天线装置及车辆的制作方法

1.本发明涉及天线装置及车辆。


背景技术：

2.已开发出了如下技术，该技术通过将天线装置嵌入车辆的顶棚(车顶)，使得天线装置不会从顶棚突起，从而不会破坏车辆外观。
3.例如，在专利文献1中公开了如下内容：设置凹陷(换句话说，凹状的天线容纳部)，该凹陷设置于顶棚，在该天线容纳部内容纳天线装置，并利用构成顶棚的一部分的容纳盖来封闭天线容纳部。根据此种结构，不存在向车体外突出的部分，不会破坏车辆的外观设计，并且能够防止天线被折坏。
4.现有技术文献
5.专利文献
6.专利文献1：日本特开2003-017916号公报


技术实现要素：

7.发明要解决的问题
8.但是，专利文献1中公开的天线装置例如对于嵌入到车辆顶棚时的性能(或者特性)会下降这一点的研究不充分。
9.本发明提供如下技术，该技术例如可抑制嵌入到移动体的外装中的天线装置的性能或特性的下降。
10.解决问题的方案
11.本发明的天线装置包括：天线元件，其配置于移动体的外装中的凹部；以及无源元件，其配置于所述凹部中的从所述天线元件所处的水平面间隔开的位置。
12.应予说明，这些总括性的或具体的方式可由系统、方法、集成电路、电脑程序或记录介质实现，也可由系统、装置、方法、集成电路、电脑程序及记录介质的任意的组合实现。
13.发明效果
14.根据本发明的一个方式，能够抑制在天线装置嵌入到移动体的外装中的情况下的天线装置的性能或特性的下降。
15.本发明的一个实施例的更多优点和效果将通过说明书和附图予以阐明。这些优点和/或效果分别由若干个实施方式、以及说明书及附图所记载的特征提供，但未必需要为了获得一个或一个以上的相同的特征而全部提供。
附图说明
16.图1是表示本发明的一个实施方式的车辆顶棚嵌入式天线装置的结构的立体图及剖视图，其中，(a)为立体图，(b)为剖视图。
17.图2是表示本发明的一个实施方式的车辆顶棚嵌入式天线装置的辐射模式的一例
的图。
18.图3是表示本发明的一个实施方式的车辆顶棚嵌入式天线装置的无源元件的保持方法的结构的剖视图。
19.图4是表示本发明的一个实施方式的车辆顶棚嵌入式天线装置的天线切换方法的结构的立体图。
20.图5是表示本发明的一个实施方式的车辆顶棚嵌入式天线装置的结构的立体图、剖视图及俯视图，其中，(a)为立体图、(b)为剖视图，(c)为俯视图。
21.图6是表示本发明的一个实施方式的车辆顶棚嵌入式天线装置的辐射模式的一例的图。
具体实施方式
22.以下，适当地参照附图来详细地说明实施方式。但是，有时会省略过于详细的说明。例如，有时省略已广为人知的事项的详细说明或对于实质上相同的结构的重复说明。这样做的理由在于，避免以下的说明不必要地变得冗长，使本领域技术人员容易理解。
23.此外，提供附图及以下的说明的目的在于使本领域技术人员充分理解本发明，并无由此对权利要求书所记载的主题进行限定的意图。
24.(实施方式1)
25.以下，使用图1～图2来说明本发明的一个实施方式。
26.[1.结构]
[0027]
图1是表示本发明的一个实施方式的车辆顶棚嵌入式天线装置的结构的图，图1的(a)是立体图，图1的(b)是xz剖视图。此外，为了便于对结构进行说明，在图1的(a)的立体图中，表示拆除了树脂外盖的附图。在图1～图6中，x方向是车辆前后方向即长度方向(例如， x为前，-x为后)，y方向是车辆左右方向即宽度方向，z方向是指车辆上下方向即高度方向。在本说明书中，车辆是移动体(或称为“mobility”)的一例，可包含汽车、电车或小型电动车辆。作为小型电动车辆的非限定性的一例，可列举电动站立式双轮车、电动代步车、电动台车或电动婴儿推车。
[0028]
参照图1可知，车辆顶棚嵌入式天线装置100嵌入车辆顶棚104的凹部105而被使用。车辆顶棚104可以是在导电性金属上实施了涂装的顶棚。在图1中示出了车辆顶棚104的凹部105由多个平面构成的情况，但凹部105也可以是由曲面或者平面与曲面的组合构成，凹部105与车辆顶棚104同样地，是导电性金属。
[0029]
