贴片天线和天线装置的制作方法

本发明涉及具有曲面或弯曲面状的贴片振子的贴片天线和具备该贴片天线的天线装置。

背景技术：

以往的贴片天线中，作为放射电极的贴片振子是平面状的，因此，与贴片振子垂直的方向上的指向性较高，即半值角(从增益的峰值到-3db为止的指向角的范围)较窄。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2003-347838号公报

技术实现要素：

如上所述，以往的贴片天线的半值角较窄，换言之，处于与贴片振子平行的方向的贴片天线侧方的增益较低。因此，以往的贴片天线不适合在较宽的角度范围内进行电波的收发的用途。

本发明是认识到这样的状况而做成的，其目的在于，提供一种贴片天线和天线装置，通过将贴片振子设为曲面或弯曲面状，扩大指向特性中的半值角而使得能够在较宽的角度范围内进行电波的收发。

本发明的一形态是贴片天线。该贴片天线的特征在于，具备贴片振子和与所述贴片振子相对的接地导体，所述贴片振子朝向与所述接地导体相对的一侧的相反侧凸起。

也可以是，所述贴片天线以至少1根中心线为中心凸起，所述贴片振子的两侧的端部位于隔着所述中心线的位置，分别从所述两侧的端部起的与以最短距离朝向所述接地导体的方向平行的面相交叉或者成为同一面。

也可以是，所述贴片振子是在中央部弯曲而弯折的板状。

也可以是，从所述贴片振子的所述中心线方向的一个端部侧供电。

也可以是，波源位于所述贴片振子的所述中心线方向的两端部。

也可以是，所述贴片振子的与所述接地导体相对的一侧的相反侧是外表面，所述外表面的一个端部朝向第1方向，另一个端部朝向与所述第1方向相反的一侧的第2方向。

也可以是，所述贴片振子具有棱线。

也可以是，在所述贴片振子与所述接地导体之间设置有电介质。

也可以是，在所述贴片振子连接有同轴电缆的内部导体，在所述接地导体连接有所述同轴电缆的外部导体。

本发明的另一个形态是天线装置。该天线装置的特征在于，具备所述贴片天线。

也可以是，所述贴片天线以成为垂直偏振波用的方式支承于车身。

另外，以上的构成要素的任意的组合、将本发明的表述在方法、系统等之间转换而成的组合也作为本发明的形态是有效的。

发明效果

根据本发明，贴片天线具有曲面或弯曲面状的贴片振子，由此能够扩大指向特性中的半值角，进而能够在较宽的角度范围内进行电波的收发。

附图说明

图1是本发明的贴片天线和天线装置的实施方式1、且是表示贴片天线部分的主视图。

图2是本发明的贴片天线和天线装置的实施方式1、且是表示贴片天线部分的侧视图。

图3是本发明的贴片天线和天线装置的实施方式1、且是表示贴片天线部分的后视图。

图4是本发明的贴片天线和天线装置的实施方式1、且是表示贴片天线部分的俯视图。

图5是表示具备贴片天线的车载用天线装置的整体结构的侧剖视图。

图6是将实施方式1的贴片天线的水平面增益与比较例(图9)的水平面增益对比来表示的基于模拟的指向特性图。

图7是贴片天线的基于模拟的vswr特性图。

图8是表示贴片振子的前后方向的长度与贴片天线的半值角之间的关系的基于模拟的说明图。

图9是贴片振子的前后方向的长度l为0mm时的、比较例的贴片天线(通常的贴片天线)的水平面的剖视图。

图10是本发明的实施方式2的贴片天线、且贴片振子的前后方向的长度l为9.7mm(0.19λ0、其中，λ0表示自由空间中的波长)时的水平面的剖视图。

图11是本发明的实施方式3的贴片天线、且贴片振子的前后方向的长度l为12mm(0.236λ0)时的水平面的剖视图。

图12是实施方式3(贴片振子的前后方向的长度l＝12mm(0.236λ0))和之后论述的实施方式4{贴片振子的前后方向的长度l＝14.5mm(0.285λ0)}的基于模拟的vswr特性图。

