天线装置的制作方法

1.本发明涉及一种贴片天线的接地构造。


背景技术：

2.伴随着车辆的高性能化、设计性的提高，在共用的壳体中收纳多个天线的天线装置正在普及(例如参照专利文献1)。在近年来的车辆中，与提供位置信息的gps(global positioning system)、用于实现its(intelligent transport systems)的etc(electronic toll collection system)、vics(vehicle information and communication system)等各种用途对应的天线正在成为标配。这些多个天线收纳在一个壳体中。此外，etc和vics为注册商标，在以下的说明中省略它们的记载。
3.在专利文献1所记载的天线装置中，在共用的壳体中收纳有etc用的第1天线和gps用的第2天线。无论哪一种天线均由所谓的贴片天线构成。为了与车辆前方的基础设施(路侧机)进行通信，对第1天线要求向前方的指向性。另一方面，为了接收来自车辆上方的基础设施(卫星)的电波，对第2天线要求以天顶方向为中心的大范围的指向性。因此，相对于壳体而言，将第2天线水平地配置，将第1天线相对于水平方向倾斜配置。
4.这样，在一个壳体中收纳多个天线的情况下，还需要谋求壳体内的省空间化。因此，还提出了如下的结构，即，将用于与外部设备相连接的共用的连接器设于一个电路基板，使需要仰角的天线的元件与之分离(例如参照专利文献2)。
5.在专利文献2所记载的天线装置中，在电路基板设有第2天线，使第1天线的元件与之分离。该元件和电路基板利用同轴电缆连接。同轴电缆的内部导体用于供电，外部导体用于接地。设于电路基板的接地布线和设于第1天线的元件的接地点利用其接地线连接。并且设有辅助接地电缆，其将设于第1天线的元件的又一个接地点和电路基板的接地布线连接起来。通过将该同轴电缆和辅助接地电缆配置为相对于电路基板的中心线大致对称，缓和第1天线的指向性的偏斜。
6.现有技术文献
7.专利文献
8.专利文献1：日本特开2011－130115号公报
9.专利文献2：日本特开2015－185908号公报


技术实现要素：

10.发明要解决的问题
11.另外，贴片天线在辐射元件(天线元件)和底板(接地元件)均呈方形等且是对称形状的情况下，能够得到良好的指向性。关于这一点，若像上述那样由电缆构成第1天线的接地线，则底板部分成为以不自然的形状延长的状态，难以确保其对称性。其结果是，天线的指向性左右失衡等，还有改善的余地。
12.本发明是鉴于这样的课题而完成的，其目的之一在于，在包含贴片天线的天线装
置中，提高其指向性。
13.用于解决问题的方案
14.本发明的一个技术方案为天线装置。该天线装置包括具有接地区域的基板和设于基板的贴片天线。贴片天线包括接地元件、天线元件、供电部以及接地连接部。接地元件相对于基板以前端侧靠近该基板且朝向后端侧远离该基板的方式倾斜配置。天线元件与接地元件大致平行地延伸。供电部从天线元件的前端延伸出来。接地连接部从接地元件的前端延伸出来，与接地区域相连接。
15.发明的效果
16.根据本发明，在包含贴片天线的天线装置中，能够提高其指向性。
附图说明
17.图1是实施方式的天线装置的分解立体图。
18.图2是表示天线单元的结构的图。
19.图3是表示天线装置的内部构造的中央纵剖视图。
20.图4是详细地表示etc天线及其周边的构造的图。
21.图5是表示电波的辐射图案的图。
22.图6是表示etc天线的位置对辐射图案的影响的图。
23.图7是表示etc天线的位置对辐射图案的影响的图。
24.图8是表示tel天线的形状对辐射图案的影响的图。
25.附图标记说明
26.1、天线装置；10、天线单元；12、基板；13、天线基部单元；14、罩；16、电路基板；17、接地区域；18、etc天线；20、gps天线；22、tel天线；24、连接器；26、通孔；28、螺钉；30、螺钉；32、天线元件；34、接地元件；36、供电部；38、通孔；40、接地连接部；42、天线元件；44、供电部；46、第1延伸部；48、第2延伸部；50、开放部；52、屏蔽壳体；54、导通片；56、通孔；60、支承台；70、第1面；72、第2面；74、第3面。