在电介质基板103的正面配置贴片天线元件101，电介质基板103的背面可由车辆顶棚104的导电性金属形成。贴片天线元件101是矩形(例如，正方形)的平板状的导体，其一条边例如具有相当于如下的半波长的长度，该半波长是考虑了由电介质基板103的介电常数引起的波长缩短的有效波长的半波长。电介质基板103的背面的导电性金属例如是矩形(例如，正方形)的平板状的导体，其一条边具有比自由空间波长的半波长更长的长度。例如，在28ghz下，贴片天线元件101的一条边可为2.5mm左右。电介质基板103背面的导电性金属的一条边可为6mm左右以上，在本实施方式中，例如为20mm。
[0030]
贴片天线是一种平面天线，也被称为“微带天线”。
[0031]
电介质基板103例如与车辆顶棚104的凹部105的底面平行或大致平行地配置，车
辆顶棚104的导电性金属作为贴片天线元件101的接地而动作。
[0032]
车辆顶棚104的开口面积大于电介质基板103的面积，在本实施方式中，车辆顶棚104的开口部的一条边例如为30mm左右。
[0033]
贴片天线元件101的馈电点(未图示)例如设置在可与无线电路的阻抗(一般为50ω)匹配的位置。
[0034]
也可与树脂外盖106一体成型地构成无源元件102，该树脂外盖106由相对介电常数低的树脂
──
例如abs(acrylonitrile butadiene styrene，丙烯腈-丁二烯-苯乙烯)树脂等形成。无源元件102的面与贴片天线元件101的面平行或大致平行地配置。另外，例如以使无源元件102的面高于贴片天线元件101而与贴片天线元件101之间隔开1/4波长左右的间隔，且贴片天线元件101的面的中心与无源元件102的面的中心一致或大致一致的方式配置无源元件102的面。无源元件102的一条边的长度例如为半波长以上。
[0035]
[2.动作]
[0036]
以下，说明以上述方式构成的车辆顶棚嵌入式天线装置100的动作的一例。
[0037]
图2是本发明的一个实施方式的天线装置的辐射模式图的一例，图2的(a)是xz面的辐射模式图，图2的(b)是xy面的辐射模式图。实线251表示具备无源元件102的情况下的车辆顶棚嵌入式天线装置100的贴片天线元件101的天线装置的特性，虚线252表示不具备无源元件102的情况下的贴片天线元件101的天线装置的特性。在图2的(a)及图2的(b)中，以dbi为单位来表示动作增益。
[0038]
此外，在图1的本实施方式中，无源元件102的一条边的长度例如设定为相当于自由空间波长的1波长的10.7mm，与贴片天线元件101之间的间隔例如设定为相当于自由空间波长的1/4波长的2.7mm。
[0039]
一般而言，在车辆顶棚嵌入式天线装置100与远离的基站天线进行通信时，与天顶方向( z方向)相比，更重视从水平方向到仰角20度附近的增益。
[0040]
在天线嵌入车辆顶棚104的情况下，一般而言，当不具备无源元件102时，成为如图2的(a)的虚线252所示的辐射模式，天顶方向( z方向(高度方向))的增益高，水平方向(x方向(长度方向))的增益小。另一方面，通过配置贴片天线元件101上所配置的半波长以上的无源元件102，无源元件102会抑制 z方向的增益，使从水平方向到仰角45度左右的方向的增益相应地升高。这被称为“瓣分裂动作”，如图2的(a)的实线251所示，能够使从水平方向到仰角45度左右的增益较高。
[0041]
对于本实施方式的结构，在着眼于从x方向到x 仰角20度方向的增益的情况下，对具备和不具备无源元件102的情况进行比较后，能够期待如下效果，即，利用无源元件102的效果，将x方向的增益改善2.1db，将x 仰角20度方向的增益改善1.8db。
[0042]
[3.效果等]
[0043]
如上所述，在本实施方式中，车辆顶棚嵌入式天线装置100中，贴片天线元件101和无源元件102是以使各面的中心一致或大致一致的方式配置的，该贴片天线元件101配置于车辆顶棚104的凹部105的底面，该无源元件102配置得高于贴片天线元件101且一条边的长度为半波长以上。
[0044]
如参照图1及图2所说明的那样，根据此种结构，因为车辆顶棚无突起，所以不会破坏车辆外观的美观，而且，即使嵌入顶棚，也能够提高水平面的增益。
[0045]
(其他实施方式)
[0046]