图13是本发明的实施方式4的贴片天线、且贴片振子的前后方向的长度l为14.5mm(0.285λ0)时的水平面的剖视图。

图14是本发明的实施方式5、且从上方观察具有适合于同轴电缆的构造的贴片天线的俯视图。

图15是将实施方式5的贴片天线的水平面增益与比较例(图9)的水平面增益对比来表示的基于模拟的指向特性图。

图16是实施方式5的贴片天线的基于模拟的vswr特性图。

图17是本发明的实施方式6、且表示在车身的前玻璃内侧设置有贴片天线的天线装置的侧剖视图。

图18是本发明的实施方式6的该天线装置的放大剖视图。

具体实施方式

以下，一边参照附图，一边详细论述本发明的优选实施方式。对各附图所示的同一或同等的构成要素、构件、处理等标注同一附图标记，适当省略重复的说明。另外，实施方式是例示，并不用于限定发明，并不限于实施方式所述的所有特征及其组合必须是发明的本质性的特征及组合。

图1～图4是本发明的贴片天线和天线装置的实施方式1、且是表示贴片天线部分的主视图，图2是该贴片天线部分的侧视图，图3是该贴片天线部分的后视图，图4是该贴片天线部分的俯视图，图5是表示具备贴片天线的天线装置的整体结构的侧剖视图。

首先，利用图1～图4对贴片天线1进行说明。在此，贴片天线1用于例如v2x(vehicletoeverything：车车间·路车间)通信用。贴片天线1与水平面(与重力方向呈直角的面)垂直地(也就是说，沿铅垂方向)配置，是垂直偏振波用。贴片天线1具备：作为放射电极的贴片振子10；接地导体板20，其与贴片振子10相对；电介质30，其介于贴片振子10与接地导体板20之间；以及作为供电线的同轴电缆40。

贴片振子10是将平面状的金属板材导体弯折成朝向与接地导体板20相对的一侧的相反侧凸起的弯曲面状(在此，设为包括将平面以形成1条或多条棱线的方式弯折而成的形状在内的弯曲面状)而得到的。贴片振子10以至少1根中心线为中心凸起。并且，贴片振子10的两侧的端部位于隔着中心线的位置，分别从两侧的端部起的与以最短距离朝向接地导体板20的方向平行的面相交叉或者成为同一面。即，贴片振子10是在中央部弯曲而弯折的板状。具体来说的话，贴片振子10是将金属板材导体以具有4条棱线的方式弯折而形成的，不与接地导体板20相对的外表面11(与接地导体板20相对的一侧的面的相反侧的面)具有由上下方向(与中心线平行)的4条棱线划分而成的5个矩形平面。即，贴片振子10的外表面11具有：正面部12；第1侧面部13a、13b，其相对于正面部12分别弯折；以及第2侧面部14a、14b，其从第1侧面部13a、13b分别弯折且与正面部12呈直角。此时中心线与夹着正面部12的两条棱线平行且位于两条棱线的中间。在从正面观察贴片振子10时，第1侧面部13a和第2侧面部14a朝向左侧，第1侧面部13b和第2侧面部14b朝向右侧。其结果，贴片振子10具有规定的前后方向(与正面部正交的方向)的长度l(图2)。

接地导体板20是与贴片振子10同样地将平面状的金属板材导体以具有4条棱线的方式弯折而形成的，分别具有与正面部12、第1侧面部13a、13b、以及第2侧面部14a、14b平行的部分。而且，在接地导体板20上，在包括与贴片振子10的正面部12的上边中央相对的位置及其周边在内的区域设置有孔21。

电介质30是例如abs树脂，夹在贴片振子10与接地导体板20之间。电介质30与贴片振子10的弯折而成的形状相应地被预先成型。贴片振子10和接地导体板20通过介于两者之间的电介质30而一体化，贴片振子10经由电介质30而由接地导体板20保持。

