天线装置和无线通信装置的制作方法

1.本发明涉及天线装置和无线通信装置。


背景技术：

2.当在无线通信装置之间进行无线电波的发送和接收时，需要将天线的极化波彼此匹配。当相对的无线通信装置仅发送和接收垂直极化波时，自身的无线通信装置也需要能够发送和接收垂直极化波。例如，当与具有垂直于地面布置的偶极天线的接入点通信时，从属单元的天线也需要能够发送和接收垂直极化波。为了发送和接收垂直极化波，需要安装具有垂直于地面的部分的天线元件。另外，随着要发送和接收的无线电波的频率变低(该无线电波的波长变得更长)，需要增加天线元件的垂直于地面的部分的长度。即，需要增加无线通信装置的高度。然而，当无线通信装置的高度增加时，无线通信装置的安装地点受到限制。另外，当为了减小无线通信装置的高度而缩短天线元件的垂直于地面的部分时，可通信距离缩短。
3.专利文献1描述了一种天线装置，其包括：板状地板，其提供接地电位；倒l形馈电元件，其经由馈电单元连接到地板；以及直线状的寄生元件，其以电容耦合到地板的方式相对于地板以预定间隔布置。在专利文献1中，直线状的寄生元件(其具有小于要发送和接收的无线电波的波长的一半的长度)连接到电感器(其提供预定电感)。在专利文献1中，由电感器提供的电感被设置为电感与(在地板和馈电元件之间形成的)电容串联谐振的值。结果，在寄生元件中激励出从流过馈电元件的电流相移了90度的电流。因此，作为反射元件的寄生元件的长度可以缩短到小于要发送和接收的无线电波的波长的一半。
4.专利文献2描述了一种无线电设备，其包括：第一天线，其经由馈电单元连接到作为接地导体的导体板；以及第二天线，其经由连接单元和端子连接到导体板并且包括与第一天线平行布置的元件。此外，在专利文献2中，通过调整第二天线的元件和第一天线之间的间隔来改善无线电设备的高频特性。专利文献2描述了通过将从第二天线的元件在远离无线电设备的方向上延伸的部分弯曲来使第二天线小型化。
5.引文列表
6.专利文献
7.[专利文献1]日本特开2018-170590
[0008]
[专利文献2]日本特开2017-028392


技术实现要素：

[0009]
发明要解决的问题
[0010]
然而，在专利文献1中，使用流过地板的电流，并且馈电元件和寄生元件布置在分开的位置处。有必要进行用于抑制诸如馈电元件和寄生元件等的天线周边上的噪声的设计。因此，当馈电元件和寄生元件布置在分开的位置时，需要额外的噪声对策。
[0011]
此外，专利文献2没有提及用于使无线通信装置之间的天线的极化波彼此匹配的
技术。
[0012]
本发明的一个目的是提供一种尺寸小并且能够发送和接收垂直极化波而不需要额外的噪声对策的天线装置和无线通信装置。
[0013]
用于解决问题的方案
[0014]
根据本发明第一方面的天线装置包括：馈电天线元件，其一端电连接到供给无线通信信号的供给源，并且设置有平行于地面的元件部分；以及寄生天线元件，其设置有垂直于所述地面布置的垂直元件部分，并且布置在所述馈电天线元件的另一端附近。
[0015]
根据本发明第二方面的无线通信装置包括：基板，其上形成有具有参考电位的接地层和供给无线通信信号的供给源；以及上述天线装置。
[0016]
发明的效果
[0017]
可以提供尺寸小并且能够发送和接收垂直极化波而不需要额外的噪声对策的天线装置和无线通信装置。
附图说明
[0018]
图1是示出根据本发明的第一示例实施例的天线装置的示例的前视图；
[0019]
图2是示出根据本发明的第一示例实施例的天线装置的示例的立体图；
[0020]
图3是示出根据本发明的第一示例实施例的无线通信装置的配置的示例的框图；
[0021]
图4是示出根据本发明的第一示例实施例的没有寄生天线元件的天线装置的辐射特性的测量结果的示例的图；
[0022]
图5是示出根据本发明的第一示例实施例的天线装置的辐射特性的测量结果的示例的图；
[0023]
图6是示出根据本发明的第二示例实施例的天线装置的示例的前视图；
