UWB用天线.pdf

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摘要
申请专利号:

CN200410042838.3

申请日:

2004.05.26

公开号:

CN1599129A

公开日:

2005.03.23

当前法律状态:

撤回

有效性:

无权

法律详情:

发明专利申请公布后的视为撤回|||实质审查的生效|||公开

IPC分类号:

H01Q1/27; H01Q1/36; H01Q13/10

主分类号:

H01Q1/27; H01Q1/36; H01Q13/10

申请人:

三美电机株式会社; 中野久松

发明人:

三好明; 中野久松

地址:

日本东京都

优先权:

2003.09.18 JP 2003-325858

专利代理机构:

北京银龙知识产权代理有限公司

代理人:

郝庆芬

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内容摘要

USB用天线。可宽频带化,实现频率特性的改善。UWB用天线(10)由上侧介电体(11)和下侧介电体(13)以及其间夹持的导体图案(15)构成。导体图案在前面(10f)的大致中央部具有馈电点(151),由具有从该馈电点分别以规定角度(θ)向右侧面(10rs)和左侧面(101s)加宽的右侧斜坡部(152)和左侧斜坡部(153)的倒三角形部分(15-1)和底边与该倒三角形部分的上边相接的矩形部分(15-2)构成。希望矩形部分(15-2)中至少形成1个缝隙。

权利要求书

1.  一种UWB用天线,由上侧介电体和下侧介电体以及在上述上侧介电体和上述下侧介电体之间夹持的导体图案构成,其特征在于,上述导体图案在前面的大致中央部具有馈电点,由具有从该馈电点分别以规定角度向右侧面和左侧面加宽的右侧斜坡部和左侧斜坡部的倒三角形部分和底边与该倒三角形部分的上边相接的矩形部分构成。

2.
  根据权利要求1所述的UWB用天线,其特征在于,上述规定角度在40°~60°的范围中。

3.
  根据权利要求1或2所述的UWB用天线,其特征在于,上述矩形部分中至少形成1个缝隙。

4.
  根据权利要求3所述的UWB用天线,其特征在于,上述缝隙数为2以上。

5.
  一种UWB用天线,由上侧介电体和下侧介电体以及在上述上侧介电体和上述下侧介电体之间夹持的导体图案构成,其特征在于,上述导体图案在前面的大致中央部具有馈电点,由具有从该馈电点分别以规定角度向右侧面和左侧面加宽的右侧斜坡部和左侧斜坡部的倒三角形部分和底边与该倒三角形部分的上边相接的半圆形部分构成。

