专利名称：由在水平和天顶方向具有指向性的天线组成的紧凑式组合天线的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种组合天线，它由在预定方向具有指向性的第一天线、作为第一天线接地的接地板和在水平方向具有指向性的第二天线组成。
背景技术：
在已有技术中，存在多个天线共享一个公用接地板的组合式天线的实例，例如在已公布的日本专利文件2003-168917中描述的实例。然而，这种现有技术类型的组合天线，每一个子天线在子午线方向具有指向性，即具有大约90°仰角，因此每一个天线可以利用一个单独的接地板作为公用接地。近些年，随着无线通讯技术的发展，要求组合天线能够将在子午线方向具有指向性的天线和在水平方向具有指向性的天线(即具有0°仰角)组合在一起。
在这类组合天线中，如果一个逆傅立叶天线被用作在水平方向具有指向性的天线，那么组合天线就能获得符合要求的薄的外形。然而逆傅立叶天线是必须使用接地板的一种天线，按照运行频带要有适当的尺寸。如果同一个接地板由逆傅立叶天线和在子午线方向具有指向性的天线共同使用，就不能获得令人满意的运行。这是由于(这些天线运行的各自波长总是具有类似的数量级)适用于在子午线方向具有指向性的天线的接地板的横向尺寸将比逆傅立叶天线所处理的无线电波的波长小，即，接地板没有足够的尺寸用于逆傅立叶天线的圆满运行。结果，逆傅立叶天线指向图的峰值将受接地板影响，以至方向偏离水平方向这样，就不可能提供一个逆傅立叶天线和在子午线方向具有指向性且使用接地板的天线的圆满组合。
发明内容
本发明的目的是通过提供一种组合天线克服现有技术的上述问题，组合天线具有包括在水平方向具有指向性的天线的多个天线，以此每个天线都能获得符合要求的性能，并且组合天线获得紧凑的尺寸和薄的外形。
要达到上述目的，根据第一方面，本发明提供一种组合天线，它由在预定方向具有指向性的第一天线、作为第一天线接地的接地板和在水平方向具有指向性的第二天线组成，第二天线具有改进型折叠偶极天线的结构。具体是，第二天线由具有相对的末端部分的单个元件组成，每一个末端部分都设计为折叠结构，每一个折叠结构具有一对相互平行定向的横向延伸部分，折叠结构的各自的一对横向延伸部分布置成相互平行并且间隔固定距离，并且至少一部分横向延伸部分定向成平行于接地板。这种组合天线的特点是在第一天线和第二天线之间建立了位置关系，使得接地板的至少一部分是位于前面所述的折叠结构之间，即，位于第一天线内部。
这样，由于偶极天线是不需要使用接地板的一类天线，并且不受接地板存在的影响，改进型折叠偶极天线即第二天线能在水平方向上获得符合要求的指向性，同时由于一部分接地板被插入了改进型折叠偶极天线的内部，使得组合天线的水平尺寸减小。另外，由于偶极天线的改进型折叠结构，组合天线能获得薄的外形，即，组合天线的垂直尺寸也能被减小。
另外，改进型折叠偶极天线具有低阻抗值的优点，这与同轴电缆的特性阻抗相匹配。这样就不需要提供一个阻抗匹配电路用于连接同轴电缆和第二天线(即，为了从天线有效的传送接收信号功率或有效供给传输功率到天线)，以便使天线获得最佳特性。
根据第二方面，使同轴电缆被连接到第二天线，同轴电缆的内层导体被连接到第二天线并且同轴电缆的外层导体被连接到接地板。那就是说，同轴电缆的外层导体能被固定连接到接地板上，因而确保第二天线相对于接地板的位置和取向被固定确定，不需要使用附加的结构元件。
根据第三方面，本发明提供一种组合天线，它由在预定方向具有指向性的第一天线、作为第一天线接地的接地板和在水平方向具有指向性并且采用折叠偶极结构的第二天线组成。具体是，第二天线由一对元件组成，元件具有相对布置、间隔固定距离、并定向成平行于接地板的相应部分。组合天线的特征是，接地板的至少一部分被设置在前面所述的第二天线的元件的一对相对部分之间，即，被插入第二天线内部。
这样的组合天线，按照前面第一方面所描述的天线的同样方式，对第二天线可获得水平方向的符合要求的指向图， 同时由于一部分接地板被插入到第二天线的结构内部，组合天线的水平尺寸能最小化，并且由于第二天线使用改进型偶极结构，组合天线能获得薄的外形。因而，整个组合天线在垂直和水平都能具有小的尺寸，因而体积小巧紧凑。
