双锥天线的制作方法

专利名称：双锥天线的制作方法
技术领域：
本发明涉及在宽带中使用的非定向天线。
背景技术：
近年来，利用超宽带并可与现有无线技术共存，并且能够实现高速宽
带的无线通信的UWB (Ultra Wideband,超宽带)通信受到了广泛的关注 (非专利文献l、非专利文献2) 。 UWB通信在3.lGHz 10.6GHz的频带 中使用宽度仅为lns左右的脉冲。在频率方面占有数GHz宽度的非常宽的 频带，能够实现高速通信。
另一方面，在UWB通信中，可进行通信的距离较短。因此，其被考 虑利用于在计算机与外围设备之间进行数据传输的无线接口中(参照非专 利文献3、非专利文献4)。
在UWB通信所使用的天线中有双锥天线。在专利文献1 (日本专利 文献特开2001 — 185942号公报)和专利文献2 (日本专利文献特开平9一 8550号公报)等中公开了该双锥天线的结构等。
如图11所示，在通常的双锥天线40中，圆锥台形状的金属42、 44间 隔间隙G而相对， 一边为供电部42，另一边为接地部44。供电部42与同 轴电缆34的中心导体30连接，接地部44与同轴电缆34的屏蔽导体32连 接。在供电部42的侧面(倾斜面)进行电磁波的发射和接收。
当将所述双锥天线利用于通过UWB通信在计算机和外围设备之间的 数据传输中时，需要将双锥天线安装在计算机上，尤其是安装到笔记本电 脑上时，对双锥天线的小型化的要求非常高。
但就双锥天线的尺寸来说，例如，专利文献2中所记载的双锥天线的 圆锥台形状的母线的长度为25厘米，这对于安装到笔记本电脑上的用途 来说过大。另外，在专利文献1中没有给出关于尺寸的特殊记载。另外， 在专利文献1中专利文献2中，也没有给出关于使双锥天线小型化以用于 计算机的无线接口的记载。对于这些如在专利文献1和专利文献2中公开
的现有技术的双锥天线来说，从尺寸方面来看，难以用于计算机的无线接
口中。另外，UWB通信的频带如上所述为微波频带。因此，在天线40的 制造中要求相当高的精度。如果在制造天线时天线40的形状、尺寸产生 误差或者在天线40的表面上产生伤痕，则天线的特性就会发生变化。因 此，在双锥天线40的制造过程中，当将金属切削成圆锥台形状或进行组 装时，要求极高的精度。

发明内容
因此，本发明的目的是提供一种可利用于计算机等的无线接口的小 型、轻量且制造精度高的双锥天线。
为了达到上述目的，本发明具有以下特征。
艮口，本发明是一种双锥天线，其特征在于，包括介电体，具有从圆 柱形状的上面和下面分别朝着所述圆柱形状的中心而呈圆锥台形状的空 洞，所述圆锥台形状的空洞的顶部(以下称为"空洞顶部")的平面彼此 平行并相对；圆锥台形状的供电部，由设置在所述上面一侧的空洞的内表 面上的导体膜形成；以及圆锥台形状的接地部，由设置在所述下面一侧的 空洞的内表面上的导体膜形成。
在如上构成的双锥天线中，在供电部和接地部之间填充介电体。由 此，当填充的介电体的介电常数比空气大时，由于在该介电体内电磁波的 波长变短，从而可使双锥天线小型化。通过由设置在圆锥台形状的空洞的 内表面上的导电膜形成供电部和接地部，可以使双锥天线轻量化。
另外，优选使供电部的圆锥台形状的高度比接地部的圆锥台形状的高 度高。这是因为通过各种仿真发现当供电部的圆锥台形状的高度比接地 部的圆锥台形状的高度高时，可以使所述圆锥台形状的直径变小，从而有 利于双锥天线的小型化。
并且，具有供电部的圆锥台形状的高度比接地部的圆锥台形状的高度 高的结构的双锥天线优选包括介电体，在所述下面与所述圆柱形状的介
电体形成为一体，在其内部具有圆筒形状的空洞；以及接地加强部，由设 置在所述圆筒形状的空洞的内表面上并与所述接地部连接的导体膜形成。
其原因在于由于使供电部的圆锥台形状的高度高于接地部的圆锥台形状 的高度而接地部的尺寸变得比供电部的尺寸小，这时可用接地加强部来补 偿所述变小的部分。另外还优选这样的双锥天线，该双锥天线在构成供电 部的圆锥台形状的顶部设置空洞并在所述空洞的内表面上形成导电膜，由 此具有反射部。
另外，也可以使双锥天线具有如下结构(以下称为"第二结构")， 即其包括至少其表面由导体形成并形成为在顶部具有平面的圆锥台形
状的供电部；至少其表面由导体形成并形成为在顶部具有平面的圆锥台形
状的接地部，该接地部与所述供电部相对配置，并且在其顶部平面与所述
