整,来调整在不同的两个频带的共振特性,收发以特定的 偏振波成分形成的不同的两个频带中的电波,以实现使最大辐射方向的倾斜成为可能的 小型天线。 还有,所谓不同的两个频带不是指利用一个频带的高次谐波来收发共两个频 带的电波。
上述特定的偏振波成分的电波,一般而言限定于垂直偏振波或水平偏振波之中的一个。 此外,上述天线元件是相对于特定的偏振波成分的电波,其收发信号的效率良 好的众所周知的结构的元件,在本发明中应用该结构。
上述本发明的天线具有以下结构,在内装于电子设备的箱体中、或设置于使用 了金属 ( 导体 ) 的设备等的场合,只要箱体内或设备等的金属 ( 导体 ) 部不接近或接触有 助于两个天线元件结构各自的电磁辐射的部分和调整共振特性的部分,就不会影响天线 元件的电波收发特性。
上述本发明的天线具有以下结构,如果供电线路的引出位置不与两个天线元件 各自的非导体区域交叉,就不会对天线元件的电波收发特性造成影响。
上述本发明的天线能够内装在电子设备的箱体中、或设置在设备等中。
上述本发明的天线能够设置在电子设备箱体的塑料材质部分或窗玻璃等电介质 成型物的表面。
使用图 1 至图 3 对成为本发明的基体的天线结构进行说明。
如图 1 所示,成为本发明的基体的天线 1 在长度方向 ( 图中的横向 ) 的长度 a 和 宽度方向 ( 图中的纵向 ) 的宽度 b 的导体平板 2 上形成有复合狭缝 41 和矩形狭缝 42,该 复合狭缝 41 包含以宽度 2d 的狭缝边界导体部 21 为边界分别具有开放端的宽度 2d 和长度 f 的横向 M 字型狭缝 41m 和延续该 M 字型狭缝 41m 形成的上底 2d、下底 b 的梯形狭缝 41t,以通过这些狭缝 41、42 的各宽度的中心 ( 狭缝边界导体部 21 的宽度方向的中心 ) 和 导体平板 2 的宽度 b 的中心的对称轴 5 成线对称结构。
导体平板 2 由例如铜板或具有弹性的磷青铜板构成。 在梯形狭缝 41t 的上下形成 有锐角导体部 2a,在 M 字型狭缝 41m 的上下形成有横长导体部 2b。
矩形狭缝 42 由具有开放端的宽度 e 和长度 g 的细长狭缝 421 和延续该细长狭缝
421 形成的四边形狭缝 42s 构成。 在细长狭缝 421 的上下形成有矩形导体部 2c。 四边形 狭缝 42s 形成于 M 字型狭缝 41m 的中央部附近。 复合狭缝 41 和矩形狭缝 42 分别为对称 形状,各自的对称轴与天线 1 的对称轴 5 一致。
将在对两个工作频带的第一个设计频率 v1 的电波的波长设为 λ1,将在第二个 设计频率 v2 的电波的波长设为 λ2 的场合,d+f+h 约为 λ1/3.7,g+c( 在此,c = (b-e)/2) 约为 λ2/3.1。
对天线 1 供给电力的供电点 3 设在一方的矩形狭缝 42 内,供电点 3 的位置做在 离矩形狭缝 42 的开放端长度 g 的位置。 还有,上述两个工作频带在把本发明的天线内装 在机器箱体内的场合或设置在设备等上的场合,由构成机器箱体或设备等的各种电介质 的材料或周边物体的配置决定。 在设置于各种电介质成型物的表面的场合,由本发明的 天线及其周边物体的距离和周边物体的配置以及电介质特有的波长缩短效应决定。
根据图 1 的结构,定义波长 λ1 的设计频率 v1 时,具有该频率成分,并且由供 电点 3 在构成天线 1 的导体平板 2 上产生的电流伴随着共振动作,在 d+f+h 约为 λ1/3.7 的复合狭缝 41 的相对的导体边缘附近分布时,产生如图 2 所示的电流分布 91,能够实现 在设计频率 v1 工作的狭缝天线。
另一方面,根据图 1 的结构,定义波长 λ2 的设计频率 v2 时,具有该频率成 分,并且由供电点 3 在构成天线 1 的导体平板 2 上产生的电流伴随着共振动作,在 g+c 约 为 λ2/3.1 的矩形狭缝 42 的相对的导体边缘附近分布时,产生如图 3 所示的电流分布 92, 能够实现在 v2 工作的狭缝天线。
以上,成为本发明的基体的天线 1 能以一个供电点 3 为边界把在设计频率 v1 和 设计频率 v2 工作的两个狭缝天线并列配置在同一平面。 因此,在两个频带中的特定偏振 波成分的电波的收发通过成为本发明的基体的天线而可以实现。