本发明的另一方面是，在天顶方向具有指向性的第一天线安装在接地板上的大体中心位置。这就使得不仅对于第二天线而且对于第一天线也能获得一个符合要求的指向图。
原因如下。如果第一天线位于接地板的周边附近，那么(在传输时)天线产生的电场不能均匀地入射到接地板上，这样第一天线的电场将被不均匀发射。在一些情况下，电场可能被旋转到接地板的背面，那么该天线指向图的峰值(即，最大天线增益的方向)将偏离天顶方向。类似地，在接收运行中，不能实现最佳天线增益。然而，如果第一天线位于接地板的中心或附近，那么天线发射的电场将被均匀的入射到接地板上，因而，指向图的峰值就会近似沿着天顶方向定向，因此，第一天线就能获得令人满意的性能。
本发明的组合天线适用于如作为GPS(全球定位系统)天线、或作为VICS(车辆信息和通讯系统)天线，而第二天线适用于如作为移动电话天线。那么这样的天线适用于作为装备有GPS接收机或VICS接收机和移动电话装置的车辆的车载天线。
图1是组合天线第一个实施例的总体构造的斜视图，它包括一个改进型折叠偶极天线；图2是显示改进型折叠偶极天线的指向图实例的示意图；
图3是包括一个改进型折叠偶极天线的组合天线的第二个实施例的总体构造的斜视图；图4是显示当只有同轴电缆的中心导线被连接到天线上时改进型折叠偶极天线的指向图实例的示意图；以及图5是组合天线第三个实施例的总体构造的斜视图，它包括一个改进型折叠偶极天线。
具体实施例方式
下面描述第一个实施例，它是适用于作为车载天线的组合天线。参照图1和2，图1是显示组合天线的总体构造的斜视图，以标号1表示。如图所示，它由在天顶方向(即，90°仰角方向，对应于图1所示的Z方向)具有指向性的接线天线2、在水平方向(即，0°仰角方向，对应于图1所示的X-Y方向平面)具有指向性的改进型折叠偶极天线3和接地板4组成。
接线天线2由发射元件5组成，发射元件5是安装在绝缘体6上的一个金属板，绝缘体6被安装在接地板4上表面的中心。绝缘体6由合成树脂一类的材料构成。
接线天线2可以是例如GPS(全球定位系统)天线，用于接收从GPS系统的卫星传输的无线电波，或是用于接收从服务中心传输的VICS无线电波的VICS(车辆信息和通讯系统)天线。改进型折叠偶极天线3被安装成，使其一侧紧靠着接地板4的一个边缘延伸(即，如图1所示，天线3的左侧紧靠着接地板4的左侧边缘延伸)。改进型折叠偶极天线3可以是例如移动电话天线，用于接收800MHz波段的无线电波。
改进型折叠偶极天线3在下文中将更加详细的描述。这是一种传输线型天线，由单个元件构成，该元件在其一端形成具有折叠结构11的一部分，该结构具有两个基本上相互平行的、位于接地板4上表面的上方并且平行于上表面的横向延伸部分9和10，如图1所示。构成改进型折叠偶极天线3的元件的另一端的一部分形成有折叠结构14，该结构具有与折叠结构11相应的结构，即，有两个相互平行的、位于接地板4下表面的下方并且平行于下表面的横向延伸部分12和13。横向延伸部分9，10，12和13分别与接地板4间隔相同的固定距离，即，上方折叠结构11的一对横向延伸部分9，10和下方折叠结构14的一对横向延伸部分12，13间具有固定间隔，接地板4的一部分位于上、下两对横向延伸部分的正中间。
构成改进型折叠偶极天线3的单个元件形成有如图所示的四个角部15，16，17和18，每个角部都设置成平行于接地板4。因此，改进型折叠偶极天线3的位于角部16，18之间的垂直延伸部分连接横向延伸部分10和13，同时改进型折叠偶极天线3的垂直取向的一部分从角部15和17分别向下和向上伸展，即，分别位于横向延伸部分9和12的末端，并且在其顶端9a，12a相互间隔固定距离。
在用于接收800MHz波段无线电波的移动电话天线的情况下，从横向延伸部分9的最外边缘9a到折叠结构11中心的距离(图1中该距离被标为L1)、相对应的从横向延伸部分12的最外边缘12a到折叠结构11中心的距离、和从折叠结构11的中心到天线元件本身中心的距离(图1中被标为L2)每一个都等于800MHz无线电波的波长的1/4。这样，改进型折叠偶极天线3的总长度(更具体地是，构成改进型折叠偶极天线3的单个元件的总长度)等于800MHz无线电波的波长。