供电部的顶部平面之间具有间隙；以及填充所述供电部和所述接地部的间 隙的介电体。在该结构中，供电部和接地部的表面必须为导体，但供电部 和接地部的内部可以是树脂等。这是因为电磁波在导体的表面传播。
在第二结构的双锥天线中，供电部和接地部的圆锥台形状的高度可以 相同。
并且，在第二结构的双锥天线中，也可以使供电部的圆锥台形状的高 度高于接地部的圆锥台形状的高度。
另外，在第二结构的双锥天线中，也可以在接地部的下面具有接地加 强部。
并且，在第二结构的双锥天线中，也可以在供电部的顶部设置圆盘形 状的反射部。
另外，在第二结构的双锥天线中，也可以具有所述圆盘形状的直径根 据去掉的频率而不同的反射部。


图l是示出本发明第一实施方式的双锥天线的结构的截面图； 图2是示出通过仿真求得本发明第一实施方式的双锥天线10a的 VSWR特性的结果的曲线图3是示出在将本发明第一实施方式的双锥天线的介电体12a的介电
常数改变为各种值的情况下的仿真结果的曲线图4是示出在改变供电部18a的顶部和接地部20a的顶部之间的间隙
G的高度的情况下的仿真结果的曲线图5是示出在改变供电部18a的高度的情况下的仿真结果的曲线图 图6是示出在改变接地部20a的高度的情况下的仿真结果的曲线图； 图7是示出在改变接地加强部24a的圆筒形状的高度的情况下的仿真
结果的曲线图8是示出在改变双锥天线10a的宽度、即供电部18a的圆锥台形状
的底部A的直径的情况下的仿真结果的曲线图9是示出改变反射部28a的高度的情况下的仿真结果的曲线图10是示出供电部和接地部的形状为对称形状的双锥天线的结构的
截面图11是示出通常的双锥天线的结构的侧面图； 图12是本发明第二实施方式的双锥天线110a的结构示意图； 图13是示出在第二实施方式的双锥天线的实施例1的情况下的仿真 结果的曲线图14是示出在第二实施方式的双锥天线的实施例1的情况下实际制 造的双锥天线的VSWR的曲线图15是示出在改变双锥天线U0a的间隙116a的情况下的VSWR的 曲线图16是示出在改变双锥天线110a的供电部112a和接地部114a的圆 锥台形状的高度的情况下的VSWR的曲线图17是示出在改变双锥天线的天线的宽度、即供电部112a和接地部 114a的底面B和B '的直径的情况下的VSWR的曲线图18是示出在将介电常数改变为各种值的情况下的仿真结果的曲线
图19是供电部112b和接地部114a的高度不同的双锥天线的结构示意
图20是示出根据第二实施方式的双锥天线的实施例2的、双锥天线
的VSWR的仿真结果的曲线图21是示出实际制造的双锥天线110b的VSWR值的曲线图，该双锥 天线110b的形状和尺寸与作为图20的仿真基础的双锥天线的形状和尺寸 相同；
图22是示出在改变双锥天线110b的间隙116b的尺寸的情况F的 VSWR的仿真结果的曲线图23是示出在改变双锥天线110b的供电部112b的高度的情况下的 VSWR的仿真结果的曲线图24是示出在改变双锥天线110b的接地部114b的高度的情况下的 VSWR的仿真结果的曲线图25是示出在改变双锥天线110b的接地加强部128b的高度的情况下 的VSWR的仿真结果的曲线图26是示出在改变双锥天线110b的宽度、即供电部112b和接地部 112b各自的底部B和B '的直径的情况下的VSWR的仿真结果的曲线 图27是示出在改变双锥天线110b的反射部130b的高度的情况下的 VSWR的仿真结果的曲线图28是示出在改变介电体118的介电常数的情况下的VSWR的仿真 结果的曲线图29是在根据第二实施方式的双锥天线的实施例1的双锥天线110a 上设置了反射部130c的情况下的天线的结构示意图30是示出在改变反射部130c的直径C的情况下的VSWR的仿真结 果的曲线图31是在实施例2的双锥天线110b上设置反射部130d并改变反射部 130d的直径C的情况下的天线的结构示意图32是示出在实施例2的双锥天线110b上设置反射部130d并改变反 射部130d的直径C的情况下的VSWR的仿真结果的曲线图。
具体实滩方式
下面，参照附图来说明本发明的第一实施方式。
图1是示出本发明第一实施方式的双锥天线10a的结构的截面图。该 双锥天线10a包括具有圆锥台形状的两个空洞14a和16a的介电体12a、 圆筒形状的介电体13a、反射部28a、同轴电缆34、同轴电缆的中心导体 30、同轴电缆的屏蔽导体32、连接器36、供电部18a、接地部20a、以及 接地加强部24a。
