微带天线、信息设备的制作方法

1.本公开涉及一种微带天线、信息设备。


背景技术：

2.微带天线被使用于移动电话、卫星通信用设备、汽车等移动体等中。在下述的专利文献1、专利文献2中记载有微带天线。
3.为了提高天线的性能，在下述的非专利文献1、非专利文献2中记载了为了提高天线的增益而将4个天线进行阵列化。在非专利文献1中记载了通过功率分配器来将4个天线元件进行阵列化的结构。在非专利文献1的技术的情况下，对于配置天线的面和配置电路的面，适合的基板材料不同且适合的厚度也不同。因此，利用不同的基板构成天线和电路以得到高增益。
4.现有技术文献
5.专利文献
6.专利文献1：日本特开2003
‑
258539号公报
7.专利文献2：日本特开2003
‑
283241号公报
8.非专利文献
9.非专利文献1：richard e.hodges及其他3人、“a deployable high
‑
gain antenna bound for mars：developing a new folded
‑
panel reflectarray for t he first cubesat mission to mars(用于火星的可部署高增益天线：为首次火星立方星任务开发新的折叠面板反射阵列).”、[网络上]、2017年2月21日、ie ee antennas and propagation magazine、因特网(url：https://www.research gate.net/publication/315370269_a_deployable_high
‑
gain_antenna_bound_for_mars_developing_a_new_folded
‑
panel_reflectarray_for_the_first_cubesat_mi ssion_to_mars)
[0010]
非专利文献2：mka rahim及其他3人、“antenna array at 2.4ghz for wireless lan system using point to point communication(用于点对点通信的无线局域网系统的2.4ghz的天线阵列)”、[网络上]、2007年12月4日、ieee xplore、因特网(url：https://www.researchgate.net/publication/4364395_ant enna_array_at_24_ghz_for_wireless_lan_system_using_point_to_point_com munication)


技术实现要素：

[0011]
发明要解决的问题
[0012]
在非专利文献2中记载有在天线面构成功率分配器等电路。但是，牺牲了天线的辐射效率。
[0013]
因此，本公开的目的在于提供一种进一步提高了性能的微带天线。
[0014]
用于解决问题的方案
[0015]
本公开的一个方式所涉及的微带天线具有从具备第一边、第二边、第三边以及第
四边的方形谐振器中的第一边和第二边分别朝向方形谐振器的中心开出缺口的形状，通过该开出缺口的形状而具有有助于以下部分的辐射特性的形状：所述部分为相对于成为该开出缺口的形状的周边的第一部分而言具有相向的位置关系的第二部分和第三部分，其中，第一边和第二边平行于第一方向且长度相当于3/2波长，第三边和第四边平行于与第一方向正交的第二方向，第一部分、第二部分以及第三部分在第一方向上的长度分别相当于1/2波长，第一部分在第二方向上的宽度因开出缺口的形状而与第二部分及第三部分在第二方向上的宽度相比窄，第二部分和第三部分中的任一方具备馈电点。
[0016]
发明的效果
[0017]
根据本公开，能够提供一种进一步提高了性能的微带天线、信息设备。
附图说明
[0018]
图1是示出现有的微带天线的结构的图。
[0019]
图2是示出实施方式中的微带天线的图。
[0020]
图3是示出动作比较的条件的图。
[0021]
图4是示出天线的辐射指向性的比较结果的图。
具体实施方式
[0022]
下面，参照附图来说明实施方式。此外，以下，对与已说明的要素相同或类似的要素标注相同或类似的标记，基本上省略重复的说明。例如，在存在多个相同或类似的要素的情况下，有时利用共通的标记以不区分地说明各要素，有时除了利用该共通的标记还利用分支编号以区分地说明各要素。