具体实施方式
27.以下，参照附图详细地说明本发明的实施方式。此外，关于以下的实施方式及其变形例，对于大致相同的结构要素标注相同的附图标记，适当地省略其说明。
28.在本实施方式中，例示具有贴片天线的车辆用天线装置(以下简称作“天线装置”)。为了与车辆前方的路侧机进行通信，对该贴片天线要求向前方的指向性，因此，天线元件相对于水平面倾斜配置。为了提高该贴片天线的指向性，研究了接地的连接构造。以下说明其详细内容。
29.图1是实施方式的天线装置的分解立体图。此外，在以下的说明中，为了方便起见，关于天线装置的位置关系，有时以车辆搭载状态为基准，表示前后、上下、宽度方向。
30.天线装置1具有：天线单元10，其包含多个天线；基板12，天线单元10安装于该基板12；以及罩14，在该罩14与基板12之间收纳天线单元10。天线单元10通过在电路基板16搭载etc天线18、gps天线20以及tel天线22而构成。电路基板16作为“基板”发挥功能。
31.etc天线18为etc用的天线，作为“第1贴片天线”发挥功能。gps天线20为gps用的天
线，作为“第2贴片天线”发挥功能。tel天线22为电话用的天线，包含相对于电路基板16左右对称地配设的主天线22a和副天线22b。通过设置多个tel天线22，能够与lte(long term evolution)和mimo(multiple input multiple output)对应。在电路基板16的前端部下表面突出设置有连接器24，该连接器24具有各天线的供电端口。
32.基板12由金属构成，在该基板12的前端部具有通孔26。罩14由电波透过性的树脂(例如abs、pet、pc等)构成。使连接器24贯穿于通孔26，并且将天线单元10安装于基板12，利用一对螺钉28将天线单元10与基板12固定。并且，将罩14以从上方覆盖天线单元10的方式安装于基板12，利用一对螺钉30将罩14与基板12固定，从而得到天线装置1。天线装置1安装于未图示的车辆的仪表盘等(参照专利文献2等)。
33.图2是表示天线单元10的结构的图。图2的(a)为从上方(斜前方)观察得到的立体图，图2的(b)为从下方(斜后方)观察得到的立体图。
34.如图2的(a)所示，电路基板16为印刷布线基板，其前半部的宽度比后半部的宽度大。电路基板16具有相对于中心线l对称的形状。在电路基板16的表面设有接地区域17。
35.在电路基板16的表面侧设有etc天线18、gps天线20以及tel天线22。etc天线18和gps天线20沿着电路基板16的中心线l在前后配置。etc天线18的频段比gps天线20频段高。在本实施方式中，前者为5.8ghz频段，后者为1.5ghz频段。一对tel天线22隔着etc天线18配置于左右两侧。tel天线22的中心频率能够任意选择为例如800mhz、1.7ghz、2.6ghz等。
36.etc天线18包含天线元件32和接地元件34。接地元件34为方形的导体板，相对于电路基板16以前端侧靠近电路基板16且朝向后端侧远离电路基板16的方式倾斜配置。天线元件32为方形的导体板，构成辐射电极。天线元件32在接地元件34的正上方与接地元件34大致平行地延伸。
37.etc天线18为单点供电型的圆偏振波贴片天线。因此，天线元件32的角部被切割为退化分离元件。从天线元件32的前端朝向下方延伸有供电部36。供电部36的基端位于天线元件32的中心线上。供电部36将形成于电路基板16的通孔38贯通，与安装于电路基板16的背面的供电线(未图示)相连接。
38.从接地元件34的前端朝向下方延伸有一对接地连接部40。利用一对接地连接部40使接地元件34的前端中央部成为分叉形状。这些接地连接部40以隔着供电部36的方式在左右配设，分别与电路基板16的接地区域17相连接。此外，由于天线元件32贯穿于通孔38，因此不与接地区域17接触。