[0024]
图7是示出根据本发明的第二示例实施例的天线装置的示例的立体图；
[0025]
图8是示出根据本发明的第二示例实施例的天线装置的辐射特性的测量结果的示例的图；
[0026]
图9是示出根据本发明的第三示例实施例的天线装置的示例的前视图；
[0027]
图10是示出根据本发明的第三示例实施例的天线装置的示例的立体图；以及
[0028]
图11是示出根据本发明的第三示例实施例的天线装置的辐射特性的测量结果的示例的图。
具体实施方式
[0029]
下面将参考附图说明本发明的示例实施例。
[0030]
第一示例实施例
[0031]
首先，将参考图1至图5说明本发明的第一示例实施例。图1和图2是各自示出根据本发明的第一示例实施例的天线装置100的示例的图。图3是示出包括天线装置100的无线通信装置200的配置的示例的框图。在本说明书中，将垂直于地面的轴定义为z轴，将与z轴正交且平行于(稍后将描述的)基板201的轴定义为x轴，将与z轴正交且垂直于基板201的轴定义为y轴。即，x轴和y轴是平行于地面的轴。
[0032]
如图1和图2所示，天线装置100包括馈电天线元件101和寄生天线元件102。天线装
置100进行目标无线电波的发送和接收。天线装置100的目标无线电波的示例包括微波(shf：超高频)和特高频波(uhf：特高频)等。微波的波长为约10mm至100mm，并且特高频波的波长为约100mm至1000mm。
[0033]
馈电天线元件101设置在基板201上，其中，在基板201上形成具有参考电位的接地层202和供给无线电通信信号的供给源203(参考图3)。馈电天线元件101包括平行于地面的元件部分101a。即，元件部分101a与x轴平行布置。馈电天线元件101以元件部分101a沿着基板201的与地面侧相对的侧上的边缘延伸的方式被设置该边缘侧上。馈电天线元件101的一端电连接到供给源203。在下文中，馈电天线元件101的连接到供给源203的端将被称为馈电端。馈电天线元件101由诸如铜、黄铜或铝等的直线状或细长板状电导体形成。馈电天线元件101可以形成为基板201的导体图案。
[0034]
具体地，如图1和图2所示，馈电天线元件101例如是元件部分101a和元件部分101b垂直连接的倒l形元件。构成l形的一个元件部分101a以平行于地面的方式布置。换句话说，元件部分101a平行于x轴布置。构成l形的另一元件部分101b以垂直于地面的方式布置，换句话说，元件部分101b平行于z轴布置。元件部分101b的未连接到元件部分101a的另一端(馈电端)连接到供给源203。
[0035]
寄生天线元件102包括垂直于地面布置的垂直元件部分。如图1和图2所示，根据第一示例实施例的寄生天线元件102仅包括垂直元件部分。换句话说，寄生天线元件102与z轴平行布置。此外，寄生天线元件102布置在馈电天线元件101的另一端(与馈电端相对的侧上的端)附近。更具体地，寄生天线元件102在馈电天线元件101侧上的端布置成与基板201的边缘分开预定距离。寄生天线元件102的端布置在馈电天线元件101的端附近，其中，馈电天线元件101的该端在与元件部分101a的连接到元件部分101b的端相对的侧上。注意，寄生天线元件102的端与馈电天线元件101的另一端(与馈电端相对的侧上的端)之间的距离是可以通过对馈电天线元件101进行馈电而在寄生天线元件102中激励出高频电流的距离。
[0036]
寄生天线元件102由诸如铜、黄铜或铝等的直线状或细长板状导体形成。寄生天线元件102可以形成为印刷线路板的导体图案。注意，寄生天线元件102的谐振频率与馈电天线元件101的谐振频率一致。
[0037]
寄生天线元件102的长度(垂直元件部分的长度)小于要发送和接收的无线电波的波长的一半。在第一示例实施例中，例如当要发送和接收的无线电波的频率是815mhz时，寄生天线元件102(垂直元件部分)的长度是无线电波的波长的一半或略短于无线电波的波长，例如是135mm。注意，寄生天线元件102的长度(高度)不限于上述长度，这是因为该长度(高度)取决于目标无线电波的波长。