供电部18a由导电膜构成，该导电膜设置在从圆柱状介电体12a的上 面A朝着中心的圆锥台形状的空洞的内表面上。
同样，接地部20a也由导电膜构成，该导电膜设置在从圆柱状介电体 12a的下面B朝着中心的圆锥台形状的空洞的内表面上。
供电部18a、接地部20a以及接地加强部24a的内部为空洞。其原因 在于，如前所述，由于电磁波从导体的表面只能进入到公式1所示的表层 厚度S的内部，所以无需用导体来填充内部。这样，通过使内部为空洞， 可以实现双锥天线10a的轻量化。导体膜由铜或金等形成。至少使膜厚为 上述的5以上。例如，使其为0.1pm以上。
数学式1
S = ~pi= (公式l)
反射部28a由在圆盘形状的空洞26a的内表面上形成的导电膜构成， 该空洞26a设置在从介电体12a的上面A朝向中心的圆锥台形状的空洞的 顶部C处。
同轴电缆34的一端被插入空洞16a和空洞22a中，中心导体30与供 电部18a连接，同轴电缆的屏蔽导体32与接地部20a连接。中心导体30 与接地部20a被绝缘。另外，同轴电缆34的另一端与连接器36连接。通 过连接器36，可将双锥天线连接到以计算机为主的各种设备上。
接地加强部24a由在圆筒状介电体13a的内表面上形成的导电膜构 成。接地加强部24a与接地部20a连接并形成为一体，起到双锥天线的接 地部的作用。
介电体12a具有圆锥台形状的两个空洞，在该空洞中形成有供电部 18a和接地部20a。其结果是，供电部18a和接地部20a的间隙被介电体 12a填充。另外，该供电部18a和接地部20a的间隙不仅指供电部18a和接 地部20a的顶部之间的间隙，也包括供电部18a和接地部20a的倾斜面之 间的间隙。介电体12a的介电常数比空气的介电常数大，由此，如前所 述，可以縮短双锥天线内的电磁波的波长，从而可减小双锥天线10a的尺 寸。作为介电体12a的材料，优选使用环氧树脂。通过仿真求出的双锥天 线的VSWR (Voltage Standing Wave Ratio:电压驻波比)特性的结果显 示，介电常数在3.0至4.0的范围内获得了良好的结果，并且在该范围 中，尤其在介电常数为3.6时获得了优异的结果，这是因为环氧树脂的介 电常数为3.6。但是，只要介电常数达到相同程度，也可以是其他的树 脂。另外，虽然优选介电常数在3.0至4.0范围内的材料，但只要介电常 数比1大，就可以获得减小双锥天线的尺寸的效果。
下面，说明双锥天线10a的形状的一个示例。供电部18a的顶部C和 底部A的直径分别为2.8mm禾Q ll.Omm。供电部18a的高度为8.0mm。接 地部20a的顶部D和底部B的直径分别为2.8mm和9.4mm。接地部20a的 高度为5.0mm。反射部28a的直径和高度分别为2.8mm和l.Omm。接地加 强部24a的直径和高度分别为9.4mm和13.0mm。供电部18a和接地部20a 之间的间隙G为2.8mm。
接着，说明对双锥天线10a的VSWR特性进行仿真而求出的结果。
图2是示出通过仿真求出的双锥天线10a的VSWR特性的结果的曲线 图，该双锥天线10a具有前述示例的形状。所使用的仿真程序是Ansoft公 司的HFSS。在该仿真中，在使同轴电缆34终止于接地加强部24a的下端 E处的情况下进行了仿真。如图所示，在UWB使用频带中，VSWR达到 2以下。另夕卜，在UWB使用频带以外，VSWR急剧上升。这显示出使用 双锥天线10a时，仅在使用所需的频带中天线特性良好。另外，VSWR越 接近1，越有利于作为天线的使用，只要为2以下，就可以满足实际使用 的要求。
接着，说明对双锥天线10a的形状、介电体12a的介电常数进行各种 变更的情况下的VSWR特性的仿真结果。另外，使用的仿真软件同样是
Ansoft公司的HFSS。
图3是示出在将本发明第一实施方式的双锥天线的介电体12a的介电 常数改变为各种值时的仿真结果的曲线图。根据该曲线图可知，介电常数 为3.6时得到了最好的天线特性，在3.0或4.0时也显示出了良好的天线特 性。
图4是示出在改变供电部18a的顶部和接地部20a的顶部之间的间隙 G的高度的情况下的仿真结果的曲线图。通过该曲线图可知，当间隙G的 高度为2.8mm时，显示出了最好的天线特性。当间隙G的高度大于或小 于2.8mm时，天线特性均恶化。
图5是示出在改变供电部18a的高度的情况下的仿真结果的曲线图。 根据该曲线图可知，当供电部18a的高度为8.0mm时，天线特性最好。如 果减小供电部18a的高度，则在低频侧天线特性恶化，如果增大其高度， 则在高频侧天线特性恶化。