39.gps天线20配设于etc天线18的后方。gps天线20为介电体型贴片天线，在介电体层的表面配置辐射电极而构成。该辐射电极与电路基板16平行地设置。在辐射电极设有供电点。设置贯通介电体层的通孔，在该通孔中贯穿有将设于电路基板16的背面的供电线与供电点连接的供电销。在本实施方式中，作为gps天线20，采用单点供电型的圆偏振波贴片天线，但也可以采用双点供电型的贴片天线。此外，由于gps天线20采用公知的贴片天线，因此省略其详细的说明。
40.tel天线22具有通过将导体板冲切为预定形状并且弯曲成形而得到的天线元件42。天线元件42设于电路基板16的上方的预定的高度位置。从天线元件42的前端朝向下方延伸有供电部44，该供电部44与电路基板16相连接。更详细而言，天线元件42具有在电路基板16的上方朝向后方延伸的第1延伸部46、和以从第1延伸部46的顶端折回的方式连续并且
向前方延伸的第2延伸部48。第2延伸部48的顶端作为开放部50。
41.如图所示，天线元件42在俯视时具有内卷形状，开放部50比第1延伸部46远离中心线l。即，天线元件42具有其顶端远离etc天线18的形状。另外，天线元件32位于比天线元件42相对靠前方的位置。通过这样的配置结构，etc天线18的辐射区域和tel天线22的辐射区域不易彼此干涉。详细说明见后述。
42.如图2的(b)所示，在电路基板16的背面，以跨前后地覆盖其宽度方向中央的方式设有屏蔽壳体52。在电路基板16的背面的靠屏蔽壳体52的内侧的位置设有gps天线20的放大电路(未图示)。这些放大电路为lna(low noise amplifier：低噪声放大器)，构成各供电线(未图示)的局部。
43.屏蔽壳体52由金属构成，遮挡来自放大电路的不需要的辐射。此外，屏蔽壳体52也作为用于获取各天线的接地的接地区域发挥功能。屏蔽壳体52的底面的几处被切割并竖起，形成具有弹性的导通片54。由这些构件形成的接地构造的详细说明在后面叙述。
44.在电路基板16的位于屏蔽壳体52的左右两侧的位置设有通孔56。tel天线22的供电部44贯通于通孔56，暴露于电路基板16的背面侧。供电部44焊接于在电路基板16的背面安装的供电线(省略图示)。各天线的供电线作为微带线(microstrip line)设于电路基板16的背面，与连接器24的各供电端口相连接。
45.图3是表示天线装置1的内部构造的中央纵剖视图，表示包含图2所示的中心线l的剖面。
46.在电路基板16的前部设有支承台60。支承台60从下方支承etc天线18。支承台60由树脂等绝缘体构成，固定于电路基板16。支承台60具有倾斜面61。在该倾斜面61分别突出设置有多个高度不同的支承部64、66。支承部64的高度比支承部66的高度小。
47.在本实施方式中，设有3个支承部64，利用该3个支承部64从下方对接地元件34进行3点支承。另外，设有3个支承部66，利用该3个支承部66从下方对天线元件32进行3点支承。各支承部66贯通接地元件34。
48.这样，通过利用多个支承部支承天线元件32和接地元件34，使两个元件之间成为气隙，构成贴片天线。由此，确保各元件的大小，并且减少介电体损耗，谋求etc天线18增益的提高。
49.天线元件32和接地元件34的倾斜角度与倾斜面61相对于电路基板16的角度相等，在本实施方式中约为23度。此外，支承部的数量、配置能够任意选择，以良好地保持天线的特性。连接器24设于供电部36的附近。
50.电路基板16的接地区域17与屏蔽壳体52相连接。通过将基板12和罩14紧固，多个导通片54抵接于基板12，屏蔽壳体52和基板12导通。
51.图4是详细地表示etc天线18及其周边的构造的图。图4的(a)是表示天线单元10和基板12的组装体(以下也称作“天线基部单元13”)的立体图。
52.图4的(b)是表示etc天线18及其周边的主视图。图4的(c)是图4的(b)的a－a向视剖视图。