同轴电缆19的中心导线19a被连接到天线元件的一端，即，被连接到如图1所示的横向延伸部分9的顶端9a，同时，同轴电缆19的外层导体19b被连接到天线元件的另一端，即，被连接到所示的横向延伸部分12的顶端12a。
改进型折叠偶极天线3和接地板4之间的位置关系将在下文描述。接地板4被安装为有一部分插入下方一对横向延伸部分12，13和上方一对横向延伸部分9，10之间，这样，接地板4与上方一对横向延伸部分9，10之间的距离(图1中D1)和接地板4与下方一对横向延伸部分12，13之间的距离(图1中D2)基本相等。为了便于接地板4插入上方一对横向延伸部分9，10和下方一对横向延伸部分12，13之间，在接地板4上形成一个切口部分4a。
在改进型折叠偶极天线3的内部安装一部分接地板4的原因如下。在如图1所示接地板插入改进型偶极天线内部的情况下、和接地板不插入的情况下，本发明的受让人测量了如所述改进型折叠偶极天线3同样构造的天线的指向图。图2显示了这些测量结果。如图所示，当接地板插入改进型折叠偶极天线内部时，相对于接地板没有插入时，改进型折叠偶极天线的指向性没有发生显著变化。这样，不论接地板4是否插入，改进型折叠偶极天线都能获得令人满意的性能。
在上述第一个实施例中，组合天线1由在水平方向具有指向性的改进型折叠偶极天线3组成，接地板4的一部分插入改进型折叠偶极天线3内部。既然偶极天线不需要使用接地板，接地板4对改进型折叠偶极天线3的指向性就没有影响，并且改进型折叠偶极天线能保持符合要求的指向性特性，同时改进型折叠偶极天线3的垂直尺寸能变小。另外，由于改进型折叠偶极天线3的内部空间被有效利用，组合天线1的总体外形能被做的薄些，另外，组合天线1的总的横向尺寸能被做的小些，这样就能获得紧凑式天线。
而且，由于天线3具有改进型折叠偶极结构，天线3阻抗低，这样，天线阻抗必然和同轴电缆的阻抗匹配。这样，就不需要包括任何附加部件去完成改进型折叠偶极天线3和同轴电缆之间的阻抗匹配，以获得高效的电功率传输。
另外，对于上述实施例，具有垂直向上指向性的接线天线2位于接地板4的中心，这样接线天线2也能获得符合要求的指向性。
第二实施例将参照图3和4来描述第二实施例。对应于第一实施例的第二实施例的部件分别用相同的标号标出，并且对此的进一步描述将省略。第二实施例与实施例的不同仅在于同轴电缆被连接到改进型折叠偶极天线3的方式。具体是，对于第二实施例，同轴电缆32的中心导线32a被连接到图3中所示的所述横向延伸部分9的尖端9a，同时，同轴电缆32的外层导体32b被连接到接地板4。
在同轴电缆的外层导体被连接到改进型折叠偶极天线(即，外层导体内层导体如图3所示连接)的情况下、和同轴电缆的外层导体未被连接到改进型折叠偶极天线的情况下，本发明的受让人测量了如所述第二实施例的改进型折叠偶极天线3同样构造的天线的指向图。图4显示了这些测量结果。如图所示，不论同轴电缆的外层导体是否被连接到改进型折叠偶极天线，改进型折叠偶极天线的性能没有发生显著变化。
因此，如所述第二实施例，可将同轴电缆32的外层导体32b连接到接地板4。采用这种方法，改进型折叠偶极天线3的同轴电缆就能被固定地连接到接地板4，这样，改进型折叠偶极天线3相对于接地板4的位置能很容易地被固定地确立。
第三实施例将参照图5来描述第三实施例。对应于第一或第二实施例的第三实施例的部件分别用相同的标号标出，并且对此的进一步描述将省略，仅描述与前面实施例的不同点。
第一和第二实施例的每一个都使用一个改进型折叠偶极天线作为在水平方向具有指向性的天线。对于第三实施例，改进型偶极天线(即，它不包含折叠结构)被用作在水平方向具有指向性的天线。具体是，如图5所示，第三实施例的组合天线41由改进型偶极天线41和接线天线2组成，接线天线2的构造与前面的实施例一样。天线42是一个传输线型天线，如图所示由两个元件43和44组成。元件43，44每一个都形成有基本平行于接地板4伸展的横向部分和基本垂直于接地板4伸展的垂直部分。假设改进型偶极天线42被用来发射/接收800MHz波段的无线电波，元件43和44每一个的总长度(即，图5中标为L3)是800MHz无线电波波长的1/4。同轴电缆47的中心导线47a被连接到元件43，同时，同轴电缆47的外层导体47b被连接到元件44。
