CN111816996A

CN111816996A - 天线装置

Info

Publication number: CN111816996A
Application number: CN202010259009.XA
Authority: CN
Inventors: 角谷祐次; 秋田英范; 池田正和; 三治健一郎; 泉博之
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2019-04-10
Filing date: 2020-04-03
Publication date: 2020-10-23
Also published as: JP2020174285A; US11271310B2; US20200328516A1

Abstract

一种天线装置，包括：接地板，其为具有板状的导体构件；贴片部，其为具有板状的导体构件，并且以预定间隔与接地板平行地布置，以便面对接地板；多个第一短路通孔(50)，每个第一短路通孔的轴向中心布置在位于贴片部的中心部分的通孔布置圆(C1)的圆周上，并且每个第一短路通孔具有与贴片部连接的第一端和与接地板连接的第二端；以及至少一个第二短路通孔(60)，第二短路通孔的轴向中心布置在与通孔布置圆的圆周不同的位置处，并且具有与贴片部连接的第一端和与接地板连接的第二端。

Description

天线装置

技术领域

本公开内容涉及天线装置。

背景技术

常规地，已知具有平板结构的天线装置，例如，如在JP 2017-005663A和电子、信息和通信工程师学会的2017年电子信息通信学会协会(IEICE)会议论文集的2017年8月的第68页的Teraoka等人的“Dual-Band Zeroth-Order Resonant Antenna”(以下称为非专利文献1)中公开的。该天线装置包括：金属导体，其具有板状形状并且用作接地(以下称为接地板)；金属导体，其具有板状状并且被布置成与面对接地板并设置有馈电点(以下，称为贴片部)；短路通孔，其用于电连接接地板和贴片部；以及馈电通孔，其用于向馈电点供应电力。

在这种类型的天线装置中，由于在接地板与贴片部之间形成的静电电容和短路通孔中包括的电感而生成并联谐振。该并联谐振以与静电电容和电感相对应的频率生成。接地板与贴片部之间形成的静电电容是根据贴片部的面积和接地板与贴片部之间的距离确定的。

发明内容

当制造JP 2017-005663 A中描述的天线装置时，需要在馈电通孔和短路通孔中的每一个的两端处形成焊盘。此外，在接地板与馈电通孔的靠近接地板的焊盘之间需要间隙，以使焊盘不与接地板接触。

当天线装置的工作频率增加时，贴片部的面积减小。因此，当工作频率变高时，馈电通孔的焊盘与短路通孔的焊盘之间的距离可能较短。基于这些事实，在JP 2017-005663A中描述的天线装置中，当工作频率增加时，馈电通孔的靠近接地板的焊盘和短路通孔的焊盘可能彼此接触，并且天线装置的制造可能很困难。

非专利文献1公开了一种天线装置，其中，多个短路通孔布置在圆周上。当多个短路通孔被布置在圆周上时，多个短路通孔用作一个柱体。一个短路通孔比实际上由多个短路通孔形成的柱体薄。因此，即使短路通孔需要焊盘，焊盘也变小。因此，减小了短路通孔的焊盘和馈电通孔的焊盘彼此接触的风险。

然而，在多个短路通孔布置在一个圆周上的配置中，存在电流路径受到限制并且频带变窄的问题。

本公开内容的目的是提供一种可以在宽带下工作的平板天线装置。

根据本公开内容的一方面的天线装置包括接地板、贴片部、多个第一短路通孔和至少一个第二短路通孔。接地板是具有板状的导体构件。贴片部是具有板状的导电构件，并且以预定间隔与接地板平行地布置以与接地板相对。多个第一短路通孔的每个第一短路通孔的轴向中心布置在位于贴片部的中心部分的通孔布置圆的圆周上，并且具有与贴片部连接的第一端和与接地板连接的第二端。第二短路通孔的轴向中心在与通孔布置圆的圆周不同的位置处，并且具有与贴片部连接的第一端和与接地板连接的第二端。