以下,用图 4 至图 9 对成为本发明的基体的天线 1 的特性进行说明。
图 4 表示使用同轴电缆 6 对图 1 的天线 1 进行供电的天线 11。 天线 11 中,在沿 着矩形狭缝 42 的长度方向平行地相对的导体边缘的一个上,用具有导电性的焊接材料 63 连接有同轴电缆 6 的内导体 61,在另一个上用具有导电性的焊接材料 63 连接有同轴电缆 6 的外导体 62。 作为同轴电缆 6 的内导体 61 和外导体 62 的中间层的绝缘层 64 可以是绝 缘树脂或空心、即通过空气来绝缘。 还有,同轴电缆等的供电线路的连接除了通过具有 导电性的焊接材料等的热粘连接外,还可以使用可保持导电性的形状的专用连接器或支 柱等。
图 4 的天线 11 使用厚度 0.2mm 的导体平板,根据图 1 的定义,使尺寸分别为 a = 102mm、 b = 50mm、 c = 24mm、 d = 10mm、 e = 2mm、 f = 45mm、 g = 26mm、 h = 41mm。 为了使天线 11 在 800MHz 频带和 1900MHz 频带这两个频带工作,使 d+f+h 为在第一个设计频率 860MHz 的电波的波长 个设计频率 1920MHz 的电波的波长 的约 1/3.7,使 g+c 为在第二 的约 1/3.1。 此外,对天线 11 的供电使用直径约 1.1mm 的同轴电缆,在与天线 11 的导体部重叠的部分以外,考虑到对各特性 的影响,而安装铁氧体。 还有,在以下的本发明的天线的说明中,对使用的同轴电缆, 与上述同样地安装有铁氧体。
图 5 表示图 4 的天线 11 的频率特性,横轴表示频率,纵轴表示回波损耗 ( リタ一ン口ス )。 根据图 5 可知,天线 11 在两个频带即 800MHz 频带和 1900MHz 频带工作。
图 6 表示在图 4 的天线 11 的远场 ( 速方界 ) 的指向性的 XY 平面的测定面定义。 测定中心位于天线的横方向的长度 a 的一半的长度 m、天线的纵方向的宽度 b 的一半的宽 度 o 的位置。 在以下的本发明的天线的说明中,测定中心采取上述同样的定义。
图 7 是把在图 6 的测定面测定时的指向性分成两个频带以及垂直偏振波 (Vertical) 和水平偏振波 (Horizontal) 来表示。 根据图 7,在两个频带中的各频率,两者都得到了垂 直偏振波下的良好的无指向性。
图 8 表示在图 4 的天线 11 的远场中的指向性的 XZ 平面的测定面定义。 测定中 心位于天线的横方向的长度 a 的一半的长度 m、天线的纵方向的宽度 b 的一半的宽度 o 的 位置。 在以下的本发明的天线的说明中,测定中心采取上述同样的定义。
图 9 是把在图 8 的测定面测定时的指向性分成两个频带以及垂直偏振波 (Vertical) 和水平偏振波 (Horizontal) 来表示。 根据图 9,在两个频带中的各频率,两者都得到了 8 字型的指向性的垂直偏振波。 在把图 4 的天线 11 设置在车辆前玻璃窗等倾斜的部分时, 为了使上述 8 字型指向性的最大辐射方向朝向水平方向,有时需要使 8 字型指向性的最大 辐射方向从与设置面垂直的方向 ( 图 9 的 0°、180°方向 ) 向水平方向 ( 图 9 的 90°、 270°方向 ) 侧倾斜。 具体地说,对于卡车等前玻璃窗的倾斜相对于地面接近 90°的车 辆,由于在设置于前玻璃窗时 XZ 平面的垂直偏振波的最大辐射方向朝向水平方向,从而 不需要倾斜。但是,对于赛车等前玻璃窗的倾斜相对于地面接近 0°的车辆,由于在设置 于前玻璃窗时 XZ 平面的垂直偏振波的最大辐射方向朝向垂直方向,从而需要使上述最大 辐射方向大幅度地向水平方向侧倾斜。 以下,用图 10 至图 19 说明针对倾斜上述最大辐射方向的问题进行的本发明的第 一实施方式进行说明。
图 10 表示的是展示图 4 的天线 11 的用于倾斜最大辐射方向的折弯位置和折弯间 隔的天线 111。 折弯位置 71、74 是从天线 11 的上下对称轴 70 在图的上侧以及下侧分别 空出相等距离 72、73( 本实施方式中为 6mm) 的间隔的位置。