作为薄板的带状导体(也可以是销状)的供电导体19以未接触的方式贯通孔21而将同轴电缆40的内部导体41和贴片振子10连接。供电导体19也可以是例如将与贴片振子10一体的带状导体部弯折而形成的。同轴电缆40的外部导体42被设置到接地导体板20的一对夹持片22夹持，与接地导体板20连接。

在贴片天线1中，为了与同轴电缆40的特性阻抗之间的阻抗匹配，供电导体19在贴片振子10的端面与贴片振子10连接(供电点45处于贴片振子10的端面的高度位置)。只要能够进行与同轴电缆40的特性阻抗之间的阻抗匹配，则供电导体19也可以在贴片振子10的端面以外的位置(例如，相对于端面靠下方的位置)与贴片振子10连接。另外，在贴片天线1中，供电导体19于在水平面中观察贴片振子10时成为贴片振子10的中央的位置处与贴片振子10连接(供电点45处于在水平面中观察贴片振子10时成为贴片振子10的中央的位置)。其原因在于，若当在水平面中观察贴片振子10时供电点45处于从成为贴片振子10的中央的位置偏离的位置，则从供电点45到贴片振子10的左右方向的端部为止的距离在左右不同，有时在贴片天线1产生不需要的谐振。如图1那样，在从贴片振子10的中心线方向的一个端部侧供电的情况下，波源位于贴片振子10的中心线的方向的两端部。也就是说，在图1的贴片天线1中，从贴片振子10的上下方向的上侧供电，因此，在贴片振子10的上下方向的上侧端部和下侧端部产生波源。即使是在从贴片振子10的上下方向的下侧供电的情况下，也会在贴片振子10的上下方向的上侧端部和下侧端部产生波源。

在贴片天线1中不存在倒f型天线那样的短路导体。

图5是具备贴片天线1的车载用天线装置60。在安装于车身顶板上的天线基座71上，从前侧起按照卫星数码广播接收用的sxm天线81、gnss(globalnavigationsatellitesystem；全球导航卫星系统)天线82、am/fm广播接收用天线83、v2x通信用贴片天线1的顺序搭载这些天线，以覆盖这些天线的方式将电波透过性的天线壳体72盖在天线基座71上。在图5中定义车载用天线装置60的上下、前后方向。纸面的上方向是上，下方向是下，纸面的左方向是前，纸面的右方向是后。

sxm天线81和gnss天线82是构成平面天线的贴片天线，向上方具有指向性。am/fm广播接收用天线83具有导体板的电容加载振子84和线圈85串联的串联连接。电容加载振子84是例如蜿蜒状。另外，线圈85既可以位于车载用天线装置60的大致中心，也可以偏置。v2x通信用贴片天线1是如下配置：通过将接地导体板20固定于天线基座71，v2x通信用贴片天线1垂直地立设于天线基座71上，贴片振子10的正面部12朝向后方。另外，在车载用天线装置60安装到车身顶板上的状态下，贴片天线1的贴片振子10呈大致铅垂面而支承于车身，贴片天线1成为垂直偏振波用。

图6是将实施方式1的贴片天线1的水平面增益(实线)与比较例(在图9中随后论述)的水平面增益(虚线)对比来表示的基于模拟的指向特性图，频率：5887.5mhz，主瓣增益：4.62db，主瓣方位：0°，半值角(从增益峰值到-3db的角度范围)：181.4°。在图5的情况下，图6的方位角0°是后方，与在图9的比较例中半值角较窄相比，能够确保实施方式1的贴片天线1的半值角大于等于180°。半值角变大的原因在于，贴片振子10被弯折而呈朝向其外表面凸起的曲面，贴片振子10具有规定的前后方向的长度l。图6是贴片天线1单独存在的情况的模拟结果，但可以认为，即使如图5那样电容加载振子84在贴片天线1的上方延伸，也能够忽略对水平面指向特性造成的影响。