在天线装置中，当电流流过多个第一短路通孔时，多个第一短路通孔作为具有通孔布置圆的半径的一个柱状短路通孔工作。在天线装置中形成LC并联谐振电路，该LC并联谐振电路由柱状短路通孔的电感以及贴片部的柱状短路通孔之外的部分与接地板之间的电容确定。因此，天线装置以LC并联谐振电路谐振的频率工作。

然而，天线装置包括第二短路通孔。第二短路通孔也以类似于第一短路通孔的方式连接至贴片部和接地板。因此，当电流流过第一短路通孔时，电流也流过第二短路通孔。电流流过第二短路通孔的事实意味着与仅设置第一短路通孔的情况相比，电流从贴片部流向接地板的电流路径的数量增加。对于每个电流路径，谐振频率略有不同。因此，由于电流路径的数量的增加，天线装置的工作频率变得更宽。

附图说明

参照附图做出下面的详细描述，本公开内容的上面的和其他的目的、特征和优点将变得更明显。在附图中：

图1是根据第一实施方式的天线装置的透视图；

图2是沿着图1的线II-II取得的天线装置的剖视图；

图3是移除了贴片部的天线装置的平面图；

图4是示出根据第二实施方式的天线装置的图；

图5是示出根据比较例的天线装置的图；

图6是示出根据第二实施方式的天线装置的VSWR与频率之间的关系的图；

图7是示出根据比较例的天线装置的VSWR与频率之间的关系的图；

图8是示出根据第三实施方式的天线装置的图；以及

图9是示出根据修改例的天线装置的图。

具体实施方式

(第一实施方式)

在下文中，将参照附图描述实施方式。图1是根据第一实施方式的天线装置1的透视图。例如，天线装置1在车辆中使用并且安装在车辆的顶上。天线装置1执行无线电波的发送和接收之一或两者。例如，天线装置1通过同轴线缆连接至无线装置(均未示出)，并且由天线装置1接收的信号被顺序地输出至无线装置。

天线装置1将从无线装置输入的电信号转换为无线电波，并将该无线电波发射至空间中。天线装置使用由天线装置1接收的信号，并且还将与发送信号相对应的高频电力提供给天线装置1。作为至天线装置1的电源线，可以使用另一电源线，例如，馈电线代替同轴线缆。

以下，将描述天线装置1的具体结构。天线装置1包括具有平板形状的接地板10。接地板10是导体构件，例如，铜。接地板10电连接至同轴线缆的外部导体并在天线装置1中形成接地电位。接地板10的板状包括薄膜状，例如，箔。也就是说，接地板10可以是形成在树脂板(例如，印刷线路板)的表面上的图案。

接地板10附接至支承板20的后表面21。支承板20由绝缘材料(例如，玻璃环氧树脂)制成。支承板20是在布置接地板10和贴片部30时起到以使接地板10和贴片部30的平面部分以预定间隔彼此面对的作用的构件。支承板20具有矩形板状，并且在平面视图中支承板20的尺寸与接地板10的尺寸基本相同。然而，接地板10的尺寸可以是等于或大于贴片部30的任何尺寸。

此外，可以适当地设计从上方观察的接地板10的形状(以下称为平面形状)。注意，本公开内容中的向上方向是贴片部30设置在接地板10上的方向。在图1中示出的天线装置1中，接地板10的平面形状是矩形。然而，在另一实施方式中，接地板10的平面形状可以是其在平面方向上的中心位置与贴片部30的中心位置相同的正方形。接地板10的平面形状可以是另外的多边形形状，例如，六边形。接地板10的平面形状可以是圆形。当然，接地板10也可以具有由笔直部分和弯曲部分的组合形成的形状。

只要支撑板20起到以上描述的作用，支承板20的形状不限于板状。例如，支承板20可以是支承接地板10和贴片部30以便以预定间隔彼此面对的多个支柱。此外，在本实施方式中，在接地板10与贴片部30之间的间隙填充有树脂(即，支承板20)，但是本实施方式不限于该构造。而是，接地板10与贴片部30之间的间隙可以是空心的或真空的，或者可以填充有具有特定介电比的电介质。此外，可以将以上示例的结构进行组合。当使用印刷线路板来实现天线装置1时，印刷线路板中包括的多个导体层可以用作接地板10和贴片部30，并且将导体层隔开的树脂层可以用作支承板20。