图 11 表示以图 10 所示的折弯位置以及折弯间隔折弯的本发明第一实施方式的天 线 112。 天线 112 在与上下对称轴 70 平行的折弯位置 71、74 向相互不同的面方向折弯。 即,在图 11 中,比天线 112 的折弯位置 71 更靠图的上侧的部分向图的后方折弯,比天线 112 的折弯位置 74 更靠图的下侧的部分向图的前方折弯。
图 12 是说明天线的配置的侧视图。 天线 81 是从侧面所见的图 10 的天线 111 的 图。 图 12 表示以与地面 82 垂直的方式将天线 81 配置在倾斜 25°的前玻璃窗 80 下方的 状态。 可以实现图 12 那样的配置的话,就不必倾斜上述天线的最大辐射方向。 但是, 如图 12 那样的配置的话,由于从前玻璃窗 ( 天线设置面 ) 的突出部分非常大,因而需要 考虑别的配置方法。
图 13 是说明天线的配置的侧视图。 图 13 表示以与前玻璃窗 80 平行的方式将天 线 81 配置在倾斜 25°的前玻璃窗 80 下方的状态。 通过配置成图 13 那样,与图 12 所示 的配置不同,从前玻璃窗 ( 天线设置面 ) 的突出部分抑制到很小。 但是,图 13 的场合, 由于以与倾斜 25°的前玻璃窗平行的方式配置上述天线 81,从而天线 81 的最大辐射方向 朝向仰角 65°。 因此,需要把上述天线 81 的最大辐射方向 ( 仰角 65° ) 向水平方向 ( 仰
角 0° ) 倾斜。
在图 14 中,是将以图 13 所示的状态在 XY 面的测定面测定时的指向性分成两个 频带以及垂直 (vertical) 偏振波和水平 (Horizontal) 偏振波来表示。 根据图 14,在两个 频带中的各频率,两者都得到了垂直偏振波的无指向性。 但是,与图 7 的倾斜 90°时的 特性相比的话,水平偏振波大幅度上升,垂直偏振波下降。 这是由于通过使天线面倾斜 25°,天线的最大辐射方向从与地面平行的水平方向偏向车顶方向而产生的变化。
在图 15 中,是将以图 13 的状态在 XZ 面的测定面测定时的指向性分成两个频带 以及垂直偏振波 (vertical) 和水平偏振波 (Horizontal) 来表示。 根据图 15,在两个频带中 的各频率,两者都得到了 8 字型指向性的垂直偏振波。但是,与图 9 的倾斜 90°时的特性 相比的话,8 字型指向性的最大辐射方向变化 65°。 这是由于通过使天线面倾斜 25°, 天线的最大辐射方向从水平方向偏向车顶方向而产生的变化。
图 16 是侧视图,表示在倾斜 25°的前玻璃窗 80 的下方配置了图 11 的天线 112 的侧视图即天线 81 的状态。
图 17 表示图 11 的天线 112 的频率特性,横轴表示频率,纵轴表示回波损耗,图 10 的天线 111 的结果也用粗线表示。 根据图 17,天线 112 在主要以未设供电点的复合狭 缝 41 工作的 800MHz 频带、和主要以设置供电点的矩形狭缝 42 工作的 1900MHz 频带这 两个频带得到了共振特性。 与图 10 的天线 111 的结果比较的情况下,通过折弯,上下导 体平板接近,出现伴随着阻抗的匹配劣化的特性劣化,但大致实现了作为目的的在两个 频带的共振特性。 图 18 表示图 11 的天线 112 的远场中的指向性的 XY 平面的测定面定义。
图 19 是 将 在 图 18 的 测 定 面 测 定 时 的 指 向 性 分 成 两 个 频 带 以 及 垂 直 偏 振 波 (vertical) 和水平偏振波 (Horizontal) 来表示。 根据图 19,在两个频带中的各频率,两者 都得到了垂直偏振波的无指向性。 但是,与图 7 的平面时的特性相比的话,水平偏振波 大幅度上升,垂直偏振波稍微下降。 这是由于通过折弯,上下导体间的距离接近,在平 面时在纵向产生的电流变成在横向产生的电流。
在本发明中,严密地定义最大辐射方向的意思,是把半高宽 ( 从指向性的主波 瓣的最大值下降了 3dB 的点之间的角宽度 ) 的中间方向定义为最大辐射方向。 在以下本 发明的天线的说明中,最大辐射方向采用与上述同样的定义。 本发明的发明者们在评价 8 字型指向性的最大辐射方向的基础上,以半高宽的中间方向、两个零信号点 ( 指向性的 最小方向 ) 的中间方向、两个峰值的最大值方向这三类评价方法进行了比较。 结果,半 高宽的中间方向和两个零信号点的中间方向表示出几乎相等的方向,两个峰值的最大值 的方向表示出与其它两个评价方法很大的不同的方向。 此外,一般地使用半高宽的辐射 方向的评价方法已广为所知。 因此,在本发明中,以半高宽的中间方向作为最大辐射方 向来进行评价。 此外,在本发明中,测定在频率特性中的共振峰值的指向性来评价最大 辐射方向。