[0023]
<比较例>
[0024]
首先，将现有的微带天线10的结构作为比较对象来进行说明。
[0025]
图1是示出现有的微带天线的结构的图。如图1的(a)所示，微带天线10具备馈电电路用基板11、接地板(地导体板)12、天线用基板(电解质基板)13、微带贴片14、馈电引脚15、以及馈电导体16。
[0026]
在图1的(a)中，将天线用基板13等的具有微带贴片14的表面设为由x轴和y轴规定的面，将垂直于该x轴及y轴的方向设为z轴。也就是说，z轴表示微带天线10的厚度方向。
[0027]
馈电电路用基板11具备馈电导体16。馈电导体16用于对馈电引脚15进行馈电。由馈电导体16和接地板12形成微带线(microstrip line)。该微带线为用于传输电力的线路。
[0028]
接地板12为导体，设置于天线用基板13与馈电电路用基板11之间。
[0029]
天线用基板13的上表面具备微带贴片14。
[0030]
微带贴片14通过馈电引脚15被馈送电力。馈电引脚15通过馈电点17而与微带贴片14连接，经由馈电点17来对微带贴片14进行馈电。
[0031]
通过微带贴片14和接地板12形成微带天线。该微带天线辐射电波。有时也将微带贴片14称作辐射元件。
[0032]
馈电导体16对馈电引脚15馈送电力。
[0033]
此外，在图示的例子中，示出了微带贴片14呈圆形或椭圆形的例子，但是也存在方形的微带贴片。图1的(b)是示出方形形状的微带贴片14的例子的图。
[0034]
如图1的(b)所示，方形的微带天线具有与长度“l”、宽度“w”的微带线同等的结构，作为谐振器而进行动作。
[0035]
如图1的(c)所示，还存在通过功率分配器来将天线元件进行阵列化的结构。在图1的(c)中，在天线面配置有天线元件24(24a～24h)。将天线元件24a、24b、24c、24d这4个天线元件进行阵列化。另外，将天线元件24e、24f、24g、24h这4个天线元件进行阵列化。
[0036]
图1的(d)示出配置功率分配器25的基板的表面。图1的(d)与图1的(c)对应，在图1的(d)中用虚线示出了图1的(c)中的天线元件24的配置位置。
[0037]
此外，在图1的(c)和图1的(d)的例子中，在天线面(图1的(c))配置功率分配器25的情况下，与图1的(c)的情况相比，需要在天线面确保用于配置功率分配器25的区域，因此使天线的辐射效率下降。
[0038]
如以上那样，在将天线元件24进行阵列化时，利用功率分配器25，因其损耗而使天线的辐射效率下降。
[0039]
另外，在天线面和用于配置功率分配器25的电路面分别由不同的基板构成的情况下，功率分配器所占的面积较大(面积占有率高)，从而配置功率分配器的基板的用于构成其它电路的面积可能受到限制。
[0040]
<实施方式中的微带天线的说明>
[0041]
图2是示出实施方式中的微带天线的图。
[0042]
图2的(a)示出实施方式中的微带天线的形状的一例。如图所示，微带贴片34a具有h型的形状。
[0043]
微带贴片34a被构成为具有规定波长的方形谐振器。在此，如图所示，微带贴片34a被构成为作为规定波长的、3/2有效波长(下面记述为波长)的方形谐振器。关于微带线路，有效介电常数根据特性阻抗而改变，因此有效波长不同。也就是说，有效波长由变量决定，因此在微带贴片34a中，将宽度的长度记载为“λg”等。
[0044]
在图示的例子中，微带贴片34a通过在横向上具有3/2波长的宽度，来作为谐振器进行动作。如图所示，将缺口部38a、38b的宽度(图示的例子中的横向上的长度)设为“1/2λg
2”。
[0045]
在微带贴片34a中，将缺口部38a、38b之间的区域设为第一部分(与后面在图3的(a)中所记述那样的h型的形状的收缩部分相当的第一部分39a)。
[0046]
在微带贴片34a中，将与第一部分相向的2个区域设为第二部分和第三部分(如图3的(a)所示的第二部分39b和第三部分39c)。将第二部分39b的宽度设为“1/2λg
1”。将第三部分39c的宽度设为“1/2λg
3”。
[0047]
根据以上内容，将微带贴片34a的宽度(图示的例子中的横向上的长度)表述为1/2(λg1 λg2 λg3)，该微带贴片34a的宽度如上述那样设为3/2波长。