53.如图4的(a)所示，基板12比电路基板16大得多。因此，作为天线基部单元13整体，能够充分确保接地区域。
54.如图4的(b)所示，两个接地连接部40配置在相对于供电部36对称的位置。在本实
施方式中，这些接地连接部40具有相对于供电部36的中心线对称的形状。接地连接部40和供电部36彼此平行地延伸，相对于电路基板16垂直地连接。此外，在变形例中，也可以将接地连接部40和供电部36中的至少任一者相对于电路基板16倾斜配置。
55.接地连接部40比供电部36粗(剖面大)。供电部36与接地连接部40之间的距离比接地元件34的侧端与接地连接部40之间的距离小。即，一对接地连接部40设于接地元件34的靠中央的位置，位于供电部36的附近。换言之，在接地连接部40的两侧(与供电部36相反的一侧的部分)，在接地元件34与接地区域17之间形成有预定的间隙δh。接地连接部40的宽度比该间隙δh大。
56.如图4的(c)所示，接地元件34在前后方向上比天线元件32长。接地元件34通过将长方形的导体板在长度方向的多个位置弯曲成形而得到。接地元件34具有与天线元件32平行的第1面70、设于后端部的第2面72以及设于前端部的第3面74。第2面72与第1面70的后端相连设置，形成相对于第1面70稍微朝上的角度。即，第2面72比第1面70前倾。第3面74与第1面70的前端相连设置，与电路基板16平行地延伸。接地连接部40与该第3面74的前端相连设置。第2面72和第3面74的前后方向的长度与第1面70相比非常小。通过调整第2面72的长度和角度，能够调整etc天线18的指向性(电波的辐射图案)。
57.接下来，说明对etc天线18的特性进行解析的结果。
58.图5是表示电波的辐射图案的图。图5的(a)表示本实施方式的天线元件32(参照图4的(b))的辐射图案，图5的(b)表示比较例1的天线元件的辐射图案。比较例1省略了本实施方式中的接地连接部40。各图的上层图是对辐射图案的指向性(增益)进行三维显示的图，下层图是对辐射图案的指向性(增益)进行二维显示的图。各图的上方(下层图的0度)与车辆前方对应，下方(下层图的180度)与车辆后方对应。
59.在本实施方式中，朝向前方斜上方，得到左右平衡较好的辐射图案(图5的(a))。与此相对，在比较例1中，在前方斜上方没有得到峰值(图5的(b))。即，根据本实施方式可知，通过将电路基板16的接地区域17和接地元件34连接，etc天线18(贴片天线)的指向性(电波的辐射图案)良好。
60.图6和图7是表示etc天线的位置对辐射图案的影响的图。此外，在以下的解析中，为了方便起见，省略了gps天线20。图6表示设有tel天线的情况。图6的(a)表示将etc天线配置于比tel天线相对靠前方的位置的情况(本实施方式)。图6的(b)表示将etc天线配置于比tel天线相对靠后方的位置的情况(比较例2)。
61.另一方面，图7表示未设置tel天线的情况。图7的(a)表示将etc天线配置于比tel天线相对靠前方的位置的情况(比较例3)。图7的(b)表示将etc天线配置于比tel天线相对靠后方的位置的情况(比较例4)。各图的上层图表示天线的配置结构，下层图表示etc天线的辐射图案的解析结果。
62.根据本解析结果，在设有tel天线的情况下，在比较例2中的etc天线的辐射图案中看到变形(恶化)的情形(图6的(b))，在本实施方式中得到良好的辐射图案(图6的(a))。在未设置tel天线的情况下，将etc天线设于前方的比较例3和将etc天线设于后方的比较例4均能够得到形状良好的辐射图案(图7的(a)、图7的(b))。
63.当对比比较例2和比较例4时(图6的(b)、图7的(b))，比较例4能够得到良好的辐射图案。由此可知，tel天线的存在对etc天线的辐射图案造成影响。可以认为，在etc天线的电
波辐射方向(所谓的视野区域)存在tel天线会导致辐射图案恶化。
