CN1689192A - 天线装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种天线装置。所述天线装置在大致圆形的基板上侧所附加设置的大致圆形的微带贴片(Micro strip Patch)的周围，在大致垂直的方向上竖直设置了上下两侧开口的大致圆锥形的导电性部件，其特征在于：该导电性部件的下侧开口部接地于被附加设置在基板下侧的接地板上，该导电性部件的上侧开口部的直径，比该导电性部件的下侧开口部的直径大。

Description

天线装置

技术领域

本发明涉及使用了微带贴片(Micro strip Patch)的天线装置的结构，特别涉及在微带贴片的周围配置了大致圆锥形罩盖(cup)的天线装置的结构。

背景技术

本发明的申请人，关于在微带天线的周围配置了大致圆筒状的导电性部件的天线装置，在日本已具有专利权(日本专利第3026171号)。

日本专利第3026171号的天线装置，与微带天线的周围未配置大致圆筒状的导电性部件的情况相比较，是谋求实现增益提高和窄波束宽度(这里所说的波束宽度是半功率宽度)的天线装置。

更具体的说，相对于具有天线的厚度薄、重量轻、结构简单、容易得到圆极化波等特征的以往的微带天线，上述专利的天线装置，在微带天线周围配置大致圆筒状的导电性部件，由此谋求增益的提高，使上述微带天线的增益约为7dBi，并谋求窄波束宽度的实现。其结果，调整大致圆筒状的导电性部件的高度、直径后，例如增益达到了约9dBi以上，波束宽度达到约50°。

本发明目的在于，通过改善日本专利第3026171号所示的天线装置，提供一种具有高增益和/或窄波束宽度的天线装置。

发明内容

实现上述目的的本发明的天线装置，具备如下结构。

即，一种天线装置，所述天线装置在大致圆形的基板上侧所附加设置的大致圆形的微带贴片的周围，沿大致垂直的方向竖直设置了上下两侧开口的大致圆锥形的导电性部件，其特征在于：该导电性部件的下侧开口部接地于被附加设置在基板下侧的接地板上；该导电性部件的上侧开口部的直径，比该导电性部件的下侧开口部的直径大。

相对于作为该天线装置的对象的信号波长，通过将导电性部件的高度设为相当于1/3波长左右到1/2波长左右，可以实现更高增益和/或窄波束宽度。

相对于作为该天线装置的对象的信号波长，通过将导电性部件的高度设为相当于1/3波长左右，基板的直径设为相当于3/4波长左右到5/4波长左右，导电性部件的上侧开口部的直径设为相当于13/12波长左右到11/6波长左右，可以实现比上述日本专利第3026171号天线装置更高的增益和/或窄波束宽度。

特别的，基板的直径是1波长左右时，通过将导电性部件的高度设为1/3波长左右，导电性部件的上侧开口部的直径设为3/2波长左右，能同时实现高增益和窄波束宽度。

通过用蜂窝状材料形成基板，和/或在微带贴片的辐射面前方配置无源元件，能够在高增益和窄波束宽度的基础上扩展天线装置的频带。

可以在微带贴片周围拆装自由地竖直设立导电性部件。这样，不改变接地板、基板、微带贴片，只改变导电性部件就可以做成具有与使用目的相符合的增益、波束宽度的天线装置。

附图说明

图1是本发明的天线装置的垂直剖面图。

图2是本发明的天线装置的平面图。

图3是基板为蜂窝状材料的天线装置的垂直剖面图。

图4是配置了无源元件的天线装置的垂直剖面图。

图5是表示在微带天线的周围配置了作为大致圆筒状的导电性部件的圆柱罩盖时的、增益相对于该圆柱罩盖的高度而变化的表。

图6是表示在将大致圆锥状的导电性部件的高度固定在1/3波长，使基板的直径和该导电性部件的上侧开口部分的直径发生变化时的增益变化(计算值)的表。

图7是表示在将大致圆锥状的导电性部件的高度固定在1/3波长，使基板的直径和该导电性部件的上侧开口部分的直径发生变化时的波束宽度变化(计算值)的表。

图8是表示在将大致圆锥状的导电性部件的高度固定在1/3波长、基板的直径固定在1波长，使该导电性部件的上侧开口部分的直径发生变化时的增益变化(测量值)的表。

图9是表示在将大致圆锥状的导电性部件的高度固定在1/3波长、基板的直径固定在1波长，使该导电性部件的上侧开口部分的直径发生变化时的在H面和E面的波束宽度变化(测量值)的表。

具体实施方式

根据图1和图2，详细阐述本发明的实施方式。并且，本发明并不限于以下的说明，可以适当地改变设计。

下述的用于实施本发明的优选方式，是使更高增益和更窄波束宽度并存情况的实施方式。不限于本发明的天线装置，一般的，天线装置的最佳实施方式具有与其使用目的相应的性能。例如，有要求既提高增益又使波束宽度变窄的使用目的。也存在与其相反的情况。因此，下述的实施方式并不是通常的最佳方式。顺便的，下述的实施方式中的天线装置的使用目的在于，例如，为了使用于卫星通信，取得更多的线路容限(margin)，而使增益提高。