[0048]
在微带贴片34a中，纵向上的长度(图示的例子中的长度“w”)为1/2有效波长以上的任意的值。在图示的例子中，示出了长度“w”为“1/2λg
4”以上。
[0049]
微带贴片34a具有如缺口部38a、38b所示那样切除后的形状。该缺口部38a、38b的宽度(图示的例子中的横向上的长度)具有基于规定波长的长度。缺口部38a、38b的一边的长度(宽度)被构成为作为基于规定波长的长度的、1/2波长的宽度。微带贴片34a通过具有按照缺口部38a、38b切除后的形状，从而成为具有h型的形状的收缩部分(也就是缺口部
38a、38b之间)的形状。
[0050]
微带贴片34a在与h型的形状的收缩部分不同的位置具有馈电点17。如图所示，微带贴片34a在h型的形状中隔着收缩部分而相向的2个区域的任意的位置具有馈电点17。该区域由3/2波长的边和1/2波长的边构成。
[0051]
如以上那样，与不具有缺口部38a、38b的方形谐振器相比，当在该方形谐振器(没有缺口部分)从馈电点进行馈电时，该方形谐振器作为3/2波长谐振器，线性地按1/2波长出现3个相同强度的电流的峰值。此时，中央的1/2波长部由于相位与相向的2个区域的电流的相位为相反相位，因此无助于z方向(正面方向)上的辐射，从而成为旁瓣成分。另一方面，微带贴片34a在通过馈电点17进行了馈电的情况下，通过具有缺口部38a、38b，由此与相向的2个区域相比，在h型的形状的收缩部分处流过较小的电流(与没有缺口部分的方形谐振器相比，特性阻抗高，较难流过电流)，也就是说，在收缩部分，就微带天线的辐射特性而言，能够进一步降低旁瓣电平。
[0052]
此外，关于该收缩部分，为了进一步降低旁瓣电平，也可以利用金属来进行屏蔽。
[0053]
另外，也可以使该收缩部分的厚度(z轴方向)比与该收缩部分相向的2个区域的厚度(z轴方向)薄。
[0054]
如以上那样，微带贴片34a具有对方形谐振器开出缺口的形状(缺口部38a、38b)，通过该开出缺口的形状而具有有助于以下部分的辐射特性的形状：该部分为相对于成为该开出缺口的形状的周边的第一部分(处于缺口部38a、38b之间的收缩部分。后述的图3的第一部分39a)而言具有相向的位置关系的第二部分(后述的图3的第二部分39b)和第三部分(后述的图3的第三部分39c)。
[0055]
图2的(b)示出实施方式中的微带天线的形状的另一例。如图所示，与图2的(a)的微带贴片34a相比，微带贴片34b在将h型的形状的收缩部分夹在中间且相向的2个区域具有按照缺口部38c、38d(狭缝)切除后的形状。该缺口部38c、38d中的任一个设置在馈电点17的附近。如图所示，微带贴片34b形成为在馈电点17的附近具有缺口部38d。在微带贴片34b中，对上述的2个区域进行切除的部分的数量设为2个，但是也可以不限于2个。
[0056]
图2的(c)示出实施方式中的微带天线的形状的另一例。如图所示，与图2的(a)的微带贴片34a相比，微带贴片34c在h型的形状的收缩部分具有再从收缩部分的外侧起按照缺口部38e、38f切除后的形状。也就是说，在微带贴片34c中，在通过馈电点17进行了馈电的情况下，在缺口部38e、38f所夹持的部分(微带贴片34c的h型的形状的收缩部分的进一步收缩的部分)中流动电流(与没有缺口部分的方形谐振器相比，较难流过电流)。在图示的例子中，微带贴片34c的h型的形状的收缩部分形成得比微带贴片34a的h型的形状的收缩部分更粗。在微带贴片34c中，从收缩部分的外侧起切除的部分的数量设为2个，但是也可以不限于2个。
[0057]
图2的(d)示出实施方式中的微带天线的形状的另一例。如图所示，与图2的(a)的微带贴片34a相比，微带贴片34d在h型的形状的收缩部分具有在收缩部分的内侧按照缺口部38g切除后的形状。也就是说，在微带贴片34d中，在通过馈电点17进行了馈电的情况下，电流以绕过缺口部38g的方式流动。通过电流以该绕过方式流动并且在狭缝的左右使电流的相位反转，由此能够进一步降低旁瓣电平。在微带贴片34d中，在收缩部分的内侧切除的部分的数量设为1个，但是也可以不限于1个。
[0058]
<动作比较>
[0059]
说明将实施方式中所说明的微带贴片34b与作为现有例来说明的天线阵列的动作进行比较得到的结果。
[0060]