贴片部30被布置在支承板20的前表面22上。贴片部30面对接地板10，其间插入有支承板20。贴片部30经由支承板20与接地板10平行。术语“平行”在此不限于完全平行。贴片部30可以相对于接地板10倾斜几度到大约十度。即，术语“平行”包括基本平行的状态。

根据本实施方式的贴片部30具有正方形形状。然而，贴片部30的形状可以是除正方形以外的旋转对称的平面图(例如，圆形或正六边形)。此外，贴片部30可以具有相对于穿过贴片部30的中心并且彼此正交的两条直线对称的形状(例如，矩形)。另外，贴片部30的形状可以是没有特别对称的形状。贴片部30的边缘部分可以部分或全部形成为曲折形状。此外，贴片部30可以在边缘部分设置有凹口，或者可以使贴片部30的拐角部分为圆形。贴片部30的尺寸等于或小于接地板10的尺寸。

贴片部30是导体构件(例如，铜)并且具有板状。贴片部30的板状包括薄膜状，例如，箔。即，可以通过在树脂板(例如，印刷线路板)的表面上形成导体图案来形成贴片部30。

贴片部30和接地板10被布置成彼此面对，以根据贴片部30的面积和贴片部30与接地板10之间的距离形成静电电容。可以根据天线装置1所需的尺寸适当地设计贴片部30的面积。

图2是沿图1的线II-II取得的剖视图。如图1和图2所示，该天线装置1包括馈电通孔40、第一短路通孔50和第二短路通孔60。馈电通孔40、第一短路通孔50和第二短路通孔60中的每一个由导体材料(例如，铜)制成。

馈电通孔40在靠近贴片部30的第一端处具有馈电点41，馈电点41与贴片部30接触。馈电通孔40还具有与第一端相对的第二端，并且其与同轴线缆连接。因此，馈电通孔40将贴片部30和同轴线缆电连接。第一短路通孔50和第二短路通孔60中的每一个具有与贴片部30连接的第一端和与接地板10连接的第二端。因此，第一短路通孔50和第二短路通孔60将贴片部30和接地板10电连接。

馈电通孔40、第一短路通孔50和第二短路通孔60中的每一个的轴向中心均垂直于具有板状的接地板10和贴片部30。此外，馈电通孔40、第一短路通孔50和第二短路通孔60中的每一个是具有相对于在高度方向上的长度相对较小的直径的导体构件，即，细圆柱状。然而，馈电通路40、第一短路通路50和第二短路通路60中的每一个不必具有圆柱状，而可以具有棱柱状或其截面为半圆形或扇形的柱状。

图2示出在的馈电通孔40的靠近接地板10的第二端处形成的焊盘42。馈电通孔40包括主体43和焊盘42。主体43具有圆柱状。焊盘42从主体43的端部径向延伸。焊盘42是需要在制造中形成主体43时形成的部分。

馈电通孔40与向贴片部30供电的同轴线缆连接。另一方面，接地板10是用于形成接地电位的一部分。因此，接地板10设置有用于容纳焊盘42和焊盘42的外周的孔，并且在接地板10与焊盘42之间设置间隙11。此外，可以看出馈电通孔40穿过接地板10。

为了便于说明，图2未示出在设置有馈电点41的馈电通孔40的第一端以及在第一短路通孔50和第二短路通孔60的两端处的焊盘。但是，在这些端部处也形成有焊盘。

图3是移除了贴片部30的天线装置的平面图。如图3所示，馈电通孔40还具有在靠近贴片部30的第一端处形成的焊盘44。第二短路通孔50中的每一个在靠近贴片部30的第一端处具有焊盘51。第一短路通孔50中的每一个还具有圆柱状的主体52，并且焊盘51形成在主体52的靠近贴片部30的端部处，并且从主体52径向向外延伸。为了便于说明，仅第一短路通孔50中的一个被分配有焊盘51和主体52的附图标记。