[0038]
如图3所示，无线通信装置200包括形成有接地层202和供给源203的基板201以及图1和图2所示的天线装置100。
[0039]
基板201是由诸如树脂等的电绝缘材料构成的平板上的构件。树脂的示例包括玻璃布材料环氧树脂等。
[0040]
接地层202是由诸如铜等的导体构成的板状导体构件。具体地，接地层202是诸如发送/接收电路或信号处理电路等的电路的安装单元的接地导体。接地层202经由供给源203电连接到馈电天线元件101，并且向馈电天线元件101提供参考电位(接地电位)。
[0041]
供给源203用作到馈电天线元件101的(作为无线通信信号的)高频信号的输入端
和来自馈电天线元件101的高频信号的输出端。供给源203包括例如两个端子，其中供给源203的一个端子连接到馈电天线元件101，并且供给源203的另一端子连接到接地层202。
[0042]
接下来，将参考图2说明根据第一示例实施例的天线装置100的操作。在图2中，流过接地层202的电流由实线箭头指示，流过馈电天线元件101的电流由虚线箭头指示，并且在寄生天线元件102中感应出的电流由点划线箭头指示。在图2所示的示例中，为了减小天线装置100的高度，接地层202的垂直于地面的第一边比接地层202的平行于地面的第二边短。另外，电流趋于在具有与谐振频率相称的长度的部分中流动。因此，理想的是接地层202的第一边和馈电天线元件101的总长度大约是要发送和接收的无线电波的波长的一半。然而，在谐振频率为大约815mhz的情况下，接地层202的第一边和馈电天线元件101的总长度小于与谐振频率相称的长度，因此，在比第一边长的第二边中，流动的电流的量更大。结果，当不使用寄生天线元件102时，水平极化波的强度增加，并且垂直极化波的强度减小。然而，在根据第一示例实施例的天线装置100中，可以通过使用寄生天线元件102来增加天线装置100的垂直极化波的强度。
[0043]
首先，高频电流从接地层202流向馈电天线元件101，并且高频电流经由供给源203被供给至馈电天线元件101。接下来，当高频电流在馈电天线元件101中流动时，通过电磁耦合作用在寄生天线元件102中激励出高频电流。此时，寄生天线元件102以要发送和接收的无线电波的波长的大约一半的频率谐振。结果，寄生天线元件102可以增加天线装置100的垂直极化波的强度。注意，由寄生天线元件102激励出的高频电流的强度取决于流过馈电天线元件101的高频电流的强度。因此，寄生天线元件102的谐振频率需要与馈电天线元件101的谐振频率一致。
[0044]
接下来，参考图4和图5，将说明根据第一示例实施例的天线装置100的垂直极化波的辐射特性。图4和图5示出当要发送和接收的无线电波的频率为815mhz时的辐射特性的测量结果。图4示出根据第一示例实施例的没有寄生天线元件102的天线装置的辐射特性的测量结果。图5示出根据第一示例实施例的天线装置100的辐射特性的测量结果。注意，图5是使用具有135mm长度的寄生天线元件102的测量结果。比较图4和图5，包括寄生天线元件102的天线装置100的天线效率为-1.6db，而没有寄生天线元件102的天线装置的天线效率为-3.4db。因此，可以理解，通过设置寄生天线元件102，可以增加垂直极化波的强度，并且可以进一步提高天线效率。
[0045]
根据上述根据第一示例实施例的天线装置100和无线通信装置200，在馈电天线元件101的端附近设置具有垂直于地面布置的垂直元件部分的寄生天线元件102，由此可以增加垂直极化波的强度。结果，可以提高天线装置100和无线通信装置200的天线效率。另外，作为反射元件的寄生天线元件102的长度可以缩短到小于要发送和接收的无线电波的波长的一半。这使得可以抑制天线装置100和无线通信装置200的大型化。此外，由于馈电天线元件101和寄生天线元件102布置在靠近的位置，因此不需要额外的噪声对策。因此，可以提供尺寸小并且能够发送和接收垂直极化波而不需要额外的噪声对策的天线装置和无线通信装置。