图3是示出动作比较的条件的图。图3的(a)示出实施方式中的微带贴片34b的形状和尺寸。图3的(b)示出作为比较例的在图1的(c)、(d)中所说明的天线阵列的形状和尺寸。如上所述，微带贴片34b具有成为h型的形状的收缩部分的第一部分39a、以及相对于该收缩部分而言具有相向的位置关系的第二部分39b及第三部分39c。
[0061]
如图3的(a)、(b)所示，微带贴片34b与由天线元件24a、24b、24c、24d构成的天线阵列设为相同的尺寸。即，微带贴片34b具有一边的宽度为“70mm”的尺寸。也就是说，图3的(a)的例子中示出的微带贴片34b将宽度(图示的例子中的横向上的长度)与长度“w”(图示的例子中的纵向上的长度)设为同等。在使长度“w”变动的情况(在使长度“w”变大的情况)下，与变动之前相比，虽然产生不需要的谐振，但也会提高增益，提高微带贴片34的辐射效率。
[0062]
另一方面，天线阵列的天线元件24a、24b、24c、24d分别具有宽度为“23.5mm”的尺寸，通过对这些天线元件24a、24b、24c、24d进行配置，由此使天线阵列整体上具有一边的宽度为“23.5mm”的尺寸。
[0063]
也就是说，微带贴片34b与天线阵列在被配置于基板时专有的面积是同等的。
[0064]
图4是示出天线的辐射指向性的比较结果的图。
[0065]
作为图4所示的例子，示出了基于5.8ghz的信号的动作的比较结果。对微带贴片34b的辐射指向性进行实测，基于实测值绘制了曲线图。关于作为现有例来说明的天线阵列，基于通过电磁场仿真获得的计算值绘制了曲线图。
[0066]
以上的比较结果为，(1)关于增益，与现有例的天线阵列相比，微带贴片34b不需要功率分配器(功率分配器25)，因此提高15％左右的效率。
[0067]
具体地说，当将微带贴片34b与现有例的天线阵列进行比较时，现有例的天线阵列的多个天线元件24a、24b、24c、24d的增益与微带贴片34b的增益是同等的。例如，在相对介电常数为“1”、配置天线阵列的基板的厚度为“1mm”的条件下，微带贴片34b的增益与天线元件24a、24b、24c、24d的增益都为15.4(dbi)左右。
[0068]
另一方面，在相对介电常数为“3.2”、配置功率分配器的基板的厚度为“0.8mm”的条件下，由于在天线阵列中配置功率分配器(功率分配器25)引起的损耗为0.7(db)。
[0069]
根据以上内容，当将考虑到由于功率分配器引起的损耗的天线阵列的有效增益与微带贴片34b的有效增益进行比较时，微带贴片34b的有效增益为15.4(dbi)，与此相对，现有例的天线阵列的有效增益为14.7(dbi)(也就是“15.4
”‑“
0.7”)，从而微带贴片34b与现有例的天线阵列相比提高了15％左右(0.7db)的效率。
[0070]
另外，(2)关于辐射指向性，与现有例的天线阵列相比，微带贴片34b的旁瓣较低，抗干扰性优异。
[0071]
例如，作为辐射指向性，在相对于与配置有微带贴片34b或现有例的天线阵列的基板的表面垂直的轴(z轴)的仰角为
“±
50
°”
的方向上，微带贴片34b的关于e面的旁瓣电平为
“‑
16.7”(db)，与此相对，现有例的天线阵列的关于e面的旁瓣电平被评价为
“‑
13.2”(db)，微带贴片34b的旁瓣电平降低3(db)以上。
[0072]
例如，作为辐射指向性，在相对于z轴的仰角为
“±
55
°”
的方向上，微带贴片34b的
关于h面的旁瓣电平为
“‑
16.6”(db)，与此相对，现有例的天线阵列的关于h面的旁瓣电平被评价为
“‑
10.5”(db)，微带贴片34b的旁瓣电平降低6(db)以上。
[0073]
下面，当具体地进行说明时，图4的(a)是将微带贴片34b与作为现有例来说明的天线阵列的e面的指向特性进行比较的图。在图4的(a)中，用虚线表示微带贴片34b的辐射指向性41，用实线表示作为现有例来说明的天线阵列的辐射指向性42。
[0074]
图4的(b)是将微带贴片34b与作为现有例来说明的天线阵列的h面的指向特性进行比较的图。在图4的(b)中，用对各测定点标注了圆形记号(记号
“●”
)的实线表示微带贴片34b的辐射指向性43，用没有圆形记号的实线表示作为现有例来说明的天线阵列的辐射指向性44。
[0075]