64.关于这一点，当对比本实施方式和比较例3时(图6的(a)、图7的(a))，在本实施方式中，虽然存在tel天线，但能够与不具有tel天线的比较例3同程度地得到良好的辐射图案。可以认为，由于在etc天线的电波辐射方向(视野区域)不存在tel天线，因此能够防止辐射图案的恶化。即，根据本实施方式，通过将etc天线18配置于比tel天线22相对靠前方的位置，能够将辐射图案维持为良好的状态。
65.图8是表示tel天线的形状对辐射图案的影响的图。图8的(a)表示将tel天线的天线元件设为内卷形状的情况(本实施方式)。图8的(b)表示将tel天线的天线元件设为外卷形状的情况(比较例5)。在此，“内卷形状”的意思为，天线元件在电路基板的靠内侧的位置开始卷绕，天线元件的顶端(开放部)远离etc天线的卷绕形状。另一方面，“外卷形状”的意思为，天线元件在电路基板的靠外侧的位置开始卷绕，天线元件的顶端(开放部)靠近etc天线的卷绕形状。各图的上层图表示天线的配置结构，下层图表示etc天线的辐射图案。
66.根据本解析结果，与采用外卷形状的比较例5相比，采用内卷形状的本实施方式能够得到良好的辐射图案。在如比较例5这样将天线元件23设为外卷的情况下，etc天线18的电流容易耦合，容易形成较强的电流分布。可以认为其结果是容易产生不需要的辐射，导致辐射图案恶化。关于这一点，由于在本实施方式中将天线元件22设为内卷，因此能够良好地维持辐射图案。
67.即，在本实施方式中，通过将etc天线18配置于比tel天线22相对靠前方的位置，确保“视野区域”，而且通过将tel天线22的天线元件设为内卷，防止在两个天线的各自之中电流分布较强的位置彼此靠近。由此，对于各电波，能够维持良好的辐射图案。
68.如以上说明的那样，在本实施方式中，关于etc天线18，将接地元件34倾斜配置于电路基板16，使天线元件32与接地元件34大致平行地延伸，并且使接地元件34与接地区域17相连接，从而确保了指向性。天线元件32和接地元件34均使它们的前端向电路基板16靠近。而且，特别是供电部36从天线元件32的前端延伸出来，与电路基板16的供电线相连接。
69.因此，根据本实施方式，与利用同轴电缆将天线元件和电路基板连接的以往结构相比，能够缩短供电部36，能够抑制电波的传送损耗。众所周知，通常情况下，电波的频率越高，这样的传送损耗越大。关于这一点，在本实施方式的电路基板16中，将频率相对较高的etc天线18配置于比频率相对较低的gps天线20靠前侧的位置，将供电部36配置于连接器24的附近。这更有助于抑制传送损耗。
70.另外，接地连接部40从接地元件34的前端延伸出来并与电路基板16的接地区域17相连接。由此，能够缩短接地连接部40，因此，容易确保接地元件34整体的对称性。其结果是，能够得到良好的指向性。
71.更具体而言，由于一对接地连接部40隔着供电部36配置，因此容易确保左右的接地线的对称性。特别是将这些接地连接部40配置在相对于供电部36对称的位置，有助于确保该对称性。其结果是，根据上述解析结果还可知，能够得到良好的辐射图案。即，根据本实施方式，在包含贴片天线的天线装置1中，能够提高其指向性。
72.另外，供电部36为天线元件32的局部，接地连接部40为接地元件34的局部，因此，天线元件32和接地元件34各自与电路基板16直接连接。因此，根据本实施方式，与利用同轴电缆将天线元件和电路基板连接的以往结构相比，能够减少部件件数，也能够得到成本上
的优点。
73.并且，在本实施方式中，通过将etc天线18配置于比tel天线22相对靠前方的位置，能够良好地维持etc天线18的电波的辐射图案。换言之，etc天线18的辐射图案不易受到tel天线22的影响，容易稳定地维持其电特性。因此也有如下这样的优点：例如，即使为了对tel天线22变更对应频率而需要进行形状调整等，也容易进行处理。
74.以上说明了本发明的优选的实施方式，但本发明并不限定于该特定的实施方式，在本发明的技术思想的范围内能够进行各种变形，这是不言而喻的。