6.
  根据权利要求5所述的UWB用天线,其特征在于,上述规定角度在40°~60°的范围中。

7.
  根据权利要求5或6所述的UWB用天线,其特征在于,上述半圆形部分中至少形成1个缝隙。

8.
  根据权利要求7所述的UWB用天线,其特征在于,上述缝隙数为2以上。

说明书

UWB用天线
发明领域
本发明涉及天线,尤其涉及UWB(Ultra Wide band:超宽频带)用天线。
背景技术
所谓UWB正如其名,指的是超宽频带无线电,是指占据中心频率的25%以上,或1.5GHz以上的带宽的无线电传输方式的广义的用语。简而言之,是使用超宽频带的短脉冲(通常是1ns以下)通信、在无线电领域起革命性作用的技术。
原来的无线电与UWB的决定性的不同之处是有无载波。原来的无线电中,以各种方法调制称为载波的一定频率的正弦波,发送接收数据。与此相对,UWB中,不使用所述载波。如UWB的定义中所写入的那样,使用超宽频带的短脉冲。
UWB正如其名,具有超宽频带的频带。另一方面,原来的无线电仅具有狭窄的频带。这是因为频带越窄,越能够充分利用电波。电波是有限资源。那么,为什么尽管UWB为超宽频带依然受到关注,其理由在各频率上的输出功率上。UWB频带宽但是另一方面各频率的输出非常小。其大小到了几乎被噪声淹没的程度,因此可以说与其他无线电通信的干涉非常少。FCC(Federal Communications Commission:美国联邦通信委员会)附带上条件而进行许可也是因为考虑到防止与其他无线电通信的干扰带来问题。
由于UWB是超宽频带,与现有的无线电通信业务频带重叠。因此目前状况为UWB的频带限定在3.1GHz到10.6GHz之间。
另外,天线基本上利用共振现象。天线根据其长度不同而共振的频率不同,但包含很多频率成分的UWB的情况下难以使其共振。因此,要发送的电波的频带越宽,相应地天线的设计越是困难。
例如,作为小型天线,已知有拼片(patch)天线。作为这种拼片天线之一,已知有在便携性好的同时,频率温度特性高、共振频率的分散小并可靠性好的小型平面拼片天线(例如参考专利文献1)。也已知与多个频率对应的拼片天线装置(例如参考专利文献2)。
然而,拼片天线并非宽频带,因此不适于作为UWB用天线使用。
另一方面,太阳诱电(公司)在近距离无线电通信领域中,作为能够同时实现大容量数据传输和低功率消耗的下一代技术,针对目前最被关注的UWB,开发成功了10mm×8mm形状的、厚度仅为1mm的超小型的陶瓷芯片天线。通过该天线的开发,把迄今为止仅限于军事用途的UWB推广到以超高速连接PDP(Plasma Display Panel:等离子体显示屏)电视和数字相机等数字设备之间的数据等的民用用途中,甚至在移动设备领域中可实现进入视野的设备的小型化。
这种UWB用天线可用于蓝牙(商标)、无线电LAN(局域网)等用途。
蓝牙是可在台式计算机和笔记本计算机、PDA(个人数字助理)、便携电话、打印机、扫描仪、数字相机以及家电制品之间实现比较窄范围中的声音和数据的无线电通信的尖端技术所使用的一般公开规格。蓝牙使用可在地球上任何地方使用的2.4GHz频带的电波动作,因此在全世界都可使用。简言之,利用蓝牙时,不需要用于和数字周边设备连接的电缆,电缆连接中造成的麻烦也已经成为过去。
无线电LAN是利用电波、红外线等有限电缆以外的传输路径的LAN。
【专利文献1】特开平7-94934号公报
【专利文献2】特开平10-190347号公报
发明内容
如上所述,像拼片天线这种原来的天线中,宽频带化困难,发生波形失真(波形加宽)的问题。
因此本发明的课题是提供可宽频带化的UWB用天线。
根据本发明的第一形式,得到一种UWB用天线(10,10A),由上侧介电体(11)和下侧介电体(13)以及在上侧介电体和下侧介电体之间夹持的导体图案(15)构成,其特征在于,导体图案在前面(10f)的大致中央部具有馈电点(151),由具有从该馈电点分别以规定角度(θ)向右侧面(10rs)和左侧面(10ls)加宽的右侧斜坡部(152)和左侧斜坡部(153)的倒三角形部分(15-1)和底边与该倒三角形部分的上边相接的矩形部分(15-2)构成。
在根据上述本发明的第一形式的UWB用天线(10,10A)中,最好是规定角度(θ)在40°~60°地范围中。希望在矩形部分(15-2)中至少形成1个缝隙。更好是缝隙数为2以上。
根据本发明的第二形式,得到一种UWB用天线(10B,10C),由上侧介电体(11)和下侧介电体(13)以及在上侧介电体和下侧介电体之间夹持的导体图案(15A)构成,其特征在于,导体图案在前面(10f)的大致中央部具有馈电点(151),由具有从该馈电点分别以规定角度(θ)向右侧面(10rs)和左侧面(10ls)加宽的右侧斜坡部(152)和左侧斜坡部(153)的倒三角形部分(15-1)和底边与该倒三角形部分的上边相接的半圆形部分(15-3)构成。
在根据上述本发明的第二形式的UWB用天线(10B,10C)中,最好规定角度(θ)在40°~60°的范围中。希望半圆形部分(15-3)中至少形成1个缝隙(17)。最好缝隙数为2以上。
上述括号内的符号是为了容易理解本发明而加上的,不过是一个例子,当然不应限定于此。
本发明中,用2块介电体夹持导体图案,该导体图案具有馈电点和从该馈电点以规定角度向两侧加宽的斜坡部,因此实现能够得到宽频带的UWB用天线的效果。
附图说明
图1表示本发明的第一实施例的UWB用天线的结构,(a)是横截面平面图,(b)是纵截面侧面图;
图2是表示图1所示的UWB用天线的角度变化时的天线特性的特性图;
图3是表示本发明的第二实施例的UWB用天线的结构的横截面平面图;
图4是表示变化图3所示的UWB用天线的缝隙数(切入数)时的天线特性的特性图;
图5是表示变化图3所示的UWB用天线的缝隙的深度(切入深度)时的天线特性的特性图;
图6是表示本发明的第三实施例的UWB用天线的结构的横截面平面图;
图7是表示本发明的第四实施例的UWB用天线的结构的横截面平面图。
具体实施方式
下面参考附图详细说明本发明的实施例。
参考图1说明本发明的第一实施例的UWB用天线10。图1中,(a)是UWB用天线10的横截面平面图,(b)是UWB用天线10的纵截面侧面图。
UWB用天线10整体外观是具有长度(纵)B、宽度(横)W、厚度T的长方体(矩形板)的形状。图示的例子中,长度B为22mm、宽度W为21.6mm、高度T为0.8mm。
UWB用天线10具有上面10u、底面10d、前面10f、后面10b、右侧面10rs和左侧面10ls。
UWB用天线10由上侧矩形介电体11和下侧矩形介电体13以及在上侧矩形介电体11和下侧矩形介电体13之间夹持的导体图案15构成。上侧矩形介电体11和下侧矩形介电体13分别具有长度B、宽度W、高度T/2。导体图案15例如由银膏等材料制作,其厚度约为8微米。
上侧矩形介电体11和下侧矩形介电体13具有介电常数εr。在图示的例子中,介电常数εr为4.4。上侧矩形介电体11和下侧矩形介电体13例如由陶瓷板构成。
导体图案15在前面10f的大致中央部具有馈电点151,具有从该馈电点151分别以规定角度(θ)向右侧面10rs和左侧面10ls加宽的右侧斜坡部152和左侧斜坡部153。在图示的例子中角度θ为45°。
即,导体图案15由在前面10f侧上形成的倒三角形部分15-1和在背面10b侧上形成的矩形部分15-2构成。倒三角形部分15-1的上边与矩形部分15-2的底边相互接触。矩形部分15-2具有纵向S和横向W,倒三角形部分15-1具有高度(B-S)。在图示的例子中,纵向S为10.8mm。
在导体图案15的馈电点151上在纵向G电连接宽度W的接地部件20。在图示的例子中,纵向G为0.8mm。
图2中表示图1所示的UWB用天线10的角度θ变化时的天线特性。图2中横轴表示频率(GHz),纵轴表示S参数的S11(dB)。
这里S参数用下面的式1定义。
【式1】