此外，第二短路通孔60中的每一个在靠近贴片部30的第一端处具有焊盘61。第二短路通孔60中的每一个还具有圆柱状的主体62，并且焊盘61形成在主体62的靠近贴片部30的端部处，并且从主体62径向向外延伸。为了便于说明，仅第二短路通孔60中的一个被分配有焊盘61和主体62的附图标记。

设置有馈电点41的馈电通孔40的焊盘44与贴片部30接触。此外，第一短路通孔50和第二短路通孔60的靠近贴片部30形成的焊盘51和61与贴片部30电连接。第一短路通孔50和第二短路通孔60的靠近接地板10形成的焊盘与接地板10电连接。

天线装置1包括多个第一短路通孔50。具体地，天线装置1包括四个第一短路通孔50。注意，第一短路通孔50的数量是示例。第一短路通孔50布置成使得第一短路通孔50中的每一个的轴向中心位于半径为R1的圆(以下称为通孔布置圆C1)的圆周上，并且以作为贴片部30的中心的贴片中心点O为中心。贴片中心点O是贴片部30的重力中心。第一短路通孔50以相等的间隔布置在通孔布置圆C1的圆周上。

第二短路通孔60被布置成使得第二短路通孔60中的每一个的轴向中心位于半径为比半径R1小的R2的圆的圆周上，并且以贴片中心点O为中心。半径为R2的圆是比通孔布置圆C1更靠近贴片部30的中心的内圆。天线装置1还包括多个第二短路通孔60。具体地，天线装置1包括四个第一短路通孔60。注意，第一短路通孔60的数量是示例。第二短路通孔60的数量可以是一个或更多个。

在本实施方式中馈电通孔40的布置位置在通孔布置圆C1与贴片部30的一侧之间的中间的附近。在本实施方式中，馈电通孔40的直径大于第一短路通孔50中的每一个的直径和第二短路通孔60中的每一个的直径。但是，这些直径可以不同地改变。

将描述如上描述配置的天线装置1的操作。发送无线电波时天线装置1的操作与接收无线电波时天线装置1的操作是相互可逆的。因此，作为示例，将描述发送无线电波的操作，并且将省略接收无线电波的描述。

第一短路通孔50中的每一个提供了对应于第一短路通孔50中的每一个的在高度方向上的长度和直径

的电感。当第一短路通孔50中的每一个的直径

增加时，由第一短路通孔50中的每一个提供的电感的值减小。

布置在通孔布置圆C1的圆周上的多个第一短路通孔50起到具有半径R1的一个柱状短路通孔的作用。根据另一观点，第一短路通孔50对应于将贴片部30和接地板10的中心区域连接的一个柱状导体。为了方便起见，由起到一个圆柱导体作用的多个第一短路通孔50提供的电感被称为等效电感Le。

等效电感Le主要由半径R1、第一短路通孔50的数量和第一短路通孔50中的每一个的直径

中的半径R1确定。当半径R1增加时，第一短路通孔50起到具有较大直径的柱状导体的作用。即，当半径R1增大时，等效电感Le减小。

半径R1被设置成使得在天线装置1的工作频率f下，等效电感Le成为与由贴片部30提供的电容并联谐振的值。主要通过调整半径R1来实现等效电感Le的调整。然而，另外地，等效电感Le可以根据第一短路通孔50的数量和第一短路通孔50中的每一个的直径来调整。

在天线装置1的工作频率下，电流从贴片部30通过第一短路通孔50流到接地板10。这时，如上所描述的，布置在通孔布置圆1的圆周上的多个第一短路通孔50整体起到具有半径R1的柱状短路通孔的作用。因此，电流主要在具有半径R1的柱状短路通孔的侧表面(换言之，柱表面)上流动。此时，由于少量电流在贴片部30中流过通孔布置圆C1的内部，因此，在贴片部30的通孔布置圆C1之外的部分与接地板10之间的部分有助于电容的形成。由电容和等效电感Le确定的LC并联谐振电路形成在天线装置1中。天线装置1的工作频率由LC并联谐振电路所谐振的频率确定。