图6是示出在改变接地部20a的高度的情况下的仿真结果的曲线图。 根据该曲线图可知，当接地部20a的高度为5mm或6mm时，天线特性良 好，即使为7mm也维持了良好的天线特性。但是，从使天线小型化的观 点出发，优选5mm。另外，如果高度低于上述数值，则在低频侧天线特性 将会恶化。
图7是示出在改变接地加强部24a的圆筒形状的高度的情况下的仿真 结果的曲线图。根据该曲线图可知，当加强部24a的所述高度为13mm或 15mm时，天线特性最好。此时，也从使天线小型化的观点出发，优选 13mm。
图8是示出在改变双锥天线10a的宽度、即供电部18a的圆锥台形状 的底部A的直径的情况下的仿真结果的曲线图。根据该曲线图可知，当供 电部18a的圆锥台形状的底部A的直径为llmm时，天线特性最好，即使 为10mm或12mm时也维持了良好的天线特性。但是，如果降为9mm，则 在中间频带中VSWR达到2以上，从而导致天线特性恶化。
图9是示出在改变反射部28a的高度的情况下的仿真结果的曲线图。
根据该曲线图可知，当反射部28a的高度为l.Omm或1.5mm时，天线特 性良好。此时，同样从使天线小型化的观点出发，优选l.Omm。如果减小 反射部28a的高度，则在高频侧天线特性恶化，如果增大其高度，则在低 频侧天线特性恶化。
接着，对本发明一个实施方式的双锥天线10a的制造方法进行说明。 通过以下(1)至(4)的工序来制造双锥天线10a。
(1) 工序
在进行少量生产时通过车床加工，而在进行大量生产时通过金属模成 型，来形成圆柱形状的介电体12a，该介电体12a具有从上面A和下面B 朝向中心的圆锥台形状的空洞。另外，同时形成与该下面B成一体的接地 加强部24a。
(2) 工序
通过无电镀铜法(Electroless copper plating)在空洞14a、空洞16a和
空洞22a的内表面上形成导体膜。该导体膜的上面一侧的部分成为供电部 18a，下面一侧的部分成为接地部20a和接地加强部24a。当进行无电镀铜 时，在供电部18a、接地部20a、接地加强部24a以外的部分上事先形成剥 离抗蚀剂(lift off resist)。然后，在进行无电镀铜后，除去剥离抗蚀剂， 从而除去供电部18a、接地部20a、接地加强部24a以外的多余的镀层。另 外，如果无电镀铜的膜厚较薄，也可以在所形成的铜镀层的基础上再进行 电镀铜。另外，也可以不进行电镀，而是通过以金属模冲剪加工铜板而形 成的电极来构成供电部18a、接地部20a和接地加强部24a。根据需要，除 去毛刺等、或者调整尺寸差异来进行精加工。
(3) 工序
将同轴电缆34从接地加强部24a的下端E—侧插入到空洞16a和空洞 22a内，并将同轴电缆34的中心导体30连接到供电部18a上，将屏蔽导 体32连接到接地部20a上。
(4) 工序
在同轴电缆34上安装连接器36。由此完成双锥天线10a的制造。 在根据本发明一个实施方式的双锥天线10a中，通过无电镀来形成了
供电部18a和接地部20a。对于供电部18a等来说，当如上述那样通过无 电镀来形成时，比利用切削导体的制造方法，能够制造出高精度的形状， 适于高频率天线的制造方法。另外，无电镀法也比切削导体的制造方法更 适于批量生产。
另外，在所述(2)工序中进行了无电镀铜，但也可以通过对金等进 行蒸镀来形成导体膜。此时，与电镀一样，能够高精度地形成供电部18a 等。
以上说明了根据本发明一个实施方式的双锥天线10a，但本发明不限 于上述实施方式。例如，如图10所示，也可以是供电部18b和接地部20b 的圆锥台形状的高度相同的对称形状的双锥天线。此时，供电部18b和接 地部20b也同样由导体膜构成，并通过无电镀来形成该导体膜。此时，通 过无电镀工艺来形成供电部18b和接地部20a，由此可以制造尺寸精度高 的双锥天线，从而适于用作高频率用的天线。
另外，在图l所示的双锥天线10a中，也可以将反射部28a的直径改 变为各种尺寸。其结果是可切掉特定的频带。
另外，在图IO所示的双锥天线中，与图l所示的双锥天线lOa的场合 一样，也可以在供电部18a的顶部C处设置反射部并使该反射部的直径改 变为各种尺寸。
另外，也可以构成在图1所示的双锥天线10a中不具有反射部28a的 结构的双锥天线。