图7是贴片天线1的基于模拟的vswr特性图。如图7所示那样，vswr在频率5.9ghz以外的频率下未变低，在5.9ghz附近，未在贴片天线1产生不需要谐振。

根据本实施方式，能够起到下述的效果。

(1)在具备贴片振子10和与贴片振子10相对的接地导体板20的贴片天线1中，贴片振子10是将金属板材导体以具有4条棱线的方式弯折而形成的弯曲面状，且朝向与接地导体板20相对的一侧的相反侧成为凸面，因此，与使用平面状的贴片振子的普通贴片天线相比，能够扩大半值角。

(2)贴片振子10中，与接地导体板20相对的一侧的相反侧是外表面11，是相对于作为外表面11中央部的正面部12分别弯折而成的第1侧面部13a和第2侧面部14a朝向左侧、第1侧面部13b和第2侧面部14b朝向右侧的形状，因此，能够将半值角扩大到大于等于180°。

(3)通过将朝向左侧的第1侧面部13a和第2侧面部14a、以及朝向右侧的第1侧面部13b和第2侧面部14b设为恰当的长度，能够将半值角维持在大于等于180°且谋求抑制不需要谐振(二次模下的谐振)的产生。随后论述这点的说明。

(4)贴片振子10的外表面11是以相对于正面部12具有棱线的方式形成有第1侧面部13a、13b和第2侧面部14a、14b的多棱面，是适于连接同轴电缆40的构造。也就是说，通过在一定程度上确保正面部12的横向宽度，能够容易地进行同轴电缆40的连接作业。

以下使用图8～图15说明贴片天线的贴片振子为曲面或弯曲面状的理由。

a.半值角的扩大

图8是表示贴片振子的前后方向的长度与贴片天线的半值角之间的关系的基于模拟的说明图。图9是在图8的模拟中所使用的贴片振子的前后方向的长度为0mm时的、比较例的贴片天线7(普通贴片天线)的水平面的剖视图，图10是在图8的模拟中所使用的本发明的实施方式2的贴片天线2、且贴片振子的前后方向的长度l为9.7mm时的水平面的剖视图，图11是在图8的模拟中所使用的本发明的实施方式3的贴片天线3、且贴片振子的前后方向的长度l为12mm时的水平面的剖视图。在图8的模拟中，设为图9～图11的贴片天线的动作频率是5887.5mhz而得到了半值角。另外，在将λ0设为自由空间中的波长的情况下，贴片振子的前后方向的长度l是9.7mm与0.19λ0相对应，贴片振子的前后方向的长度l是12mm与0.236λ0相对应。

图9的比较例的贴片天线7中，贴片振子107和接地导体板207都是平板，且平行配置。贴片振子107的前后方向的长度l是0mm，根据图8可知半值角最小。

图10的实施方式2的贴片天线2是贴片振子102在中央部弯曲而弯折的板状，接地导体板202在中央部弯折而与贴片振子102平行配置。贴片振子102的前后方向的长度l＝9.7mm。贴片振子102具有前后方向的长度成分，从而如从图8可知那样，半值角比图9的比较例的半值角大。

图11的实施方式3的贴片天线3是贴片振子103在中央部呈大致半圆弧状弯曲而弯折的板状，贴片振子103的外表面的一个端部朝向左方向，另一个端部朝向右方向。贴片振子103的前后方向的长度l＝12mm。接地导体板203是平板且与贴片振子103的主要部分平行地配置。在该情况下，如图8所示，半值角进一步扩大，成为180°。前述的实施方式1具有与实施方式3所示的贴片振子的前后方向的长度l＝12mm相当的构造。在图8的模拟中，设为图9～图11所示的贴片振子的水平面的截面中的长度(爬电距离)全部相等。另外，在图9～图11中，设为不存在同轴电缆而进行了图8的模拟。

如图8所示，若将贴片振子设为曲面状而加长前后方向的长度l，则半值角变大，若如图11的贴片天线3那样贴片振子103的一个端部朝向左侧、另一个端部朝向右侧，则半值角成为180°。也就是说，为了增大半值角，将贴片振子设为曲面状且加长前后方向的长度l、即使得贴片振子不仅朝向正面(在图5的天线装置60的配置中，是朝向车辆后方)还朝向左侧和右侧的做法是有效的，通过将贴片振子的前后方向的长度l设定成恰当值，能够实现半值角180°。