如上所述，作为本技术中公开的技术的例子，对实施方式进行了说明。然而，本发明中的技术并不局限于此，也可以应用于进行修改、替换、附加、省略等后的实施方式。此外，也可以将上述实施方式中说明的各结构要素组合起来，形成新的实施方式。
[0047]
所以，下面将例示其他实施方式。
[0048]
在实施方式中，作为天线元件的一例，对由电介质基板103构成的贴片天线的情况进行了说明，但天线元件只要是在所期望的频率下收发电磁波的元件即可。天线元件例如也可以是线状天线或环状天线等。因此，天线元件并不限定于由电介质基板构成的贴片天线。由电介质基板构成的贴片天线有能够容易且便宜地实现天线装置这一优点。
[0049]
在实施方式中，对将无源元件102的一条边的长度设为1波长的情况进行了说明，但只要一条边的长度为半波长以上～1波长左右，就能够获得相同的效果。
[0050]
在图1所示的实施方式中，对将贴片天线元件101与无源元件102之间的间隔设为1/4波长左右的情况进行了说明，但只要该间隔为0.1波长～1波长左右，就能够获得相同的效果。
[0051]
图3是表示本发明的一个实施方式的车辆顶棚嵌入式天线装置300的无源元件的保持方法的结构的剖视图。在图1所示的实施方式中，作为将无源元件102保持(换句话说，“空中保持”)于凹部105内的空间的方法的一个例子，说明了将无源元件102安装于树脂外盖106(例如，一体成型)的情况。相对于此，例如，如图3所示，通过利用由例如abs树脂等相对介电常数低的树脂形成的间隔件107将无源元件102保持于电介质基板103之上的凹部105内的空间，也能够获得相同的效果。间隔件107的形状只要是能够将无源元件102保持于凹部105的空间的形状即可，可以是柱状或壁状。
[0052]
图4是表示本发明的一个实施方式的车辆顶棚嵌入式天线装置400的天线切换方法的结构的立体图。在图1所示的实施方式中，对贴片天线元件101的馈电点为一处的情况进行了说明。如图4所示，车辆顶棚嵌入式天线装置400中，在从第一处的馈电点110的位置旋转90度后的位置设置第二处的馈电点111。例如，通过高频开关112来分时地切换对于上述两个馈电点110及馈电点111的馈电。通过如上所述地分时切换馈电，能够在水平面(xy面)复合地(或者虚拟地)实现无指向性天线的特性。高频开关112受到控制信号控制，利用开关112切换来自馈电点110及馈电点111的输出并提供给无线部。
[0053]
另外，上述实施方式旨在例示本发明的技术，因此可以在权利要求书的范围或与之相等的范围内进行各种修改、替换、附加、省略等。
[0054]
(实施方式2)
[0055]
以下，使用图5～图6来说明本发明的其他实施方式。
[0056]
[1.结构]
[0057]
图5是表示实施方式2的车辆顶棚嵌入式天线装置500的结构的图，图5的(a)是立体图，图5的(b)是xz剖视图，图5的(c)是从z方向观察的正视图。
[0058]
此外，在图5中，被赋予了与图1相同的附图标记的结构要素表示与图1相同的结构要素。
[0059]
无源元件202的面与贴片天线元件101的面平行或大致平行地配置，高于贴片天线元件101，且以隔开1/4波长左右的间隔而使贴片天线元件101的面的中心与无源元件202的
一条边一致或大致一致的方式配置，并设定成使无源元件202的一条边的长度为半波长以下。
[0060]
此外，无源元件202可如图1的(b)所示那样，安装于覆盖车辆顶棚凹部105的树脂外盖(未图示)，也可与树脂外盖一体成型。或者，例如，无源元件202也可如图3所示，利用设置于电介质基板103的间隔件107而被保持在电介质基板103之上(换句话说，凹部105内的空间内)。
[0061]
[2.动作]
[0062]
以下，说明以上述方式构成的车辆顶棚嵌入式天线装置500的动作的一例。
[0063]
图6是天线装置的辐射模式图的一例，图6的(a)是xz面的辐射模式图，图6的(b)是xy面的辐射模式图。实线651表示具备无源元件202的情况下的车辆顶棚嵌入式天线装置500的贴片天线元件101的特性，虚线652表示不具备无源元件202的情况下的特性。在图6的(a)及图6的(b)中，以dbi为单位来表示动作增益。
[0064]