[0046]
第二示例实施例
[0047]
接下来，将参考图6至图8说明本发明的第二示例实施例。图6和图7是各自示出根据本发明的第二示例实施例的天线装置300的示例的图。图8示出根据第二示例实施例的天
线装置300的辐射特性的测量结果。注意，第二示例实施例与第一示例实施例的不同之处仅在于天线装置300中的寄生天线元件302的配置，因此，在第二示例实施例中，相同的附图标记被分配给与第一示例实施例的配置相同的配置，并且省略其描述。
[0048]
寄生天线元件302是平躺的u形元件。具体地，寄生天线元件302包括第一元件部分302a、第二元件部分302b和第三元件部分302c。第一元件部分302a和第二元件部分302b是平躺的u形的两个相对边，并且与馈电天线元件101的与地面平行的元件部分101a平行地布置。第一元件部分302a布置在比第二元件部分302b更靠近基板201的侧，并且以面向馈电天线元件101的元件部分101a的方式布置。第三元件部分302c是连接平躺的u形的两个相对边的边，并且是寄生天线元件302的垂直元件部分。即，第一元件部分302a和第二元件部分302b平行于x轴布置，并且第三元件部分302c平行于z轴布置。作为垂直元件部分的第三元件部分302c的一端布置在馈电天线元件的另一端(与馈电端相对的侧上的端)附近。具体地，第三元件部分302c的在馈电天线元件101的侧上的端布置成与基板201的边缘分开预定距离。第三元件部分302c的端布置在馈电天线元件101的元件部分101a的端(其在与元件部分101a的连接到元件部分101b的端相对的侧上)附近。注意，第三元件部分302c的端与馈电天线元件101的另一端(与馈电端相对的侧上的端)之间的距离是可以通过对馈电天线元件101进行馈电而在寄生天线元件302中激励出高频电流的距离。
[0049]
寄生天线元件302由诸如铜、黄铜或铝等的直线状或细长板状导体形成。寄生天线元件302可以形成为印刷线路板的导体图案。注意，寄生天线元件302的谐振频率与馈电天线元件101的谐振频率一致。
[0050]
在第一示例实施例中，寄生天线元件102的长度小于要发送和接收的无线电波的波长的一半。然而，由于根据第二示例实施例的寄生天线元件302具有平躺的u形，因此第三元件部分302c(垂直元件部分)的长度可以短于寄生天线元件102的长度。在第二示例实施例中，例如当要发送和接收的无线电波的频率为815mhz时，第三元件部分302c(垂直元件部分)的长度例如为90mm。注意，第三元件部分302c的长度(高度)不限于上述长度，这是因为该长度(高度)取决于目标无线电波的波长。
[0051]
图7示出根据第二示例实施例的天线装置300的操作。在图7中，流过接地层202的电流由实线箭头指示，流过馈电天线元件101的电流由虚线箭头指示，并且在寄生天线元件302中感应出的电流由点划线箭头指示。如图7所示，根据第二示例实施例的天线装置300的操作与图2所示的根据第一示例实施例的天线装置100的操作相同，因此省略其描述。
[0052]
接下来，参考图8，将说明根据第二示例实施例的天线装置300的垂直极化波的辐射特性。注意，图8是使用寄生天线元件302的测量结果，其中该寄生天线元件302具有90mm长度的(作为垂直元件部分的)第三元件部分302c。此外，图8示出当要发送和接收的无线电波的频率为815mhz时的辐射特性的测量结果。比较图5和图8，根据第一示例实施例的天线装置100的天线效率为-1.6db，而根据第二示例实施例的天线装置300的天线效率为-1.5db。因此，应当理解，同样在根据第二示例实施例的天线装置300中，与根据第一示例实施例的天线装置100类似，可以增加垂直极化波的强度并且可以进一步提高天线效率。