图 20 表示图 11 的天线 112 的远场中的指向性的 XZ 平面的测定面定义。
图 21 是 把 在 图 20 的 测 定 面 测 定 时 的 指 向 性 分 成 两 个 频 带 以 及 垂 直 偏 振 波 (vertical) 和水平偏振波 (Horizontal) 来表示。 根据图 21,在两个频带中的各频率,两者 都得到了 8 字型指向性的垂直偏振波。 上述 8 字型指向性的半高宽的中间方向即最大辐射
方向需要从相对于倾斜 25°的前玻璃窗设置面的垂直方向 ( 图 21 的 295°、115°方向 ) 向水平方向 ( 图 21 的 0°、180°方向 ) 倾斜。 图 21 的 (a)、(c) 中所示的两个频带中的 最大辐射方向在以正面方向为 0°、背面方向为 180°时,在 890MHz 和 1950MHz,在正 面朝向仰角 (0°方向和最大辐射方向的角度 )61°和 47°,在背面朝向俯角 (180°方向 和最大辐射方向的角度 )51°和 52°。 这是通过像图 11( 侧面为图 16) 那样把天线折弯 到正面方向和背面方向,与平面时的图 10( 侧面为图 13) 相比,在正面仅向水平方向倾斜 4°和 18°,在背面仅向水平方向倾斜 14°和 13°。 这是由于可用直线连接离图 2 和图 3 所示的电流分布 91、92 的供电点最远的点得到的主要的电场产生面为平面时 ( 图 13) 相 比,接近垂直于地面。
根据以上图 21 所示的结果,采用本发明的第一实施方式的天线 112 的话,通 过用两个可高效收发特定的偏振波成分的电波的天线元件结构,并在这些天线元件结构 内,仅在一方设置供电点,并且从对称轴等距离的两个部位折弯,倾向在不同的两个频 带的最大辐射方向,从而能够实现在比平面时更接近水平方向的方向收发由特定的偏振 波成分形成的不同的两个频带的电波的天线。
其次,使用图 22 至图 28 对本发明第二实施方式进行说明。 图 22 表示将以图 10 所示的折弯位置以及折弯间隔 ( 在本实施方式中上下都为 6mm) 折弯,并且使从侧面观察时的折弯角度如图 23 那样折弯的本发明的第二实施方式 的天线 113。
图 24 表示图 22 的天线 113 的频率特性,横轴表示频率,纵轴表示回波损耗,图 10 的天线 111 的结果也用粗线表示。 根据图 24,天线 113 在主要以未设供电点的复合狭 缝 41 工作的 800MHz 频带、和主要以设置供电点的矩形狭缝 42 工作的 1900MHz 频带这 两个频带得到了共振特性。 与图 10 的天线 111 的结果比较的场合,通过折弯,上下导体 平板接近,出现伴随着阻抗的匹配劣化的特性劣化,但大致实现了作为目的的在两个频 带的共振特性。
图 25 表示图 22 的天线 113 的远场中的指向性的 XY 平面的测定面定义。
图 26 是 把 在 图 25 的 测 定 面 测 定 时 的 指 向 性 分 成 两 个 频 带 以 及 垂 直 偏 振 波 (vertical) 和水平偏振波 (Horizontal) 来表示。 根据图 26,在两个频带中的各频率,两者 都得到了垂直偏振波的无指向性。 但是,与图 7 的平面时的特性相比的话,水平偏振波 上升,垂直偏振波稍微下降。 这是由于通过折弯,上下导体间的距离接近,在平面时在 纵向产生的电流变成在横向产生的电流。
图 27 表示图 22 的天线 113 的远场中的指向性的 XZ 平面的测定面定义。