75.在上述实施方式中，示出了使供电部36一体成形于天线元件32的例子，但也可以利用布线构成该供电部36。另外，示出了使接地连接部40一体成形于接地元件34的例子，但也可以利用布线构成该接地连接部40。由于天线元件32和接地元件34均使其前端向电路基板16的表面靠近，因此布线较短。采用这样的结构，也能够期待良好的增益性能。
76.在上述实施方式中，示出了在天线装置1中设有指向性与etc天线18不同的gps天线20和tel天线22的例子。在变形例中，也可以省略gps天线20和tel天线22中的任一者或省略该两者。或者也可以配置其他天线来替代它们中的任一者或该两者。也可以是，除了该两者之外，还配置其他天线。
77.在上述实施方式中，示出了如下的结构：在电路基板16的表面设有接地区域17，另一方面，在背面设有供电线，设有贯通表面和背面的通孔38。天线元件32的供电部36贯通于通孔38而与背面的供电线相连接。在变形例中，也可以是，在电路基板16的表面设有供电线的至少局部来连接供电部36。在该情况下，不需要通孔38。也可以在该供电线的两侧形成接地区域17。
78.在上述实施方式中，示出了如下的例子：天线元件32和接地元件34相对于它们的中心线呈大致对称的形状，因此，将供电部36和接地连接部40配设为相对于其中心线对称。在天线元件32和接地元件34中的任一者具有相对于中心线呈非对称的形状的情况下，也可以与之对应地使供电部36和接地连接部40的配置相对于中心线呈非对称，调整辐射图案的平衡。
79.在上述实施方式中，示出了这样的例子：将基板12设为导电体，使该基板12与接地区域17相连接来构成接地区域(即，设为接地板)。在变形例中，也可以不使基板12与接地区域17电连接，而是仅构成为盖体。或者也可以相反地，另外设置盖体，在该盖体与罩14之间收纳天线单元10和基板12(接地板)。在该情况下，优选地将基板12设为比电路基板16的接地区域17大，但能够适当地选择基板12的形状和大小。或者也可以将电路基板16设为较大，使之也作为盖体发挥功能，省略基板12。
80.通过接地元件34的前端处的接地连接部40的位置、宽度(粗细)，能够调整etc天线18的增益性能，因此，能够适当地设定其位置、宽度，对此未在上述实施方式中进行说明。
81.在上述实施方式中，例示了在电路基板16配设有连接器24并将供电线连接的结构。在变形例中，也可以设置尾纤(pigtail)等电缆来替代连接器。
82.在上述实施方式中，示出了通过将etc天线18配置于比tel天线22相对靠前方的位置来确保etc天线18的视野区域的例子(参照图2等)。在变形例中，也可以通过调整(降低等)天线元件42的高度来确保etc天线18的视野区域。
83.在上述实施方式中，将etc天线18的前半部配置于比tel天线22靠前方的位置，但
可以将etc天线18的整体配置于比tel天线22靠前方的位置。将etc天线18的至少局部配置于比tel天线22靠前方的位置而能够确保etc天线18的视野区域即可。
84.在上述实施方式中，例示了将贴片天线(etc天线18)设于电路基板，使接地元件与电路基板的接地区域相连接的结构。在变形例中，也可以将金属板、导电性树脂板等导体板设为“基板”，使接地元件与之相连接。即，“具有接地区域的基板”可以是电路基板，也可以是未安装有电路的导体板。此外，“基板”也能够包括在其表面和背面中的一者或该两者具有凹凸形状的结构，这是不言而喻的。
85.在上述实施方式中，将天线元件设为由金属构成，但也可以设为由导电树脂等其他的导电性材料构成。
86.在上述实施方式中，说明了将天线装置设于仪表盘的情况，但也可以将天线装置设于车身的其他位置。另外，也可以是设于船舶等其他移动方式的天线装置。
87.此外，本发明并不限定于上述实施方式、变形例，在不脱离主旨的范围内，能够使构成要素变形并使之具体化。也可以通过适当地组合在上述实施方式、变形例中公开的多个构成要素来形成各种发明。另外，也可以从上述实施方式、变形例所示的全部构成要素中删除几个结构要素。