作为介电体12a的材料，除了环氧树脂以外也可以使用氧化铝等。当 使用氧化铝时，双锥天线的制造方法如下在上述的(1)至(4)的工序 中，(1)工序变为将氧化铝放入具有如图1等所示的介电体形状的模具 中进行干燥、烧成的工序。
图1所示的供电部18a和接地部20a的空洞14a和空洞22a各自的底 面尺寸不同，但也可以相同。
接着，参照附图来说明本发明的第二实施方式。
图12是本发明第二实施方式的双锥天线110a的结构示意图。该双锥 天线110a包括供电部112a、接地部114a、同轴电缆124、同轴电缆的
中心导体120、同轴电缆的屏蔽导体122、以及连接器126。
供电部112a和接地部114a是在各自的顶部A和A '具有平面的圆锥 台形状。顶部A和A '彼此之间具有间隙116a并且相对。供电部112a和 接地部114a的各自的顶部A和A'与各自的底部B和B'相互平行。供 电部112a和接地部114a由铜等导体形成。这里，也可以是供电部112a和 接地部114a的内部由树脂等形成并且其表面由导体覆盖的结构。这是因为 电磁波在导体的表层传播。另外，后述的反射部和接地加强部也一样，只 要表面为导体，其内部也可以由树脂等形成。
供电部112a和接地部114a之间由介电体118填充。即，供电部112a 和接地部114a的各自的顶部A和A '以及侧面均彼此间隔介电体118而 相对。由供电部112a、接地部114a、以及介电体118构成圆柱形状。
与本发明第一实施方式的情况一样，通过在供电部112a和接地部 114a之间填充介电体118，可以使双锥天线110a小型化。其原因与第一实 施方式相同。介电体118的材料是环氧树脂或氧化铝等。另外，如图12 所示，供电部112a和接地部114a的间隔包括圆锥台形状的倾斜面之间的 间隔。
同轴电缆124具有用于传输信号的中心导体120、覆盖中心导体120 的绝缘体、以及覆盖绝缘体的屏蔽导体122。中心导体120和绝缘体贯穿 接地部114a的中心，中心导体120与供电部112a的顶部A连接。另外， 屏蔽导体122与接地部114a连接。
同轴电缆124的端部与连接器126连接。通过连接器126可将双锥天 线连接到各种设备上。
以上说明了根据本发明第二实施方式的双锥天线的基本形状，下面基 于实施例来说明基于所述基本形状的各种形状。 (实施例1)
如图12所示，实施例l给出了供电部112a和接地部114a具有相同的 圆锥台形状的情况。供电部112a和接地部114a具有相同的圆锥台形状， 并且以间隙16a为中心而处于同轴并朝向相反，形成为对称形状。圆锥台 形状的底部B和B '的直径均为15mm，顶部A和A '的直径均为
2.4mm，高度也均为13mm。供电部112a和接地部U4a的各自的顶部A 与A'平行。间隙106a为1.5mm。介电体118的介电常数为3.6。
对所述图12所示的双锥天线的仿真结果进行说明。
图13是示出在第二实施方式的双锥天线的实施例1的情况下的仿真 结果的曲线图。在该仿真中，同轴电缆124被设定成在接地部114a的底部 B'处终止。使用的仿真软件是Ansoft公司的HFSS。根据图13所示的仿 真结果可知，在作为UWB使用频带的3.1GHz 10.6GHz中，VSWR为2 以下，完全可以用作天线。
另外，图14是示出在第二实施方式的双锥天线的实施例1的情况下 实际制造的双锥天线的VSWR的曲线图。其中，同轴电缆124的长度从接 地部114a的底面B '向下延伸30 40mm后终止。与通过仿真得到的结果 相同，在UWB使用频带中，VSW为2以下。由此可知，与仿真结果的情 况相同，根据本实施例1的天线具有良好的天线特性。
在上述形状的基础上一边改变一部分形状一边进行了各种仿真，并确 认了上述的形状为最优。下面，就此进行说明。
图15是示出在改变双锥天线110a的间隙116a的情况下的VSWR的 曲线图。当改变间隙116a时，如图15所示，在间隙116a为1.5mm的情 况下获得了最好的结果。另外，在间隙116a为1.2mm或1.8mm吋，结果 也良好。最终确认了以下事实当间隙116a为1.2 1.7mm左右时良好， 当比lmm短或比2mm长时天线特性恶化。
接着，对改变了双锥天线110a的供电部112a和接地部114a的圆锥台 形状的高度的情况下的VSWR进行说明。图16是示出在改变双锥天线 UOa的供电部112a和接地部114a的圆锥台形状的高度的情况下的VSWR 的曲线图。当供电部112a和接地部114a的圆锥台形状的高度为12mm和 13mm时，获得了良好的天线特性。另外，还得知了就所述高度，如果改 变lmm， VSWR的值就会大幅变化。