此外，在图5的实施方式中，无源元件202的一条边的长度例如设定为比自由空间波长的半波长短0.1波长的4.3mm，与贴片天线元件101之间的间隔例如设定为自由空间波长的1/4波长即2.7mm。
[0065]
一般而言，在车辆顶棚嵌入式天线装置500与远离的基站天线进行通信时，与天顶方向( z方向(高度方向))相比，更重视从水平方向到仰角20度附近的增益。
[0066]
在天线装置嵌入车辆顶棚104的情况下，一般而言，当不具备无源元件202时，成为如图6的(a)的虚线652所示的辐射模式，天顶方向( z方向)的增益高，水平方向(x方向)的增益小。另一方面，通过将贴片天线元件101上所配置的半波长以下的无源元件202以偏离贴片天线元件101的中心的方式配置，会产生被称为“瓣分裂动作”的现象，即，无源元件202会抑制 z方向的增益，使水平方向的增益相应的升高。结果是，在具备图5所示的无源元件202的情况下，天线装置能够如图6的(a)的实线651所示那样地提高水平方向的增益。
[0067]
对于本实施方式的结构，在着眼于从x方向到x 仰角20度方向的增益的情况下，对具备和不具备无源元件202的情况进行比较后，能够期待如下效果，即，利用无源元件202的效果，将x方向的增益改善2.1db，将x 仰角20度方向的增益改善1.3db。
[0068]
[3.效果等]
[0069]
如上所述，在本实施方式中，在车辆顶棚嵌入式天线装置500中，以使贴片天线元件101的面的中心与无源元件202的一条边一致的方式配置贴片天线元件101与无源元件202，该贴片天线元件101配置于车辆顶棚104的凹部105的底面，该无源元件202配置得高于贴片天线元件101且一条边的长度比半波长更短。
[0070]
根据此种结构，能够抑制在天线装置嵌入移动体的外装的情况下的天线装置的性能或特性的下降。移动体的外装除了车辆顶棚以外，还包含发动机盖、后备箱、车门(前车门及后车门)、车辆的底面等。
[0071]
(其他实施方式)
[0072]
如上所述，作为本技术中公开的技术的例示，对实施方式进行了说明。但是，本发明中的技术并不限定于此，也能够应用于进行变更、替换、附加、省略等之后的实施方式。另外，也可将上述实施方式中说明的各结构要素加以组合而形成新的实施方式。
[0073]
因此，以下，例示其他实施方式。
[0074]
在实施方式中，对使无源元件202的一条边的长度比半波长短0.1波长的情况进行了说明，但只要是该一条边的长度比半波长短0.1～0.25波长的结构，就能够获得相同的效果。
[0075]
在图5所示的实施方式中，说明了贴片天线元件101的面的中心与无源元件202的一条边一致或大致一致的配置，但本发明不限于该配置。例如，只要无源元件202的一条边处在位于贴片天线元件101的上部空间的范围内(例如，贴片天线元件101的中心
±
半波长)，就能够期待相同的效果。换句话说，无源元件202与贴片天线元件101可配置在俯视时彼此局部重叠的范围内。
[0076]
本发明能够通过软件、硬件或在与硬件协作下的软件实现。
[0077]
在上述实施方式的说明中使用的各功能块部分地或整体地被实现为作为集成电路的lsi(large scale integration，大规模集成电路)，在上述实施方式中说明的各过程也可部分地或整体地由一个lsi或由lsi的组合控制。lsi可由各个芯片构成，也可以是以包含功能块的一部分或全部的方式由一个芯片构成。lsi也可包括数据的输入和输出。lsi根据集成度的不同，也可以称为“ic(integrated circuit，集成电路)”、“系统lsi(system lsi)”、“超大lsi(super lsi)”、“特大lsi(ultra lsi)”。
[0078]
集成电路化的方法不限于lsi，也可由专用电路、通用处理器或专用处理器实现。另外，也可利用lsi制造后能够编程的fpga(field programmable gate array，现场可编程门阵列)、或可以对lsi内部的电路块的连接或设定进行重新构置的可重构处理器(reconfigurable processor)。本发明也可被实现为数字处理或模拟处理。
[0079]
再有，如果随着半导体技术的进步或者其他技术的派生，出现了代替lsi的集成电路化的技术，当然也可以利用该技术来实现功能块的集成化。还存在应用生物技术等的可能性。