图 28 是 把 在 图 27 的 测 定 面 测 定 时 的 指 向 性 分 成 两 个 频 带 以 及 垂 直 偏 振 波 (vertical) 和水平偏振波 (Horizontal) 来表示。 根据图 28,在两个频带中的各频率,两者 都得到了 8 字型指向性的垂直偏振波。 上述 8 字型指向性的半高宽的中间方向即最大辐射 方向需要从相对于倾斜 25°的前玻璃窗设置面的垂直方向 ( 图 28 的 295°、115°方向 ) 向水平方向 ( 图 28 的 0°、180°方向 ) 倾斜。 图 28 的 (a)、(c) 所示的两个频带中的最 大辐射方向在 890MHz 和 1950MHz,在正面朝向仰角 36°和 32°,在背面朝向俯角 43° 和 47°。 这是通过像图 22( 侧面为图 23) 那样折弯,与平面时的图 10( 侧面为图 13) 相 比,在正面仅向水平方向倾斜 29°和 33°,在背面仅向水平方向倾斜 22°和 18°。 这
是由于与可用直线连接离图 2 和图 3 所示的电流分布 91、92 的供电点最远的点得到的主 要的电场产生面为平面时 ( 图 13) 相比,接近垂直于地面。
根据以上图 28 所示的结果,采用本发明的第二实施方式的天线 113 的话,通过 用两个可高效收发特定的偏振波成分的电波的天线元件结构,在这些天线元件结构内, 仅在一方设置供电点,并且从对称轴等距离的两个部位折弯,倾向在不同的两个频带的 最大辐射方向,从而能够实现在比平面时更接近水平方向的方向收发由特定的偏振波成 分形成的不同的两个频带的电波的天线。
其次,使用图 29 至图 37 对本发明第三实施方式进行说明。
图 29 表示将以图 10 所示的折弯位置及折弯间隔 ( 在本实施方式中上下均为 6mm) 折弯,并且使从侧面观察时的折弯角度如图 30 那样折弯的天线 114。
图 31 表示图 29 的天线 114 的频率特性,横轴表示频率,纵轴表示回波损耗,图 10 的天线 111 的结果也用粗线表示。 根据图 31,天线 114 在主要以未设供电点的复合狭 缝 41 工作的 800MHz 频带、和主要以设置供电点的矩形狭缝 42 工作的 1900MHz 频带这 两个频带得到了共振特性。 与图 10 的天线 111 的结果比较的场合,通过折弯,上下导体 平板接近,出现伴随着阻抗的匹配劣化的特性劣化,但大致实现了作为目的的在两个频 带的共振特性。
图 32 是为了调整图 29 的天线 114 的阻抗匹配,根据各部分的长度以及宽度 p、 q、 r、 s 变形的本发明的第三实施方式的天线 124。 在本实施方式,使 p = 2mm、 q = 13mm、 r = 2.5mm、 s = 8mm。
图 33 表示图 32 的天线 124 的频率特性,横轴表示频率,纵轴表示回波损耗,图 10 的天线 111 的结果也用粗线表示。 通过图 32 那样变形,调整由折弯导致的阻抗的匹配 劣化,大致实现了作为目的的在两个频带的共振特性。
图 34 表示图 32 的天线 124 的远场中的指向性的 XY 平面的测定面定义。
图 35 是 把 在 图 34 的 测 定 面 测 定 时 的 指 向 性 分 成 两 个 频 带 以 及 垂 直 偏 振 波 (vertical) 和水平偏振波 (Horizontal) 来表示。 根据图 35,在两个频带中的各频率,两者 都得到了垂直偏振波的无指向性。 但是,与图 7 的平面时的特性相比的话,水平偏振波 上升,垂直偏振波稍微下降。 这是由于通过折弯,上下导体间的距离接近,在平面时在 纵向产生的电流变成在横向产生的电流。
图 36 表示图 32 的天线 124 的远场中的指向性的 XZ 平面的测定面定义。
图 37 是 把 在 图 36 的 测 定 面 测 定 时 的 指 向 性 分 成 两 个 频 带 以 及 垂 直 偏 振 波 (vertical) 和水平偏振波 (Horizontal) 来表示。 根据图 37,在两个频带中的各频率,两者 都得到了 8 字型指向性的垂直偏振波。 上述 8 字型指向性的半高宽的中间方向即最大辐射 方向需要从相对于倾斜 25°的前玻璃窗设置面的垂直方向 ( 图 37 的 295°、115°方向 ) 向水平方向 ( 图 37 的 0°、180°方向 ) 倾斜。 图 37 的 (a)、(c) 所示的两个频带中的最 大辐射方向在 910MHz 和 1950MHz,在正面朝向仰角 33°和 28°,在背面朝向俯角 40° 和 22°。 