图17是示出在改变双锥天线的天线的宽度、即供电部112a和接地部 114a的底面B和B '的直径的情况下的VSWR的曲线图。由此可以确认 在底部B和B '的直径为15mm 17mm时天线特性良好。在所述直径为13mm时，出现了天线特性恶化的频带。从使天线小型化的观点出发，直 径最好为15mm。
为了使天线小型化，可以考虑增大介电体118的介电常数。下面说明 基于该观点而使介电常数改变为各种值时的仿真结果进行说明。图18是 示出在将介电常数改变为各种值的情况下的仿真结果的曲线图。根据该曲 线图可知，介电常数为3.6时获得了最好的结果，介电常数为为4.0时也 出现了大致良好的结果。
通过以上的各种仿真和实验得知，在供电部112a和接地部114a之间 具有介电体118的双锥天线110a可发挥作为天线的期望的功能。在UWB 通信所需的频带中VSWR为2以下，对于天线来说是足以实用的水平。通 过设置介电体118，与现有产品相比实现了小型化。通过使其小型化，可 以获得安装到计算机等上所占空间小等的优点。
接着，说明根据本实施例2的双锥天线的制造方法。分为(1)至 (5)的工序来进行说明。
(1) 工序
通过将导体切削为圆锥台形状来形成供电部112a和接地部114a，或 者以利用金属模具冲剪铜板所形成的电极来形成所述供电部112a和接地部 114a。另外，也可以用树脂等形成圆锥台形状，然后在其表面上进行无电 镀等，从而用导体覆盖该表面。
(2) 工序
形成贯穿接地部114a的导体中心的孔，使同轴电缆124贯穿该孔。
(3) 工序
将同轴电缆124的中心导体120连接到供电部112a上，并使屏蔽导体 122在孔中与接地部114a连接。此时，供电部112a和接地部114a的各自 的顶部处于同轴并且镜像对称地相对配置。另外，供电部112a和接地部 114a具有预定的间隙116a而配置。
(4) 工序
在供电部112a和接地部114a之间填充介电体118。填充介电体118 的方法如下在圆筒形的容器中置入通过上述(1)至(3)的工序而形成
的中间产品，并向圆筒形的容器中流入溶融状态的介电体后使其凝固。此 时，为了不使空气进入到介电体118中，优选进行真空脱泡。换言之，进 行脱泡成型。然后，从圆筒容器中取出介电体118凝固后的中间产品，去
掉介电体118的多余部分，使其形成圆形。 (5)工序
使连接器126与同轴电缆124连接，由此完成双锥天线的制造。另 外，也可以在(4)工序之前进行(5)工序。与通常的双锥天线的制造方 法相比，在该制造工序中追加了形成介电体118的工序、即(4)工序。 通过追加(4)工序，获得了可使双锥天线的形状小型化的优点。 (实施例2)
实施例2是供电部112b与接地部114a的形状不同的情况。
图19是供电部112b和接地部114a的高度不同的双锥天线的结构示意 图。供电部112b的圆锥台形状的高度比接地部114a的圆锥台形状的高度 高。另外，在供电部112b的顶部A处设置了反射部130b。反射部130b为 圆盘形状。反射部130b具有平稳地去掉高频频率的作用。另外，也可以 是没有反射部130b的结构。另外，具有与接地部114b的底部B '相连的 接地加强部128b。例如使接地部U4b的底部B '的直径与接地加强部 128b的直径相同。接地加强部128b用于补偿由于接地部114b的高度低于 供电部112b的高度而造成的作为接地的电容小的缺点。
接着，说明双锥天线的形状尺寸的一个示例。供电部112b和接地部 1Mb各自的底部B和B '的直径均为ll.Omm，供电部112b和接地部 114b各自的顶部A和A '的直径均为2.8mm。供电部112b的高度为 8.0mm，接地部114b的高度为5.0mm。反射部130b的直径为2.8mm，高 度为l.Omm。接地加强部128b的高度为13.0mm。介电体118的介电常数 为3.6。该实施例2的双锥天线与实施例1的双锥天线相比，向尺寸方面 虽然其整体的高度变高了，但直径变小了。
图20是示出根据实施例2的双锥天线的VSWR的仿真结果的曲线 图。在使同轴电缆124不从接地加强部128b的底部D露出的状态下进行 了仿真。在UWB的使用频带中，VSWR为2以下。另外，在UWB使用
