专利名称：宽带天线的制作方法
技术领域：
本发明涉及宽带天线，特别是涉及UWB (Ultra Wide Band 超宽带)用宽带天线。
背景技术：
作为在超宽带中的大容量通信方式，利用了 UWB的无线通信受到注目。2002年根据美国的FCC(Federal Communications Commission 美国联邦通信委员会)标准认可了在 3. lGHz-10. 6GHz 中使用 UWB。UWB通信中所使用的天线要求是超宽带且小型的构造。为了满足该要求，提出了在同一面上配置有第二放射元件和第一放射元件的天线(例如，参考专利文献1)。以往的天线是在同一面上配置第二放射元件和第一放射元件，在第二放射元件上形成环，与第二放射元件相比增大第一放射元件的面积。通过设定为该构成，在大约3GHz 以上的频带中，使VSWR(Voltage Standing Wave fcitio 电压驻波比)为2以下。另外还提出了多种小型的宽带天线。例举出具有双锥形(例如，参照非专利文献 1)、盘锥形(例如，参照非专利文献2)这样的立体构造的天线；具有平面bow-tie型单极 (例如，参照非专利文献3)、平面四边形偶极(例如，参照非专利文献4)、椭圆型单极(例如，参照非专利文献5)这样的平面构造的天线；将平面四边放射元件卷成辊状的单极(例如，参照非专利文献6)等。专利文献1 日本特开2007-235404号公报非专利文献 1 :S. N. Samaddar and Ε· L. Mokole,，，Biconical antennas with unequal cone angles,"IEEE Trans. Antennas Propagat. ,vol. 46,no. 3,pp. 436-439,1994非专利文献 2 :S. S. Sandler and R. W. P. King, " Compact conical antennas for wideband coverage,，，IEEE Trans. Antennas Propagat. , vol. 42, no. 3, pp. 436-439,1994非专利文献 3 :K. L. Shlager，G. S. Smith, and J. G. Maloney，” Optim ization of bow-tie antennas for pulse radiation,，，IEEE Trans. Antennas Propagat. , vol. 42, no. 7，pp.975-982，1994非专利文献4 :X. H. Wu and Z. N. Chen, "Comparison of planar dipoles in UffB applications, ”IEEE Trans. Antennas Propagat.，vol. 53, no.6, PP. 1973-1983,2005非专利文献 5 :N. P. Agrawal 1, G. Kumar, and K. P. Ray, "Wide-band planar monopole antenna, ”IEEE Trans. Antennas Propagat.，vol. 46, no. 2,pp.294-295,1998非专利文献 6 :Z. N. Chen，"Broadband roll monopole，，，IEEE Trans. Antennas Propagat. , vol. 51, no. 11,pp.3175-3177,2003安装在小型无线通信终端的天线被要求是小型、且能对应于宽带。另外，还期望制造容易。在UWB通信中，要求在整个宽带范围内具有稳定的放射模式。可是，以往的天线在指向性上产生了偏差。另外，对于具有以往的立体构造的天线而言，不能够简单地制造。对于具有以往的平面构造的天线而言，面积大、安装在小型无线通信终端上是很困难的。此外，放射模式的变动相对于动作频率的变化较大、不能够应用于UWB通信。将以往的平面四边放射元件卷成辊状的单极因为是对简单的放射元件进行卷绕，所以动作频带受限制。另外，卷法只是辊状、存在不适合大量生产的情况。
发明内容