这里,a1,a2是输入电压,b1,b2是反射电压。从式1,S11和S12通过式1中设a2=0来求出,S12和S22通过式1中设a1=0来求出。S11和S22表示反射特性,S12和S21表示通过特性。这样,S参数表现为输入电压、反射电压之比,因此即使在微波频带中也能够容易地求出参数。
即,S参数的S11表示反射系数。反射系数S11小,表示天线匹配。
例如,反射系数S11要求在-10dB以下。此时,角度θ为60°或55°,反射系数S11在频率5~6GHz下为-10dB以上,是不好的情况。另一方面,角度θ为50°、45°和40°,反射系数S11小于-10dB。可知角度θ为40°,为-10dB以下的频带带宽变窄,角度θ为55°时,频带带宽变宽。
另一方面,要求反射系数S11在-5dB以下。此时,角度θ为40°、45°、50°、55°、60°的任一情况下,可知在从约4GHz到约9GHz之间的频率范围中,反射系数S11都在-5dB以下。
参考图3,说明本发明的第二实施例的UWB用天线10A。图3是UWB用天线10A的横截面平面图。
图示的UWB用天线10A除在矩形部分15-2中形成缝隙17外,具有与图1所示的UWB用天线10相同的结构。
通过形成这种缝隙17,如后所述,可实现UWB用天线10A的频率特性的改善。
图4表示图3所示的UWB用天线10A在缝隙17的数目(切入数)变化时的天线特性。图4中横轴表示频率(GHz)、纵轴表示S参数的反射系数S11(dB)。
图4中,表示出在将缝隙17的深度(切入深度)恒定为5mm的状态下,切入数为1、2、3、4和5时的UWB用天线10A的天线特性。另外角度θ为45°。
从图4可知,与没有缝隙17的情况(图2的角度θ=45°)相比,形成缝隙17的情况下,反射系数S11在-10dB以下的频率范围加宽若干。因此,可实现频率特性的改善。切入数为1时,反射系数S11在-10dB以下的频率范围最窄,切入数为2~5时,反射系数S11在-10dB以下的频率范围几乎相同。因此,切入数最好在2以上。
图5表示图3所示的UWB用天线10A在缝隙17的深度(切入深度)变化时的天线特性。图5中横轴表示频率(GHz)、纵轴表示S参数的反射系数S11(dB)。
图5中,表示出在将缝隙17的数目(切入数)恒定为3的状态下,切入深度为1mm、3mm、5mm、7mm和9mm时的UWB用天线10A的天线特性。另外角度θ为45°。
从图5可知,切入深度为3mm和5mm时,反射系数S11在-10dB以下的频率范围最宽,此外的情况都变窄若干。另外,切入深度为7mm时,频率在5.8GHz附近,反射系数S11一部分在-10dB以上。因此,切入深度位于3~5mm的范围中最好。
参考图6说明本发明的第三实施例的UWB用天线10B。图6是UWB用天线10B的横截面平面图。
图示的UWB用天线10B除使用用半圆形部分15-3替代矩形部分15-2的导体图案15A这一点外,具有与图1所示的UWB用天线10相同的结构。
在具有这种结构的UWB用天线10B中,本发明人确认得到与图1所示的UWB用天线10同样的天线特性。
参考图7说明本发明的第四实施例的UWB用天线10C。图7是UWB用天线10C的横截面平面图。
图示的UWB用天线10C除使用用半圆形部分15-3替代矩形部分15-2的导体图案15A这一点外,具有与图1所示的UWB用天线10相同的结构。
在具有这种结构的UWB用天线10C中,本发明人确认得到与图3所示的UWB用天线10A同样的天线特性。
以上通过最佳实施例说明了本发明,但本发明当然不限定在上述实施例。

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USB用天线。可宽频带化,实现频率特性的改善。UWB用天线(10)由上侧介电体(11)和下侧介电体(13)以及其间夹持的导体图案(15)构成。导体图案在前面(10f)的大致中央部具有馈电点(151),由具有从该馈电点分别以规定角度()向右侧面(10rs)和左侧面(101s)加宽的右侧斜坡部(152)和左侧斜坡部(153)的倒三角形部分(151)和底边与该倒三角形部分的上边相接的矩形部分(152)构。

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