对于本实施例，与前面实施例相同，接地板4和元件43之间的距离(图5中标为D3)基本等于接地板4和元件44之间的距离(图5中标为D4)，即，接地板4被插入到改进型偶极天线42的元件43和44之间大体上正中间的位置。
对于上述使用改进型偶极天线42作为在水平方向具有指向性天线的第三实施例，和前面所述实施例一样，接地板4的一部分位于改进型偶极天线42内部不会显著影响改进型偶极天线42的指向图。
更进一步，由于天线42具有改进型偶极结构，组合天线41的总体外形能被做的薄些，另外，组合天线41的总的横向尺寸能被做的小些，这样就能获得紧凑式天线。
替代实施例需要指出的是本发明不局限于上述实施例。通过对实施例的描述已经很清楚，本发明的基本原理在于它提供一种组合天线，它由在水平方向以外的其他方向具有指向性的第一天线、作为第一天线接地的接地板、和在水平方向具有指向性的第二天线组成。第二天线具有相互之间分隔固定距离的上方和下方臂部(例如第一实施例的折叠结构11和折叠结构14，或第三实施例的元件43和元件44)，并且它们相互之间平行伸展以及平行于接地板，接地板被安装为至少有一部分位于第二天线的上方和下方臂部之间。因此接地板至少部分被包含在第二天线的结构内部，因此组合天线具有紧凑式结构。这样，除上述实施例外，各种替代结构能被设想出。
此外，例如，对于所述实施例的下述改变也应能被设想出。首先，对于在天顶方向具有指向性的天线有可能是用于自动车辆通行费支付系统的ETC(电子收费系统)天线，而在水平方向具有指向性的天线有可能被用于无线LAN(局域网)。
而且，天顶方向具有指向性的天线不必需要将天线直接连接到接地板的结构。这样的天线能被设计成天线和接地板之间的距离相等。
替代地，在天顶方向具有指向性的天线可被设计为通过一个印刷电路板或屏蔽箱被安装在接地板上的天线。
权利要求
1.一种组合天线，包括在预定方向具有指向性的第一天线；作为所述第一天线接地的接地板；和在水平方向具有指向性的第二天线；所述第二天线是由单个元件构成的改进型折叠偶极天线，它具有设计为折叠结构的相应末端，每个折叠结构具有一对相互平行的横向延伸部分，使第一对横向延伸部分与第二对横向延伸部分相对布置，并且所述第一对和第二对横向延伸部分分别平行于所述接地板定向；其中，所述接地板被设置成使其至少一部分被插入所述相对的第一和第二对横向延伸部分的至少一部分之间。
2.如权利要求1所述的组合天线，其特征在于，同轴电缆被连接到所述第二天线，并且所述同轴电缆的内层导体被连接到所述第二天线，所述同轴电缆的外层导体被连接到所述接地板。
3.一种组合天线，包括在预定方向具有指向性的第一天线；作为所述第一天线接地的接地板；和在水平方向具有指向性的第二天线；所述第二天线是由一对元件组成的改进型折叠偶极天线，每一个元件具有平行所述接地板设置的细长部分，所述细长部分相对地布置、并间隔固定距离；其中，所述接地板被设置成使其至少一部分被插入所述第二天线的所述一对元件的各自相对的细长部分的至少一部分之间。
4.如权利要求1所述的组合天线，其特征在于，所述第一天线在天顶方向具有指向性，并且被设置在所述接地板上的大体中心位置。
5.如权利要求1所述的组合天线，其特征在于，所述第一天线是GPS(全球定位系统)天线，并且所述第二天线是移动电话天线。
6.如权利1所述的组合天线，其特征在于，所述第一天线是VICS(车辆信息及通讯系统)天线，并且所述第二天线是移动电话天线。
7.一种组合天线，包括在预定方向具有指向性的第一天线、作为所述第一天线接地的接地板、和在水平方向具有指向性的第二天线；所述第二天线具有第一和第二臂部，第一和第二臂部相对地设置并且分别平行于所述接地板；其中，所述接地板被设置成使其至少一部分被插入所述相对的臂部的至少一部分之间。
全文摘要
一种组合天线由在天顶方向具有指向性的第一天线、作为第一天线接地的接地板、和在水平方向具有指向性的第二天线组成，第二天线为改进型偶极天线，具有平行于接地板伸展的上方和下方臂部，并且至少一部分接地板被包含于第二天线的这些臂部之间。
文档编号H01Q9/16GK1667871SQ200510054350
公开日2005年9月14日 申请日期2005年3月10日 优先权日2004年3月11日
发明者大原克博, 山崎徹, 林昭彦, 三上成信 申请人:株式会社电装