另外，也可以是，贴片振子仅朝向正面和左侧或者仅朝向正面和右侧(贴片振子的水平面的截面成为l字形状)。贴片天线的与贴片振子垂直的方向的指向性较高，因此，在该情况下，与普通贴片天线的平面状的贴片振子相比，半值角变大。不过，与贴片振子不仅朝向正面还朝向左侧和右侧的实施方式1、3的贴片天线1、3相比，半值角变小。

b.不需要谐振(二次模下的谐振)的产生的抑制

在设计成v2x通信用的贴片天线的情况下，在贴片天线的谐振模式中存在以v2x通信用的频率5.9ghz进行谐振的主模以及以频率5.9ghz以外的频率进行谐振的二次模。

图12是贴片振子的前后方向的长度l为12mm时和14.5m时的贴片天线的基于模拟的vswr特性图。在图12的贴片振子的前后方向的长度l＝12mm时的模拟中，使用了图11的实施方式3的贴片天线3。另外，在图12的贴片振子的前后方向的长度l＝14.5mm时的模拟中，使用了随后论述的图13的实施方式4的贴片天线4。在将λ0设为自由空间中的波长的情况下，贴片振子的前后方向的长度l是12mm与0.236λ0相对应，贴片振子的前后方向的长度l是14.5mm与0.285λ0相对应。

图13是实施方式4、且是在图12的贴片振子的前后方向的长度l为14.5mm时的模拟中所使用的贴片天线4的水平面的剖视图。图13的实施方式4的贴片天线4是贴片振子104在中央部呈大致半圆弧状弯曲而弯折的板状，贴片振子104的外表面的一个端部朝向左方向，另一个端部朝向右方向。贴片振子104的前后方向的长度l＝14.5mm。接地导体板204是平板且与贴片振子104的主要部分平行地配置。

在该实施方式4的情况下，贴片振子104的曲率半径与图11的实施方式3中的贴片振子103的曲率半径相同。不过，为了使贴片振子104的前后方向的长度l比图11的贴片振子103大，水平面的截面中的贴片天线4的长度(换言之，贴片振子104的爬电距离)比图11的贴片天线3的长度(贴片振子103的爬电距离)长。因此，如图12所示，在贴片振子的前后方向的长度l是12mm时(实线时)，vswr在频率5.9ghz以外的频率下未变低，主模是支配性的，不需要谐振(二次模下的谐振)在主模的附近未产生。另一方面，在贴片振子的前后方向的长度l是14.5mm时(虚线时)，二次模的影响变强，主模的特性恶化而能够确认到不需要谐振。

如从图12和图13的结果可知那样，为了抑制不需要谐振的产生，缩短贴片振子的前后方向的长度l(不大于所需程度地变长)、即缩短水平面的截面中的贴片天线的长度(不大于所需程度地变长)即可。

c.同轴电缆的存在

在图9的比较例、图10的实施方式2、以及图11的实施方式3中，设为不存在同轴电缆而进行了图8的模拟，但需要在贴片天线电连接有供电用的同轴电缆。图14是实施方式5、且是从上方观察适合由同轴电缆40供电的构造的贴片天线5的俯视图。在该情况下，贴片天线5具备：贴片振子105；接地导体板205，其与贴片振子105相对；电介质305，其介于贴片振子105与接地导体板205之间；以及作为供电线的同轴电缆40。

实施方式5的贴片振子105是将平面状的金属板材导体以具有两条棱线的方式弯折而形成的弯曲面状，外表面115具有由上下方向的两条棱线划分而成的3个矩形平面。即，贴片振子105的外表面115具有正面部125和与正面部125分别垂直地弯折的侧面部135a、135b。在从正面观察贴片振子105时，侧面部135a朝向左侧，侧面部135b朝向右侧。接地导体板205是与贴片振子105同样地将平面状的金属板材导体以具有两条棱线的方式弯折而形成的，分别具有与正面部125、侧面部135a、135b平行的部分。贴片振子105的前后方向的长度l设定成与前述的实施方式1相同的长度。其他结构与实施方式1相同。