在图4的(a)、(b)中，将微带贴片34b的辐射指向性41表述为“新型高增益天线”，将作为现有例来说明的天线阵列的辐射指向性42表述为“现有四元件阵列”。另外，在图4的(a)、(b)中，横轴表示相对于与配置有微带贴片34b或天线阵列的基板的表面垂直的轴(z轴)的仰角。纵轴表示增益。
[0076]
如图4的(a)、(b)所示，在相对于z轴的仰角为
“±0°”
的附近，辐射指向性41(微带贴片34b)的增益变为比辐射指向性42(作为现有例的天线阵列)高效的增益，辐射指向性43(微带贴片34a)的增益变为比辐射指向性44(作为现有例的天线阵列)高效的增益。
[0077]
另外，关于旁瓣电平(例如，仰角
“±
50
°”
、仰角
“±
55
°”
附近)，也是辐射指向性41低于辐射指向性42，辐射指向性43低于辐射指向性44。
[0078]
根据以上内容，尽管天线的面积为相同的程度，但本实施方式的微带天线的辐射效率可以说更高。
[0079]
当与现有例进行比较时，实施方式中所说明的微带天线由于不需要设置功率分配器(合成器)，因此能够消除由于功率分配器引起的损耗，能够得到更高的辐射效率。另外，由于能够不需要功率分配器用的基板，因此使得更加容易制造。另外，在与配置天线的表面相对的背面构成电路的情况下，由于不需要配设功率分配器，因此能够广泛地利用背面的用于构成期望的电路的面积。
[0080]
如以上那样说明的微带天线能够被搭载于移动电话、卫星通信用设备、汽车等移动体等各种各样的信息设备中。即，信息设备具备上述的实施方式中所说明的微带天线(微带贴片34a、34b、34c、34d)。该信息设备通过微带贴片34a等辐射电力，从而也可以设为用于对其它装置供给电力的设备。也就是说，可以设为信息设备是以无线方式传输电力的无线送电设备。
[0081]
<附记>
[0082]
下面附记以上的各实施方式中所说明的事项。
[0083]
(附记1)
[0084]
一种微带天线(34a、34b、34c、34d)，具有对方形谐振器开出缺口的形状(38a、38b、38c、38d、38e、38f、38g)，通过该开出缺口的形状而具有有助于以下部分的辐射特性的形状：该部分为相对于成为该开出缺口的形状的周边的第一部分(39a)而言具有相向的位置关系的第二部分(39b)和第三部分(39c)。
[0085]
(附记2)
[0086]
根据附记1所记载的微带天线，作为开出缺口的形状，具有对方形谐振器的相向的
2个边从方形谐振器的外侧起开出缺口的形状(38a、38b)，从而方形谐振器具有h型的形状。
[0087]
(附记3)
[0088]
根据附记2所记载的微带天线，该开出缺口的形状的宽度具有基于该边的长度的长度(图2)。
[0089]
(附记4)
[0090]
根据附记3所记载的微带天线，方形谐振器具有3/2波长的边，该开出缺口的形状的宽度为1/2波长(图2)。
[0091]
(附记5)
[0092]
根据附记4所记载的微带天线，第一部分是被开出缺口的形状夹在中间的部分，第二部分和第三部分的宽度分别为1/2波长(图2)。
[0093]
(附记6)
[0094]
根据附记1至5中的任一项所记载的微带天线，不是第一部分而是在第二部分和第三部分中的任一方具备馈电点(17)。
[0095]
(附记7)
[0096]
根据附记1至6中的任一项所记载的微带天线，该微带天线具有从第二部分或第三部分的内侧开出缺口的形状(38c、38d)。
[0097]
(附记8)
[0098]
根据附记1至7中的任一项所记载的微带天线，在第一部分具有进一步从第一部分的外侧起开出缺口的形状(38e、38f)。
[0099]
(附记9)
[0100]
根据附记1至7中的任一项所记载的微带天线，在第一部分具有进一步从第一部分的内侧开出缺口的形状(38g)。
[0101]
(附记10)
[0102]
一种信息设备，具备附记1至9中的任一项的微带天线。
[0103]
附图标记说明
[0104]
10：微带天线；11：馈电电路用基板；12：接地板；13：天线用基板；14：微带贴片；15：馈电引脚；16：馈电导体；17：馈电点；24a、24b、24c、24d、24e、24f、24g、24h：天线元件；25：功率分配器；34a、34b、34c、34d：微带贴片；38a、38b、38c、38d、38e、38f、38g、38h：缺口部；41、42、43、44：辐射指向性。