频带之外，VSWR变高。尤其是在3.1GHz附近，VSWR急剧变高。由此 得以确认只能在必要的频带中用作天线。因此，仅在必要的频带中可以使 用，其天线特性有效。另外，由于实现了小型化，因而不会占用空间。
图21是示出实际制造的双锥天线110b的VSWR值的曲线图，该双锥 天线110b的形状和尺寸与作为图20的仿真基础的双锥天线的形状和尺寸 相同。同轴电缆124的长度从接地加强部128b的底部D延伸30 40mm 后终止。实际测量的VSWR的结果与仿真结果相同，其天线特性良好。
另外，在改变上述尺寸、形状的一部分的基础上进行了各种仿真，并 确认了上述形状、尺寸为最优。下面，就此进行说明。
图22是示出在改变双锥天线110b的间隙116b的尺寸的情况下的 VSWR的仿真结果的曲线图。当间隙116b为2.8mm时，获得了最好的天 线特性。当间隙116b为2.2mm或3.4mm时，在低频或高频下VSWR变为 2以上，天线特性恶化。
图23是示出在改变双锥天线110b的供电部112b的高度的情况下的 VSWR的仿真结果的曲线图。当供电部112b的高度为8mm时，天线特性 最好。并可知，当供电部112b的高度为6mm或10mm时，在低频或高频 下VSWR变为2以上，天线特性恶化。另外还得知，几毫米的高度差异导 致了天线特性的显著变化。
图24是示出在改变双锥天线110b的接地部114b的情况下的VSWR 的仿真结果的曲线图。当接地部114b的高度为5mm时，天线特性最好。 当接地部112b的高度为4mm以下或6mm以上时，在3.1GHz附近， VSWR的值变大，天线特性恶化。
图25是示出在改变双锥天线110b的接地加强部128b的高度的情况下 的VSWR的仿真结果的曲线图。当接地加强部128b的高度在13mm至 15mm的范围内时，天线特性良好。当接地加强部128b的高度为llmm 时，在低频频率中VSWR变为2以上，天线特性恶化。从使天线小型化的 观点出发，该高度优选为13mm。
图26是示出在改变双锥天线110b的宽度、即供电部U2b和接地部 112b各自的底部B和B '的直径的情况下的VSWR的仿真结果的曲线 图。当该直径为llmm或12mm时，VSWR变为2以下，天线特性良好。 从使天线小型化的观点出发，该直径优选为llmm。
图27是示出在改变双锥天线110b的反射部130b的高度的情况下的 VSWR的仿真结果的曲线图。可以确认通过反射部130b可以去掉高频。 可知，在UWB使用频带以外的位置VSWR变为2以上，因此可以去掉必 要频率以外的部分。当反射部130b的高度为l.Omm或L5mm时，天线特 性良好。从使天线小型化的观点出发，该高度优选为l.Omm。
图28是示出在改变介电体118的介电常数的情况下的VSWR的仿真 结果的曲线图。当介电常数为3.6时天线特性最好，为3.0或4.0时天线特 性也良好。
通过以上可以确认通过使供电部112b和接地部114b的高度不同， 可使双锥天线110b的形状小型化。小型化的双锥天线110b有利于安装到 计算机或其外围设备上。 (实施例3)
实施例3是在实施例1的双锥天线110a的基础上设置反射部130c时 的实施例。
图29是在实施例1的双锥天线110a上设置了反射部130c的情况下的 天线的结构示意图。反射部130c设置在供电部112c的顶部。反射部130c 为圆盘形状。反射部130c的高度为lmm。
图30是示出在改变反射部130c的直径C的情况下的VSWR的仿真结 果的曲线图。通过该曲线图可以确认通过设置反射部130c可以构成带阻 滤波器。通过反射部130c可以去掉期望的频率，因此获得了无需在天线 110c上再设置其他带阻滤波器的效果。 (实施例4)
实施例4是在实施例2的双锥天线110b的基础上改变反射部130d的 直径C的情况下的实施例。
图31是在实施例2的双锥天线110b上设置反射部130d并改变反射部 130d的直径C的情况下的天线的结构示意图。
图32是示出在实施例2的双锥天线110b上设置反射部130d并改变反
射部130d的直径C的情况下的VSWR的仿真结果的曲线图。通过该曲线 图可以确认通过设置反射部130d可以去掉5GHz以上的高频频率。当希 望去掉高频频率时，通过使用图31的双锥天线llOd,可以不用在天线 110d上再连接带阻滤波器。