[0053]
根据上面已经说明的根据第二示例实施例的天线装置300和无线通信装置200，不仅可以获取与根据第一示例实施例的天线装置100的效果等同的效果，而且因为寄生天线元件302具有平躺的u形，还可以进一步减小天线装置300的寄生天线元件302的高度。这使
得可以进一步减小天线装置300和无线通信装置200的高度。
[0054]
第三示例实施例
[0055]
接下来，将参考图9至图11说明本发明的第三示例实施例。图9和图10是各自示出根据本发明的第三示例实施例的天线装置400的示例的图。图11示出根据第三示例实施例的天线装置400的辐射特性的测量结果。注意，第三示例实施例与第一示例实施例的不同之处仅在于天线装置400中的寄生天线元件402的配置，因此，在第三示例实施例中，相同的附图标记被分配给与第一示例实施例的配置相同的配置，并且省略其描述。
[0056]
寄生天线元件402不仅包括平行于x轴和z轴的组件，而且还包括平行于y轴的组件。换句话说，寄生天线元件402具有三维形状。具体地，寄生天线元件402包括第一元件部分402a、第二元件部分402b、第三元件部分402c、第四元件部分402d和第五元件部分402e。第一元件部分402a、第二元件部分402b、第三元件部分402c、第四元件部分402d和第五元件部分402e以此顺序电连接。另外，第一元件部分402a、第二元件部分402b、第三元件部分402c、第四元件部分402d和第五元件部分402e以由端形成的角度彼此成直角的方式连接于彼此的端。第一元件部分402a、第二元件部分402b、第四元件部分402d和第五元件部分402e是与地面平行布置的平行元件部分。第三元件部分402c是垂直于地面布置的垂直元件部分。第一元件部分402a布置在面向馈电天线元件101的元件部分101a的位置处，并且布置在馈电天线元件101附近。第二元件部分402b和第四元件部分402d以由第三元件部分402c形成的角度成直角的方式连接到作为垂直元件部分的第三元件部分402c的端。
[0057]
更具体地，第一元件部分402a和第五元件部分402e平行于x轴布置。第二元件部分402b和第四元件部分402d平行于y轴布置。第三元件部分402c平行于z轴布置。第一元件部分402a和第五元件部分402e彼此相对，并且第二元件部分402b和第四元件部分402d彼此相对。第一元件部分402a和第二元件部分402b布置在比第四元件部分402d和第五元件部分402e更靠近基板201的侧上。第一元件部分402a和第五元件部分402e在y轴方向上布置在与基板201基本相同的位置处。第一元件部分402a以面向馈电天线元件101的元件部分101a的方式布置。第二元件部分402b连接到第一元件部分402a的端，其中该端面向馈电天线元件101的另一端(与馈电端相对的侧上的端)。第三元件部分402c连接到第二元件部分402b的与连接到第一元件部分402a的端相对的侧上的端，并且平行于z轴地在远离基板201的方向上延伸。第四元件部分402d连接到第三元件部分402c的在第三元件部分402c的与基板201侧的端相对的侧上的端。第五元件部分402e连接到第四元件部分402d的在第四元件部分402d的与连接到第三元件部分402c的端相对的侧上的端。另外，第二元件部分402b从第一元件部分402a的端起在朝向基板201的设置有接地层202、供给源203和馈电天线元件101等的表面侧突出的方向上延伸。在下文中，基板201的设置有接地层202、供给源203和馈电天线元件101的表面被称为基板201的表面。类似地，第四元件部分402d从第五元件部分402e的端起在朝向基板201的表面侧突出的方向上延伸。即，第二元件部分402b、第三元件部分402c和第四元件部分402d布置在y轴方向上远离基板201的表面的位置处。
[0058]