图15是将实施方式5的贴片天线5的水平面增益(实线)与比较例(图9)的水平面增益(虚线)对比来表示的基于模拟的指向特性图，在频率：5887.5mhz时，能够确保半值角(从增益峰值到-3db的角度范围)大于等于180°。

图16是适合于实施方式5的同轴电缆的贴片天线5的基于模拟的vswr特性图。在图14的实施方式5的贴片天线5中，将贴片振子105设为具有两条棱线的曲面状，贴片振子105的一个端部朝向左侧，另一个端部朝向右侧，因此，半值角大于等于180°。不过，如图16所示，在图14的贴片天线5中能够确认到不需要谐振。认为其原因在于，若将贴片振子105的前后方向的长度l设为与前述的实施方式1相同的值，则贴片振子105的爬电距离比实施方式1的贴片振子10的爬电距离长。

也就是说，为了维持贴片振子不仅朝向正面还朝向左侧和右侧从而半值角成为180°的情况、且缩短水平面的截面中的贴片天线的长度，在实施方式1中，贴片天线1的贴片振子10设为具有4条棱线的弯曲面状，在正面部12与正交于该正面部12的第2侧面部14a、14b之间设置有第1侧面部13a、13b(接近圆弧状的弯曲面)。

图17和图18是本发明的贴片天线和天线装置的实施方式6、且表示在具有前玻璃65、顶板66、引擎盖67等的车身的、前玻璃65内侧配置有天线装置61的情况。天线装置61在作为前侧壳体部(电波透过性的天线罩)76与后侧壳体部77的组合构造的天线壳体75内收纳有与前述的实施方式1同样的贴片天线1。在该情况下，贴片天线1是贴片振子10的正面部12朝向车身前方的配置，贴片振子10借助安装构件79被保持于前侧壳体部76，接地导体板20以规定间隔与贴片振子10平行地被保持(接地导体板20也可以不安装于天线壳体75)。而且，在该情况下，贴片天线1的贴片振子10呈大致铅垂面而支承于车身，贴片天线1成为垂直偏振波用。向贴片天线1供电的同轴电缆40被沿着前玻璃65和顶板66的内侧从天线壳体75引出。

在实施方式6的情况下，能够确保包括车身前方在内的大于等于180°的半值角。其他作用效果与前述的实施方式1相同。

以上，以实施方式为例对本发明进行了说明，但在权利要求所记载的范围内能够对实施方式的各构成要素、各处理工艺进行各种变形是能够被本领域技术人员理解的。以下，说明变形例。

在各实施方式中，只要能够以规定间隔保持贴片振子和接地导体板，则也可以设为省略了电介质的空间。

另外，只要贴片振子的外表面是朝向外侧凸起的曲面状，则棱线的个数是任意的，而且，也可以是不具有棱线的弯曲面与平面的组合。

在上述的实施方式中，说明了贴片天线1用于例如v2x通信用的情况。在此，贴片天线1进行基于ieee802.11p标准的dsrc(专用短程通信技术：dedicatedshortrangecommunications)、基于c-v2x(ceellular-v2x)标准的v2x通信。另外，说明了贴片天线1作为v2x通信用的频率而以5.9ghz进行谐振的情况，但实施方式并不限定于此。例如，贴片天线1也可以以其他频率动作而进行v2x通信。

附图标记说明

1、2、3、4、5、7：贴片天线

10、102、103、104、105、107：贴片振子

12、125：正面部

13a、13b、14a、14b、135a、135b：侧面部

19：供电导体

20、202、203、204、205、207：接地导体板

21：孔

30、305：电介质

40：同轴电缆

45：供电点

60、61：天线装置

71：天线基座

72、75：天线壳体