于是，本发明的目的在于提供一种小型、能对应宽带，且在整个宽带范围内放射特性稳定的天线。发明者们通过实验发现了如下的事情，在同一面上配置有第二放射元件和第一放射元件的宽带天线中，以第二放射元件和第一放射元件的排列方向为中心进行折弯或卷成筒状时，无指向性提高。本发明所涉及的宽带天线，具备第一放射元件和第二放射元件，上述第二放射元件在与上述第二放射元件和上述第一放射元件的排列方向大致平行的第一直线上被折弯、 或卷成以与上述第一直线大致平行的直线为轴向的筒状。通过将第二放射元件折弯或是卷成筒状，能够将天线小型化，并且提高天线的放射特性。此外，因为能够将由金属膜形成的平面状的天线折弯或是卷成筒状来制造，所以制造容易。因此，根据本发明，能够提供一种小型、能够对应宽带，在整个宽带范围内放射特性稳定，且制造容易的天线。具体来讲，本发明所涉及的宽带天线，是在同一面上配置有上述第二放射元件和上述第一放射元件的宽带天线，上述第二放射元件以及上述第一放射元件在与上述第二放射元件和上述第一放射元件的排列方向大致平行的直线上被折弯、或卷成以与上述第一直线大致平行的直线为轴向的筒状。根据本发明所涉及的构成，对于在同一面上配置有第二放射元件和第一放射元件的宽带天线而言，能够提高无指向性。还能够以将第二放射元件以及第一放射元件折弯或是卷成筒状的状态安装到信息终端设备，所以可实现信息终端设备的小型化。在本发明所涉及的宽带天线中，优选为上述第二放射元件以及上述第一放射元件是环状；上述第二放射元件以及上述第一放射元件的外周的形状相对于上述第一直线线对称；在上述第二放射元件和上述第一放射元件对置的接近部处的上述第二放射元件以及上述第一放射元件的外周形状相对于与上述第一直线正交的第二直线线对称。利用实验确认了通过本发明所涉及的构成，能够提高天线的无指向性。此外，利用实验确认了通过本发明所涉及的构成，能够使第一放射元件和第二放射元件的面积相同。 因此，根据本发明，能够提高宽带天线的无指向性，实现小型化。在本发明所涉及的宽带天线中，优选在上述第二放射元件以及上述第一放射元件对置的接近部还具备使上述第一放射元件的外周的一部分成为凸状而形成的第一凸部、以及使上述第二放射元件的外周的一部分成为凸状而形成的第二凸部，上述第一凸部和上述第二凸部对置的边缘是互相平行的。利用实验确认了通过本发明所涉及的构成，能够提高天线的无指向性。因此，根据本发明，能够实现宽带天线的无指向性的提高。在本发明所涉及的宽带天线中，优选从上述第二放射元件和上述第一放射元件最接近的位置至上述第二放射元件和上述第一放射元件的排列方向上的规定高度的位置为止，上述第二放射元件的宽度随着和上述第一放射元件之间的距离变大而变宽，上述第二放射元件在上述第二放射元件和上述第一放射元件的排列方向上的投影形状的宽度，若将最低动作频率的波长设为λ 0,则横宽为0. 12 λ ^以上0. 5 λ ^以下。第二放射元件的横宽为0. 12 λ ^以上，由此能够防止将第二放射元件折弯或是卷成筒状时产生的因耦合造成的最低动作频率的上升。第二放射元件的横宽为0. 5 λ ^以下， 由此能够防止天线的大型化。因此，根据本发明，能够实现小型的宽带天线。在本发明所涉及的宽带天线中，优选将上述第二放射元件折弯成或是卷成2层以上，且层之间的最短距离是0. 005 λ ^以上，且层之间的最长距离是0. 以下。若层之间的距离不足0. 005 λ 0,则存在通过强耦合，失去天线的宽带特性的情况。 此外，层之间的距离为0.1 λ。以下，由此能够将天线小型化。因此，根据本发明，能够实现小型的宽带天线。在本发明所涉及的宽带天线中，优选在和上述第一直线垂直的剖面中，上述第二放射元件的形状是螺旋形状、扁平螺旋形状、圆形状的一部分、或是曲折形状或是这些的组合。
根据本发明，能够将本发明所涉及的宽带天线形成为维持输入特性以及放射特性、且适于安装的形状。在本发明所涉及的宽带天线中，优选上述第二放射元件是在电介质薄片上层叠金属薄膜而构成的。第二放射元件是在金属薄膜的一面或两面层叠电介质薄片而构成，由此能够容易地制造出本发明所涉及的宽带天线。在本发明所涉及的宽带天线中，优选上述第二放射元件是在上述金属膜之间插入电介质块而构成的。第二放射元件是在上述金属膜之间插入电介质块而构成，由此能够容易地制造出本发明所涉及的宽带天线。在本发明所涉及的宽带天线中，优选上述第二放射元件的供电点配置在与上述第二放射元件和上述第一放射元件的排列方向大致垂直的方向的端部。根据本发明，将第二放射元件折弯或是卷成筒状时，可将供电点配置在内侧，也可将供电点配置在外侧。通过将供电点配置在内侧，能够抑制因供电电缆带来的放射。由此， 提高天线的特性。另一方面，通过将供电点配置在外侧，能够在将第二放射元件折弯或是卷成筒状之后与供电电缆连接。由此，天线的制造以及检查变得容易。根据本发明，能够提供一种小型、可对应宽带，且在整个宽带内放射特性稳定的天线。