这是通过像图 29 那样 ( 侧面为图 30) 折弯,与平面时的图 10( 侧面为图 13) 相 比,在正面仅向水平方向倾斜 32°和 37°,在背面仅向水平方向倾斜 25°和 43°。 这 是由于与可用直线连接离图 2 和图 3 所示的电流分布 91、92 的供电点最远的点得到的主 要的电场产生面为平面时 ( 图 13) 相比,接近垂直于地面。根据以上图 37 所示的结果,采用本发明的第三实施方式的天线 124 的话,通过 用两个可高效收发特定的偏振波成分的电波的天线元件结构,在这些天线元件结构内, 仅在一方设置供电点,并且从对称轴等距离的两个部位折弯,倾向在不同的两个频带的 最大辐射方向,从而能够实现在比平面时更接近水平方向的方向接受由特定的偏振波成 分形成的不同的两个频带的电波的天线。
其次,使用图 38 至图 46 对本发明第四实施方式进行说明。
图 38 表示将以图 10 所示的折弯位置及折弯间隔 ( 在本实施方式中上下均为 6mm) 折曲,并且使从侧面观察时的折弯角度如图 39 那样折弯的天线 115。
图 40 表示图 38 的天线 115 的频率共振特性,横轴表示频率,纵轴表示回波损 耗,图 10 的天线 111 的结果也用粗线表示。 根据图 40,天线 115 在主要以未设供电点的 复合狭缝 41 工作的 800MHz 频带、和主要以设置供电点的矩形狭缝 42 工作的 1900MHz 频带这两个频带得到了共振特性。 与图 10 的天线 111 的结果比较的场合,通过折弯,上 下导体平板接近,出现伴随着阻抗的匹配劣化的特性劣化,但大致实现了作为目的的在 两个频带的共振特性。
图 41 是为了调整图 38 的天线 115 的阻抗匹配,根据各部分的长度以及宽度 p、 q、 r、 s 变形的本发明的第四实施方式的天线 124。 在本实施方式,使 p = 2mm、 q = 13mm、 r = 2.5mm、 t = 9mm。
图 42 表示图 41 的天线 125 的频率特性,横轴表示频率,纵轴表示回波损耗,图 10 的天线 111 的结果也用粗线表示。 通过图 41 那样变形,调整由折弯导致的阻抗的匹配 劣化,大致实现了作为目的的在两个频带的共振特性。
图 43 表示图 41 的天线 125 的远场中的指向性的 XY 平面的测定面定义。
图 44 是 把 在 图 43 的 测 定 面 测 定 时 的 指 向 性 分 成 两 个 频 带 以 及 垂 直 偏 振 波 (vertical) 和水平偏振波 (Horizontal) 来表示。 根据图 44,在两个频带中的各频率,两者 都得到了垂直偏振波的无指向性。 但是,与图 7 的平面时的特性相比的话,水平偏振波 上升,垂直偏振波稍微下降。 这是由于通过折弯,上下导体间的距离接近,在平面时在 纵向产生的电流变成在横向产生的电流。
图 45 表示图 41 的天线 125 的远场中的指向性的 XZ 平面的测定面定义。
图 46 是 把 在 图 45 的 测 定 面 测 定 时 的 指 向 性 分 成 两 个 频 带 以 及 垂 直 偏 振 波 (vertical) 和水平偏振波 (Horizontal) 来表示。 根据图 46,在两个频带中的各频率,两者 都得到了 8 字型指向性的垂直偏振波。 上述 8 字型指向性的半高宽的中间方向即最大辐射 方向需要从相对于倾斜 25°的前玻璃窗设置面的垂直方向 ( 图 37 的 295°、115°方向 ) 向水平方向 ( 图 37 的 0°、180°方向 ) 倾斜。 图 46 的 (a)、(c) 所示的两个频带中的最 大辐射方向在 910MHz 和 1990MHz,在正面朝向仰角 31°和 24°,在背面朝向俯角 38° 和 25°。 这是通过像图 38( 侧面为图 39) 那样折弯,与平面时的图 10( 侧面为图 13) 相 比,在正面仅向水平方向倾斜 34°和 41°,在背面仅向水平方向倾斜 27°和 40°。 这 是由于与可用直线连接离图 2 和图 3 所示的电流分布 91、92 的供电点最远的点得到的主 要的电场产生面为平面时 ( 图 13) 相比,接近垂直于地面。