[0080]
本发明可在具有通信功能的所有种类的装置、设备、系统(总称为“通信装置”)中实施。通信装置的非限定性的例子包括：电话(手机、智能手机等)、平板电脑、个人电脑(pc)(膝上型电脑、台式机、笔记本电脑等)、相机(数码照相机、数码摄像机等)、数码播放器(数码音频/视频播放器等)、可穿戴设备(可穿戴相机、智能手表、跟踪设备等)、游戏机、电子书阅读器、远程健康/远程医疗(远程保健/医学处方)设备、带有通信功能的交通工具或交通运输工具(汽车、飞机、轮船等)、以及上述各种装置的组合。
[0081]
通信装置并不限定于可携带或可移动的装置，也包含无法携带或被固定的所有种类的装置、设备、系统。例如包括：智能家居设备(家电设备、照明设备、智能电表或计量器、控制面板等)、自动售货机、以及其他可存在于iot(internet of things，物联网)网络上的所有“物体(things)”。
[0082]
通信除了包含通过蜂窝系统、无线lan(local area network，局域网)系统、通信卫星系统等进行的数据通信之外，还包含通过这些系统的组合进行的数据通信。
[0083]
另外，通信装置也包含与执行本发明中记载的通信功能的通信设备连接或连结的、控制器或传感器等设备。例如，包含产生执行通信装置的通信功能的通信设备所使用的控制信号或数据信号的控制器或传感器。
[0084]
另外，通信装置包含与上述非限定性的各种装置进行通信或对上述各种装置进行控制的基础设施设备，例如，基站、接入点、以及其他所有的装置、设备、系统。
[0085]
此外，上述实施方式用于例示本发明中的技术，因此，可在权利要求书或其均等的范围内进行各种变更、替换、附加、省略等。
[0086]
＜本发明的归纳＞
[0087]
本发明的天线装置包括：天线元件，其配置于移动体的外装中的凹部；以及无源元件，其配置于所述凹部中的从所述天线元件所处的水平面间隔开的位置。
[0088]
在本发明的天线装置中，所述移动体是车辆，所述凹部设置于所述车辆的、作为所述外装的顶棚。
[0089]
在本发明的天线装置中，所述天线元件是使用电介质基板构成的贴片天线，所述贴片天线配置于所述凹部的底面。
[0090]
在本发明的天线装置中，所述无源元件具有平板形状，该平板形状的一条边的长度为接收的电波的半波长以上，配置所述无源元件的所述位置是使得所述平板形状的面的中心与所述天线元件的面的中心一致，且所述天线元件的面与所述平板形状的面之间的间隔相当于1/4波长的位置。
[0091]
在本发明的天线装置中，所述无源元件具有平板形状，该平板形状的一条边的长度比接收的电波的半波长更短，配置所述无源元件的所述位置是使得所述天线元件的面的中心与所述平板形状的一条边一致，且所述天线元件的面与所述平板形状的面之间的间隔相当于1/4波长的位置。
[0092]
在本发明的天线装置中，所述无源元件安装于覆盖所述凹部的盖部的背面。
[0093]
在本发明的天线装置中，所述天线元件是使用电介质基板构成的贴片天线，在沿着所述贴片天线的第一边的线上的第一位置设置第一馈电点，在沿着所述贴片天线的非相对的第二边的线上的第二位置设置第二馈电点，所述第一馈电点和所述第二馈电点分时地被馈电。
[0094]
本发明的车辆包括本发明的天线装置。
[0095]
在2019年10月2日申请的特愿2019-182441的日本专利申请所包含的说明书、附图及说明书摘要的公开内容，全部引用于本技术。
[0096]
工业实用性
[0097]
本发明例如可应用于嵌入车辆的顶棚的天线装置。
[0098]
附图标记说明
[0099]
100车辆顶棚嵌入式天线装置
[0100]
101贴片天线元件
[0101]
102无源元件
[0102]
103电介质基板
[0103]
104车辆顶棚
[0104]
105凹部
[0105]
106树脂外盖
[0106]
107间隔件
[0107]
110馈电点
[0108]
111馈电点
[0109]
112高频开关
[0110]
202无源元件
[0111]
300车辆顶棚嵌入式天线装置
[0112]
400车辆顶棚嵌入式天线装置
[0113]
500车辆顶棚嵌入式天线装置