第一元件部分402a布置成与基板201的边缘分开预定距离。第一元件部分402a以面向元件部分101a的方式布置在馈电天线元件101的元件部分101a附近。注意，第一元件部分402a和馈电天线元件101的元件部分101a之间的距离是可以通过对馈电天线元件101进行馈电而在寄生天线元件402中激励出高频电流的距离。
[0059]
寄生天线元件402由诸如铜、黄铜或铝等的直线状或细长板状导体形成。注意，寄生天线元件402的谐振频率与馈电天线元件101的谐振频率一致。
[0060]
在第一示例实施例中，寄生天线元件102的长度小于要发送和接收的无线电波的波长的一半。然而，由于根据第三示例实施例的寄生天线元件402具有连接有多个元件部分的三维形状，所以第三元件部分402c(垂直元件部分)的长度短于寄生天线元件102的长度。在第三示例实施例中，例如当要发送和接收的无线电波的频率为815mhz时，第三元件部分402c(垂直元件部分)的长度例如为50mm。注意，第三元件部分402c的长度(高度)不限于上述长度，这是因为该长度(高度)取决于目标无线电波的波长。
[0061]
图10示出根据第三示例实施例的天线装置400的操作。在图10中，流过接地层202的电流由实线箭头指示，流过馈电天线元件101的电流由虚线箭头指示，并且在寄生天线元件402中感应出的电流由点划线箭头指示。如图10所示，根据第三示例实施例的天线装置400的操作与图2所示的根据第一示例实施例的天线装置100的操作相同，因此省略其描述。
[0062]
接下来，参考图11，将说明根据第三示例实施例的天线装置400的垂直极化波的辐射特性。注意，图11是使用寄生天线元件402的测量结果，其中该寄生天线元件402具有50mm长度的作为垂直元件部分的第三元件部分402c。此外，图11示出当要发送和接收的无线电波的频率为815mhz时的辐射特性的测量结果。比较图5和图11，根据第一示例实施例的天线装置100的天线效率为-1.6db，而根据第三示例实施例的天线装置400的天线效率为-2.9db。因此，也可以看出，在根据第三示例实施例的天线装置400中，与根据第一示例实施例的天线装置100类似，也可以增加垂直极化波的强度，并且可以进一步提高天线效率。
[0063]
根据上面已经说明的根据第三示例实施例的天线装置400和无线通信装置200，不仅可以实现与根据第一示例实施例的天线装置100的效果等同的效果，而且因为寄生天线元件402具有三维形状，所以可以进一步减小天线装置400的寄生天线元件402的高度。这使得可以进一步减小天线装置400和无线通信装置200的高度。
[0064]
尽管上面已经参考示例实施例说明了本发明，但是本发明不限于以上。在本发明的范围内，可以对本发明的结构和细节进行各种修改，这可以被本领域技术人员理解。
[0065]
本技术要求于2020年4月22日提交的日本专利申请2020-075850的优先权，其全部公开内容通过引用并入本文。
[0066]
产业上的可利用性
[0067]
可以提供尺寸小并且能够发送和接收垂直极化波而不需要额外的噪声对策的天线装置和无线通信装置。
[0068]
附图标记列表
[0069]
100、300、400 天线装置
[0070]
101 馈电天线元件
[0071]
101a、101b 元件部分
[0072]
102 寄生天线元件(垂直元件部分)
[0073]
302、402 寄生天线元件
[0074]
302a 第一元件部分
[0075]
302b 第二元件部分
[0076]
302c 第三元件部分(垂直元件部分)
[0077]
402a 第一元件部分(平行元件部分)
[0078]
402b 第二元件部分(平行元件部分)
[0079]
402c 第三元件部分(垂直元件部分)
[0080]
402d 第四元件部分(平行元件部分)
[0081]
402e 第五元件部分(平行元件部分)
[0082]
200 无线通信装置
[0083]
201 基板
[0084]
202 接地层
[0085]
203 供给源