根据以上图 46 所示的结果,采用本发明的第四实施方式的天线 125 的话,通过 用两个可高效收发特定的偏振波成分的电波的天线元件结构,在这些天线元件结构内,仅在一方设置供电点,并且从对称轴等距离的两个部位折弯倾向在不同的两个频带的最 大辐射方向,从而能够实现在比平面时更接近水平方向的方向收发以特定的偏振波成分 形成的不同的两个频带的电波的天线。
其次,用图 47 至图 49 对与折弯角度相关的特性比较进行说明。
图 47 是用折弯角度 α、 β 来定义本发明的实施方式的天线的结构。 还有,图 中 (1) ~ (4) 对应于第一~第四实施方式。
图 48 表示第一~第四实施方式的天线的特性比较。 这是把正面方向作为 0°, 背面方向作为 180°,在各频带和各方向对天线的 8 字型指向性的峰值的方向从地面和水 平方向即正面方向或背面方向偏离的角度进行分类来表示。 根据该特性比较,在折弯角 度 (4) 为 High-band( 高频带 ) 的背面以外,从 0°、180°的偏离最小 ( 偏离角度最接近 0° ),为良好的特性。 最大辐射方向的最佳折弯角度依次表示为 (4)、(3)、(2)、(1)。
图 49 表示第一~第四实施方式的天线的特性比较。 这是把正面方向作为 0°, 背面方向作为 180°,在各频带和各方向对天线的 8 字型指向性的最大增益进行分类来比 较。根据该特性比较,在折弯角度 (2) 为 Low-band( 低频带 ) 的正面以外最大增益最高, 为良好的特性。 最大增益良好的折弯角度依次表示为 (2)、 (1)、 (4)、 (3)。 此外,将折弯前的面积相等、并且形状大致相等的天线按照 (1) ~ (4) 的折弯角 度折弯时的体积进行比较时,按照小型的顺序表示的话,依次为 (3)、 (1)、 (4)、 (2)。 以折弯的难易度比较时折弯的难易度 ( 在接近 90°的角度的折弯角度数的 ) 顺序依次表示 为 (4)、(1)、(2)、(3)。 因此,使最大辐射方向、最大增益、体积、折弯难易度 4 点从 第一位到第四位为 1 点到 4 点,点数最少的折弯角度为最佳时,综合起来最佳的折弯角度 为 (4)。
图 50 表示在上述实施方式中,像 (a) 那样供电使用的同轴电缆进入矩形狭缝的 配置的话,得不到良好的特性,像 (b) 那样供电使用的同轴电缆未进入矩形狭缝的配置 的话,可得到良好的特性。 还有,天线的供电线是在天线的长度方向沿水平方向延伸与 天线的供电点连接亦可,在天线的宽度方向沿水平方向延伸与天线的供电点连接亦可, 在与天线的构造面垂直的方向延伸与天线的供电点连接亦可。
图 51 表示在上述实施方式中,如 (a) ~ (c) 那样使折弯位置和折弯间隔从对称 轴等距离的话,共振频率在 ±20MHz 以内变化。
图 52 表示在上述实施方式中,不会因为了调整 800MHz 频带的共振频率使上下 的导体部分 75 上下对称地变形、为了调整 1900MHz 频带的共振频率使上下的导体部分 76 上下对称地变形而使共振特性劣化,能够调整共振频率。
图 53 表示在第四实施方式中,可把天线 125 安装到台阶状的构件上的情况。
此外,天线的狭缝形状不限于上述实施方式的形状,例如,将对称形状的狭缝 形成为其对称轴与导体平板的对称轴一致也可以。 以下说明可应用本发明的狭缝形状的 一个例子。
图 54 表示在上述实施方式中,可将本发明应用于上下对称的天线中两端短路型 长方形狭缝 43 的结构。
图 55 表示在上述实施方式中,可将本发明应用于上下对称的天线中两端短路型 梯形狭缝 44 的结构。
图 56 表示在上述实施方式中,可将本发明应用于上下对称的天线中两端短路型 三角形狭缝 45 的结构。
图 57 表示在上述实施方式中,可将本发明应用于上下对称的天线中两端短路型 菱形狭缝 46 的结构。
图 58 表示在上述实施方式中,可将本发明应用于上下对称的天线中两端短路型 蝴蝶结形狭缝 47 的结构。
图 59 表示在上述实施方式中,可将本发明应用于上下对称的天线中两端短路型 椭圆形狭缝 48 的结构。
图 60 表示在上述实施方式中,可将本发明应用于上下对称的天线中单侧敞开型 沙漏形狭缝 49 的结构。
图 61 表示在上述实施方式中,可将本发明应用于上下对称的天线中单侧敞开型 长方形狭缝 50 的结构。