图1表示本发明的天线装置的垂直剖面图；图2表示本发明的天线装置的平面图。

作为接地板的金属板1、作为基板的电介质基板2、以及作为微带贴片的金属板3的形状各自做成圆形。并不是必须为正圆，大致为圆形就可以。

作为接地板的金属板1和电介质基板2，一般是相同大小相同形状，但也不一定必须是相同大小相同形状。例如，作为接地板的金属板1也可以是包容电介质基板2的大小的正方形。在本实施方式中，作为接地板的金属板1和电介质基板2做成了相同大小相同形状。

一般的，作为圆形的微带贴片的金属板3的半径能够由下式(作为数学式1)近似地求出。

$F=1.84\×C/\left[2\mathrm{\π}\right\{a+2(t/\mathrm{\π})\ln 2\left\}\sqrt{}{\mathrm{\ϵ}}_{\mathrm{\γ}}\right]$

其中，F表示共振频率，即作为本发明的天线装置对象的信号波的频率，C表示光速，a表示圆形微带贴片的半径，t表示基板的厚度，ε_r表示基板的介电常数。

另外，作为本发明的天线装置对象的信号波的波长λ，可以用下面的式子(作为数学式2)求出。

λ＝C/F

下面，所谓波长是指作为本发明的天线装置12对象的信号波波长λ。

作为接地板的金属板1和电介质基板2的直径，即，在图1中，用D标记的部分，是1个波长左右的长度。

金属板最好是电阻较小的金属，通常使用比较便宜电阻又很小的铜。另外，作为接地板的金属板1和作为微带贴片的金属板3可以使用不同的金属，但一般使用同样的金属。

作为电介质基板，有玻璃树脂、聚乙烯、陶瓷电介质等，也可以是以往周知的用于微带天线的电介质。另外，如图3所示，电介质基板2也可以用蜂窝状材料9形成。通过这样做，可以进行天线装置的宽频带化。

使作为接地板的金属板1与电介质基板2一致地接合，为了使作为微带贴片的金属板3不超出电介质基板2，通常将作为微带贴片的金属板3接合在电介质基板2的中间部分。

接合方法也有使用所谓接合剂的方法，但是，因为产生由接合剂引起的介电常数的变化，所以应用以下的方法，即：在电介质基板2的两个面上对用于接地板和用于微带贴片的金属板实施蚀刻处理，剥离微带贴片一侧的金属板的一部分。其结果，与在电介质基板2上接合了作为接地板和作为微带贴片的金属板是相同的。另外，根据实施蚀刻处理的方法，剥离后剩余的金属板部分成为微带贴片，因为该微带贴片的大小影响共振频率，所以通过调整剥离的金属板部分就能够设定共振频率。此外，因为电介质基板与作为接地板的金属板、作为微带贴片的金属板之间的接合方法，并不是本发明的重点，所以上述方法不一定是必需的，也可以适当使用以往的周知的方法。

作为上下两侧开口的大致圆锥形的导电性部件的锥形罩盖4，用金属来做成。其材质并不排除是不同于作为接地板的金属板1和作为微带贴片的金属板3的金属，但是，在使用了不同金属的情况下，为了防止基于各种金属固有的阻抗的影响等，通常使用相同的材料。在本实施方式中，其材料为铜。

锥形罩盖4的下侧开口部分5是圆形，该直径和电介质基板2以及作为接地板的金属板1的直径几乎是相同的，抵接在电介质基板2和作为接地板的金属板1的圆周边缘。可是，不一定要使锥形罩盖4抵接在电介质基板2上，至少锥形罩盖4接地于作为接地板的金属板1上即可。连接方法例如可以使用软钎焊的焊接方法等。这样，锥形罩盖4以被接地到作为接地板的金属板1上的状态，在作为微带贴片的金属板3的周围、沿几乎垂直的方向竖直设立。

作为锥形罩盖4的环状体部分的侧壁部分7的斜率，通常是大致固定的。

另外，与锥形罩盖4的电介质基板2相反一侧的上侧开口部分6是圆形，该直径即在图1中用DL标记的部分，做成3/2波长左右的长度。并且，锥形罩盖4的高度即在图1中用H标记的部分，做成1/3波长左右的长度。

如图4所示那样，也可以在微带贴片的辐射面前方配置无源元件10和无源元件用基板11。这样，就可以进行天线装置的宽频带化。或者，用蜂窝状的材料9形成电介质基板2，进而，也可以在微带贴片的辐射面前方配置无源元件10和无源元件用的基板11。

对于天线装置12的供电方法，可以是以往周知的方法。图1、图3、图4所示的天线装置的供电方法，是在作为接地板的金属板1上配置了供电用插头8的插座式供电。

接着，在上述所示的实施方式之外，简单地介绍一下本发明者进行的数值计算结果。

以下是进行了数值计算的实施例。

将作为天线装置12对象的信号波的频率设为2.5GHz，在基板上使用了介电常数为2.17、厚度为1.524mm的PTFE电介质。

从上述的数学式2得到作为天线装置的收发信对象的信号波的波长为120mm。另外，由上述的数学式1求出微带贴片的半径，为46mm(23/60波长)。微带贴片、接地板、锥形罩盖的材料都使用铜。锥形罩盖的厚度取为0.2mm。