通过实施例3和实施例4可知，可通过反射部130c、反射部130d来 去掉特定的频率。由此得以确认可获得无需在双锥天线上再设置其他的带 阻滤波器的效果。因此，在实际的电路设计中，既可以通过在双锥天线中 设置反射部130c、反射部130d来去掉特定的频率，也可以通过在双锥天 线上添加另外的电路，来去掉特定的频率，从而可提高天线和电路的设计 灵活性。
以上在实施例1至实施例4中进行了各种实验和仿真。本发明通过设 置介电体118，并利用介电体的介电常数比空气大的特性实现了天线的小 型化。通过使天线小型化，可以容易地在计算机等上安装天线，从而不使 用电缆就能够高速地接收发送大量的数据。另外，通过各种实验和仿真， 可以提供具有最佳天线特性的小型的双锥天线。
权利要求
1.一种双锥天线，其特征在于，包括介电体，具有从圆柱形状的上面和下面分别朝着所述圆柱形状的中心而呈圆锥台形状的空洞，所述圆锥台形状的空洞的顶部(以下称为“空洞顶部”)的平面彼此平行并相对；圆锥台形状的供电部，由设置在所述上面一侧的空洞的内表面上的导体膜形成；以及圆锥台形状的接地部，由设置在所述下面一侧的空洞的内表面上的导体膜形成。
2. 如权利要求1所述的双锥天线，其特征在于，所述圆锥台形状的供 电部的高度高于所述圆锥台形状的接地部的高度。
3. 如权利要求2所述的双锥天线，其特征在于，包括介电体，在所述下面与所述圆柱形状的介电体形成为一体，在其内部具有圆筒形状的空洞；以及接地加强部，由设置在所述圆筒形状的空洞的内表面上并与所述接地 部连接的导体膜形成。
4. 如权利要求1至3中任一项所述的双锥天线，其特征在于，包括 圆盘形状的空洞，设置在所述上面一侧的圆锥台形状的所述空洞顶部；以及反射部，由设置在所述圆盘形状的空洞的内表面上的导电膜形成。
5. —种双锥天线，其特征在于，包括供电部，至少其表面由导体形成，并形成为在顶部具有平面的圆锥台 形状；接地部，至少其表面由导体形成，并形成为在顶部具有平面的圆锥台 形状，该接地部与所述供电部相对配置，并且在其顶部平面与所述供电部 的顶部平面之间具有间隙；以及填充所述供电部和所述接地部的间隙的介电体。
6. 如权利要求5所述的双锥天线，其特征在于，所述供电部和所述接地部的圆锥台形状的高度相同。
7. 如权利要求5所述的双锥天线，其特征在于，所述供电部和所述接 地部的圆锥台形状的高度不同。
8. 如权利要求7所述的双锥天线，其特征在于，在所述供电部和所述 接地部的圆锥台形状中，所述供电部的圆锥台形状的高度高于所述接地部 的圆锥台形状的高度。
9. 如权利要求8所述的双锥天线，其特征在于，具有接地加强部，该 接地加强部由圆柱形状的导体形成并与所述接地部的底部连接。
10. 如权利要求5至9中任一项所述的双锥天线，其特征在于，在所 述供电部的顶部设置了圆盘形状的反射部。
11. 如权利要求IO所述的双锥天线，其特征在于，所述圆盘形状的直 径根据去掉的频率而不同。
12. 如权利要求1、 2、 3、 5、 6、 7、 8、 9、 11中任一项所述的双锥天 线，其特征在于，所述介电体的介电常数为3.55至3.65。
13. 如权利要求4所述的双锥天线，其特征在于，所述介电体的介电 常数为3.55至3.65。
14. 如权利要求IO所述的双锥天线，其特征在于，所述介电体的介电 常数为3.55至3.65。
15. 如权利要求1、 2、 3、 5、 6、 7、 8、 9、 11中任一项所述的双锥天 线，其特征在于，所述介电体为环氧树脂。
16. 如权利要求4所述的双锥天线，其特征在于，所述介电体为环氧
17.如权利要求IO所述的双锥天线，其特征在于，所述介电体为环氧
18.如权利要求12所述的双锥天线，其特征在于，所述介电体为环氧
19.如权利要求13或14所述的双锥天线，其特征在于，所述介电体 为环氧树脂。
全文摘要
本发明的双锥天线的特征是，其包括介电体，具有从圆柱形状的上面和下面分别朝着所述圆柱形状的中心而呈圆锥台形状的空洞，所述圆锥台形状的空洞的顶部的平面彼此平行并相对；圆锥台形状的供电部，由设置在所述上面一侧的空洞的内表面上的导体膜形成；以及圆锥台形状的接地部，由设置在所述下面一侧的空洞的内表面上的导体膜形成。本发明的双锥天线通过在供电部和接地部之间填充介电体而实现了双锥天线的小型化。
文档编号H01Q13/04GK101098042SQ20061009033
公开日2008年1月2日 申请日期2006年6月29日 优先权日2006年6月29日
发明者伊田省悟, 武藤大助 申请人:株式会社日本Git