然而，除了第一短路通孔50之外，天线装置1还包括第二短路通孔60。由于设置有第二短路通孔60，因此也存在从贴片部30通过第二短路通孔60流到接地板10的电流路径。

即，在天线装置1中，从贴片部30流到接地板10的电流路径除了通过第一短路通孔50的电流路径以外，还包括通过第二短路通孔60的电流路径。对于每个电流路径，谐振频率略有不同。因此，与未设置第二短路通孔60的情况相比，天线装置1以较高的谐振频率谐振。这意味着与未设置第二短路通孔60的情况相比，天线装置1的工作频带可以更宽。如上所描述的，由于可以通过设置第二短路通孔60来加宽工作频带，因此根据工作频率和带宽适当地设置第二短路通孔60的数量和位置。

在天线装置1中，第一短路通孔50以相等的间隔布置在通孔布置圆C1的圆周上，第二短路通孔60也以相等的间隔布置在半径R2的圆周上。利用该配置，天线装置1可以在包括接地板10和贴片部30的平面上在360度方向的所有方向上以几乎相同的增益以宽频带发射垂直极化波。

在天线装置1中，馈电通孔40穿过接地板10，并且馈电通孔40的第一端在馈电点41处连接至贴片部30。同轴线缆被连接至靠近接地板10的馈电通孔40的第二端。因此，同轴线缆在天线装置1的下方延伸。在这样的配置中，与当同轴线缆从平板天线装置1沿板的方向延伸时相比，沿板的方向布置多个天线装置1更容易。

(第二实施方式)

接下来，将描述第二实施方式。在第二实施方式和后续实施方式的描述中，除非另有说明，否则具有与到目前为止所使用的附图标记相同的附图标记的元件与在先前的实施方式中具有相同的附图标记的元件相同。当仅描述配置的一部分时，以上描述的实施方式可以应用于配置的其他部分。

图4是示出根据第二实施方式的天线装置100的图。图4是与第一实施方式的图3对应的图。也就是说，图4是不包括贴片部30的天线装置100的平面图。天线装置100仅在第一短路通孔50的数量上与天线装置1不同。

在天线装置100中，八个第一短路通孔50被布置在通孔布置圆C1的圆周上。八个第一短路通孔50以相等的间隔布置。天线装置100中第二短路通孔60的数量与第一实施方式的天线装置1中的第二短路通孔60的数量相同。这样，第一短路通孔50的数量和第二短路通孔60的数量可以不同，例如，第一短路通孔50的数量大于第二短路通孔60的数量。

图5示出了根据比较例的天线装置200。根据比较例的天线装置200具有从根据第二实施方式的天线装置100移除所有第二短路通孔60的构造。

图6示出了根据第二实施方式的天线装置100的电压驻波比(以下称为VSWR)与频率之间的关系。图7示出了根据比较例的天线装置200的VSWR与频率之间的关系。图6和图7示出的关系是通过模拟获得的。

如图6和图7的频率轴所示，天线装置100和200的工作频率处于28GHz的频带中，该频带是分配给第五代移动电话通信系统的频带之一。但是，天线装置1、100、200的工作频带不限于该频带。对工作频带没有特别限制，例如，3.7GHz的频带、4.5GHz的频带和1.58GHz的频带。

从图6与图7之间的比较可以看出，包括第二短路通孔60的根据第二实施方式的天线装置100的工作频带比根据比较例的天线装置200的工作频带宽。具体地，根据第二实施方式的天线装置100的带宽是689Mhz，而根据比较例的天线装置200的工作频率的带宽是661MHz。

(第三实施方式)

图8是示出根据第三实施方式的天线装置300的图。图8是与第一实施方式的图3对应的图。也就是说，图8是不包括贴片部30的天线装置300的平面图。天线装置300与天线装置1不同之处在于第一短路通孔50的数量和馈电通孔40的位置。