在图5中，表示了在微带天线的周围，配置了大致圆筒状的导电性部件的圆筒罩盖时，增益相对于该圆筒罩盖的高度而变化的表。由图5的计算值和测量值得知圆筒罩盖高度在40mm(约1/3波长)到60mm(1/2波长)左右，能得到较高的增益。因此，能够得知：在配置锥形罩盖时，为了获得更高的增益，与配置了圆筒罩盖时一样，优选的是将锥形罩盖的高度设为40mm(1/3波长)到60mm(1/2波长)左右。

因此，把表现了为了数值计算的方便而将锥形罩盖的高度固定为40mm(1/3波长)、使基板的直径和扩展直径(作为表示锥形罩盖的上侧开口部分的扩大程度的指标，将接地板和电介质基板的直径与上侧开口部分的直径的差的一半定义为扩展直径，即将图1中用d所标记的部分定义为扩展直径。)发生变化时的增益的变化(计算值)的表表示在图6。另外，同样地，把表现了将锥形罩盖的高度固定为40mm(1/3波长)、使基板的直径和扩展直径发生变化时的波束宽度的变化(计算值)的表表示在图7。在图6和图7中，基板的直径的变化是从80mm(2/3波长)到150mm(5/4波长)，扩展直径的变化是从0mm(0波长)到50mm(5/12波长)，但不限于此，只是作为一个例子而提出。从这些图可知，通过在微带贴片周围配置大致圆锥形的导电性部件，可以实现增益提高、和/或窄波束宽度。并且，通过实施适当的基板的直径和扩展直径的组合，能够构成具有与所期望的使用目的相符合的增益和波束宽度的天线装置。此外，不限于本实施例，以各种各样的波段为对象，也能得到同样的效果。

此外，因为发明者在作为上述数值计算的对象的形状的部分中实际测定了增益和波束宽度，所以表示其测定结果。具体的说，把表现了锥形罩盖的高度固定为40mm(1/3波长)、电介质基板的直径固定为120mm(1波长)、使扩展直径发生变化时的增益的变化(测量值)的表表示在图8。另外，把表现了锥形罩盖的高度固定为40mm(1/3波长)、电介质基板的直径固定为120mm(1波长)、使扩展直径发生变化时的天线模型的H面(电磁波的磁场平面)和E面(电磁波的电场平面)中波束宽度的变化(测量值)的表表示在图9。如这些图所示，能够得知：计算值和测量值之间尽管有一些误差，但使扩展直径发生变化时的增益和波束宽度的变化的趋势是相似的。因此，不仅在数值计算上，在实际中通过在微带贴片的周围配置大致圆锥形的导电性部件，就能够确认实现了增益的提高、或/和窄波束宽度。

能够做成以下的天线装置，即：通过自由地更换锥形罩盖4，从而原样地使用作为接地板的金属板1、电介质基板2以及作为微带贴片的金属板3，具有与使用目的相符合的增益和波束宽度。

工业上的可利用性

根据本发明，通过在微带贴片的周围竖直设置适当的基板直径和扩展直径的组合的导电性部件，可以得到具有与所期望的使用目的相符合的增益和波束宽度的天线装置。并且，通过组合的方式，能够做成同时实现高增益和窄波束宽度的天线装置。

此外，本发明的天线装置，还具有微带天线的小型重量轻等特征。

因此，例如，可以作为反射镜天线的1次放射器而使用。另外，还可以考虑作为移动台天线、移动式站天线、卫星搭载天线，或者这些天线的1次放射器的用途，在工业上的广泛领域都具有可利用性。

Claims (7)

1.一种天线装置，所述天线装置在大致圆形的基板上侧所附加设置的大致圆形的微带贴片的周围，沿大致垂直的方向竖直设置了上下两侧开口的大致圆锥形的导电性部件，其特征在于：

该导电性部件的下侧开口部接地于被附加设置在基板下侧的接地板上；

该导电性部件的上侧开口部的直径，比该导电性部件的下侧开口部的直径大。

2.根据权利要求1所述的天线装置，其特征在于：

导电性部件的高度相当于1/3波长左右到1/2波长左右。

3.根据权利要求1所述的天线装置，其特征在于：

导电性部件的高度相当于1/3波长左右；

基板的直径相当于3/4波长左右到5/4波长左右；

导电性部件的上侧开口部的直径相当于13/12波长左右到11/6波长左右。

4.根据权利要求1所述的天线装置，其特征在于：

导电性部件的高度相当于1/3波长左右，

基板的直径相当于1波长左右，

导电性部件的上侧开口部的直径相当于3/2波长左右。

5.根据权利要求1～4的任一项所述的天线装置，其特征在于：

基板由蜂窝状材料构成。

6.根据权利要求1～5的任一项所述的天线装置，其特征在于：

在微带贴片的辐射面前方配置有无源元件。

7.根据权利要求1～6的任一项所述的天线装置，其特征在于：

导电性部件拆装自由地竖直设置在微带贴片的周围。

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