图 62 表示在上述实施方式中,可将本发明应用于上下对称的天线中单侧敞开型 梯形狭缝 51 的结构。
图 63 表示在上述实施方式中,可将本发明应用于上下对称的天线中单侧敞开型 三角形狭缝 52 的结构。
图 64 表示在上述实施方式中,可将本发明应用于上下对称的天线中单侧敞开型 菱形狭缝 53 的结构。
图 65 表示在上述实施方式中,可将本发明应用于上下对称的天线中单侧敞开型 蝴蝶结形狭缝 54 的结构。
图 66 表示在上述实施方式中,可将本发明应用于上下对称的天线中单侧敞开型 椭圆形狭缝 55 的结构。
图 67 表示在上述实施方式中,可将本发明应用于上下对称的天线中单侧敞开型 沙漏形狭缝 56 的结构。
图 68 表示在上述实施方式中,可将本发明应用于上下对称的天线中两端短路型 狭缝的结构 43 在对称轴 5 上保持对称结构的同时两个配置成 1 列,且仅在单个上设置供 电点的情况。
图 69 表示在上述实施方式中,可将本发明应用于上下对称的天线中单侧敞开型 狭缝的结构 50 在对称轴 5 上保持对称结构的同时两个配置成 1 列,且仅在单个上设置供 电点的情况。
图 70 表示在上述实施方式中,可将本发明应用于上下对称的天线中两端短路型 狭缝 43 和单侧敞开型狭缝 50 在对称轴 5 上保持对称结构的同时每一个配置成 1 列,且仅 在单个上设置供电点的情况。
这样,狭缝即使是两个形状也相同,具有不同的宽度以及 / 或者不同的长度亦 可。 此外,狭缝是各不相同的形状亦可。
在上述实施方式中,在导体平板 2 上形成狭缝而做成天线,但除了导体平板 2 之 外也可以在由铜箔或铝箔构成的软性导体片材 ( 薄膜 ) 上形成狭缝来做成天线。
此外,在上述实施方式中,供电使用了同轴电缆,但也可以使用多根单芯电缆 或扁平电缆。其次,对内装了本发明的天线的电子设备进行说明。
图 71 表示在第四实施方式中,在具备显示器 102 的便携终端 ( 手机等 )101 之 中,如图那样可内装天线 1。
图 72 表示在第四实施方式中,在电子设备 ( 笔记本电脑等 )103 之中,如图那样 可将天线 1 内装于显示器的框架部分 ( 图表示框架上部 )。
图 73 表示在第四实施方式中,在电子设备 ( 笔记本电脑等 )103 之中,如图那样 可将天线 1 内装于键盘的跟前侧。
这样,在将本发明的天线内装于电子设备时,天线的供电线配置在电子设备的 箱体内亦可。
图 74 表示在第四实施方式中,可在安装组件 ( 树脂制的盒等 )104 之中,如图那 样内装天线 1,用具有粘着性的胶带 ( 双面胶带等 )105 设置到建筑物的墙壁、天花板、窗 玻璃或车辆的窗玻璃等上。
图 75 表示在第四上述实施方式中,可在安装单元 ( 树脂制的盒等 )104 之中,如 图那样内装天线 1,用具有吸附性的物体 ( 吸盘等 )106 设置到建筑物的墙壁、天花板、窗 玻璃或车辆的窗玻璃等上。
图 76 表示在第四实施方式中,在一体型单元 ( 树脂制的盒等 )107 之中,如图那 样,内装本发明的蜂窝电话对应天线 108,通过在空的空间内装与无线通讯电话以外的无 线系统对应的天线 109,从而可对应两个以上的无线系统。
综上所述,本发明的天线,通过使用两个能够高效地收发特定的偏振波成分的 天线元件结构,在这些天线元件结构内,仅在一方设置供电点,并且在离通过供电点及 两个天线元件结构的中央的对称轴等距离处折弯,并进行各天线元件结构的尺寸调整、 或供电位置的调整、或组合两种方法的调整,从而能够调整在不同的两个频带的共振特 性,因而能够以更简单的结构用单体收发由特定的偏振波成分形成的不同的两个频带的 电波,能够实现使最大辐射方向的倾斜成为可能的小型天线。
此外,本发明的天线在内装在电子设备的箱体内时,或者设置在使用了金属 ( 导体 ) 的设备等时,只要箱体内或设备等的金属 ( 导体 ) 部不接近或接触有助于两个天 线元件结构的各电磁辐射的部分和调整共振特性的部分,就不会影响到天线的电波收发 特性,从而容易选择天线位置。
本发明的天线中使用的供电线只要在不与两个天线元件各自的无导体区域交叉 的位置,就不会对天线元件的电波收发特性造成影响,能够自由选择引出方向,因此在 内装于电子设备的箱体时或设置于设备等时,能够使供电线的配置变得容易。