根据第三实施方式的天线装置300包括十个第一短路通孔50。馈电通孔40的位置比第一实施方式中的馈电通孔40的位置更靠近贴片中心点O。

更具体地，在天线装置300中，馈电通孔40位于使得馈电通孔40的焊盘44比圆C2的圆周更靠近贴片中心点O。圆C2是多个第一短路通孔50位于其内并且第一短路通孔50中的每一个与其接触的圆。

当设置具有半径R1的一个短路通孔时，一个短路通孔的焊盘和馈电通孔40的焊盘在根据第三实施方式的馈电通孔40的位置处彼此干扰。然而，如图8所示，在多个第一短路通孔50布置在具有半径R1的通孔布置圆C1的圆周上的配置中，第一短路通孔50和馈电通孔40可以布置成使得彼此不干扰。

虽然以上已经描述了本公开内容的实施方式，但是本公开内容不限于上述实施方式，并且以下描述的各种修改示例也被包括在本公开内容的技术范围内。此外，在不脱离主旨的情况下，可以做出除下述修改之外的各种修改。

(第一修改例)

在根据图9所示的第一修改例的天线装置400中，第二短路通孔60相对于根据第三实施方式的天线装置300被布置在更靠近通孔布置圆C1的位置处。具体地，在天线装置400中，第二短路通孔60位于比圆C3的圆周更靠近贴片部30的一端的位置处。圆C3是多个第一短路通孔50位于其外并且第一短路通孔50中的每一个与其接触的圆。

在天线装置400中，从贴片中心点O到第二短路通孔60的每一个的中心的线段L在与贴片部30或接地板10平行的平面上不与第一短路通孔50相交。当第二短路通孔60如上描述那样地布置，第二短路通孔60的位置可以被设置成靠近通孔布置圆C1的位置。

此外，在天线装置400中，第二短路通孔60的间隔部分地不相等。以这种方式，第二短路通孔60可以以除相等间隔之外的间隔布置。

(第二修改例)

在以上描述的实施方式中，其上布置有第一短路通孔50的通孔布置圆C1的中心是贴片中心点O。然而，通孔布置圆C1的中心可以不是贴片中心点O。例如，通孔布置圆C1的中心可以在贴片部30的除了贴片中心点O之外的中心部分中。这里，中心部分是指其中由通孔布置圆C1的中心偏离贴片中心点O而造成的方向性的偏差落在预定的允许范围内的范围。

(第三修改例)

在以上描述的实施方式中，通孔布置圆C1是正圆。然而，只要方向性的偏差落在允许水平内，通孔布置圆C1可以是椭圆形。即，圆形包括椭圆形。

(第四修改例)

第二短路通孔60可以位于通孔布置圆C1外。

Claims

1.一种天线装置，包括：

接地板(10)，其为具有板状的导体构件；

贴片部(30)，其为具有板状的导体构件，并且以预定间隔与所述接地板平行地布置，以便面对所述接地板；

多个第一短路通孔(50)，每个第一短路通孔的轴向中心都布置在位于所述贴片部的中心部分的通孔布置圆(C1)的圆周上，并且每个第一短路通孔具有与所述贴片部连接的第一端和与所述接地板连接的第二端；以及

至少一个第二短路通孔(60)，所述至少一个第二短路通孔的轴向中心布置在与所述通孔布置圆的圆周不同的位置处，并且具有与所述贴片部连接的第一端和与所述接地板连接的第二端。

2.根据权利要求1所述的天线装置，其中，

所述至少一个第二短路通孔包括多个第二短路通孔，以及

所述多个第二短路通孔中的每个第二短路通孔的轴向中心布置在位于比所述通孔布置圆更靠近所述贴片部的中心的内圆的圆周上。

3.根据权利要求1或2所述的天线装置，还包括：

馈电通孔(40)，其穿过所述接地板，具有与所述贴片部连接的第一端和靠近所述接地板的第二端，并且具有形成在所述馈电通孔的第一端和第二端处的焊盘(42、44)，其中，

在所述接地板与形成在所述馈电通孔的第二端处的焊盘之间设置有间隙。