图1是实施方式1所涉及的宽带天线的构成概略图。图2是将实施方式1所涉及的宽带天线扩大的状态的构成概略图。图3是S-S'剖面图的第一例，(a)是表示在折叠的基板的外侧配置有供电电缆的例子，(b)是表示在折叠的基板的内侧配置有供电电缆的例子。图4是S-S'剖面图的第二例，(a)是表示在卷成筒状的基板的外侧配置有供电电缆的例子，(b)是表示在卷成筒状的基板的内侧配置有供电电缆的例子。图5是抽出第二放射元件以及第一放射元件的形态的图。图6是实施方式1所涉及的宽带天线的指向性的测定结果。图7是实施方式2所涉及的宽带天线的形状的一例，(a)是表示平面形状，(b)是表示螺旋形状，(c)是表示扁平螺旋形状，(d)是表示圆形辊形状，(e)是表示曲折形状。图8是从上方观察实施方式2所涉及的宽带天线的形状的一例，(a)是表示平面形状，(b)是表示螺旋形状，(c)是表示扁平螺旋形状，(d)是表示圆形辊形状，(e)是表示曲折形状。图9是从上方观察实施方式2所涉及的宽带天线的形状的一例，(a)是表示曲折形状和螺旋形状的组合，(b)是表示曲折形状和圆形辊形状的组合。图10是在天线上流过的电流的一例。图11是在观测点P上的放射的示意图。图12是实施方式2所涉及的宽带天线模式的形状的一例，(a)是表示第二放射元件为酒杯形的情况，(b)是表示第二放射元件为椭圆形的情况，(c)是表示第二放射元件为梯形的情况，(d)是表示第二放射元件为半椭圆形的情况，(e)是表示第二放射元件和第一放射元件为同一形状的情况，(f)是表示第二放射元件和第一放射元件为类似形状的情况。图13是实施方式2所涉及的宽带天线的应用例，(a)是表示应用于偶极天线的第一应用例，(b)是表示应用于偶极天线的第二应用例，(c)是表示应用于单极天线的应用例。图14表示实施方式3所涉及的宽带天线的天线模式。图15是第二放射元件的外形的比较例，(a)是表示第二放射元件为酒杯形状时的天线模式，(b)是表示第二放射元件为四边形状时的天线模式。图16表示第二放射元件为酒杯形状时和第二放射元件为四边形状时的输入特性。图17是第二放射元件的外形的比较例，(a)是表示第二放射元件为酒杯形状时的天线模式，(b)是表示第二放射元件为椭圆形状时的天线模式。图18表示第二放射元件为酒杯形状时和第二放射元件为椭圆形状时的输入特性。图19是实施方式3所涉及的宽带天线中有椭圆形的孔时和无孔时的比较例，(a) 是表示有孔时的天线的概略图，(b)是表示无孔时的天线的概略图。图20表示实施方式3所涉及的宽带天线中有椭圆形的孔时和无孔时的输入特性。图21表示使实施方式3所涉及的宽带天线的凸部的宽度I。变化时的天线的概略图。图22表示使实施方式3所涉及的宽带天线的凸部的宽度W2。变化时的输入特性。图23表示实施方式3所涉及的宽带天线的xy面的放射模式。图M表示实施方式3所涉及的宽带天线，(a)是表示平面状的天线模式，(b)是表示将第二放射元件卷成螺旋状的状态，(c)是表示从上方观察卷成螺旋状的第二放射元件的状态。图25表示改变了螺旋的层的间隔时的实施方式3所涉及的宽带天线的输入特性。
图沈表示实施方式3所涉及的宽带天线在8GHz中的xy面的放射模式。图27表示实施方式4所涉及的宽带天线，(a)是表示平面状的天线模式，(b)是表示将第二放射元件卷成扁平螺旋状的状态，(c)是表示从上方观察卷成扁平螺旋状的第二放射元件的状态。图观表示改变了扁平螺旋的层的间隔时的实施方式4所涉及的宽带天线的输入特性。图四表示实施方式4所涉及的宽带天线在8GHz中的xy面的放射模式。图30表示实施方式5所涉及的宽带天线，(a)是表示平面状的天线模式，(b)是表示将第二放射元件折弯成曲折状的状态，(c)是表示从上方观察折弯成曲折状的第二放射元件的状态。图31表示改变了曲折的层的间隔sm时的实施方式5所涉及的宽带天线的输入特性。图32表示实施方式5所涉及的宽带天线在8GHz中的xy面的放射模式。图33表示实施方式6所涉及的宽带天线，(a)是表示平面状的天线模式，(b)是表示将第二放射元件卷成圆形辊状的状态，(c)是表示从上方观察卷成圆形辊状的第二放射元件的状态。图34表示圆形辊的直径dc = Smm时的实施方式6所涉及的宽带天线的输入特性。图35表示实施方式6所涉及的宽带天线在8GHz中的xy面的放射模式。图36表示实施方式7所涉及的宽带天线的天线模式。图37表示实施方式7所涉及的宽带天线，(a)是表示平面状的天线模式，(b)是表示将第二放射元件卷成螺旋状的状态，(c)是表示从上方观察卷成螺旋状的第二放射元件的状态。图38表示将螺旋的层的间隔ds设为IOmm时的实施方式7所涉及的宽带天线的输入特性。图39表示实施方式7所涉及的宽带天线在8GHz中的xy面的放射模式。图40表示实施方式8所涉及的宽带天线，(a)是表示供电点配置在第一放射元件的内侧的情况，(b)是表示供电点配置在比第一放射元件更靠外侧的情况。
具体实施例方式参照附图对本发明的实施方式进行说明。以下所说明的实施方式是本发明的构成例，本发明并不限于以下的实施方式。(实施方式1)图1是本实施方式所涉及的宽带天线的构成概略图。本实施方式所涉及的宽带天线，是在同一基板17上配置有第二放射元件和第一放射元件的宽带天线，基板17在与连结第二放射元件的供电点14和第一放射元件的供电点13的第一直线A大致平行的直线上折弯、或是卷成以与第一直线A大致平行的直线为轴向的筒状。另外，供电电缆16与第一直线A平行地配置。在此，第一直线A与第二放射元件和第一放射元件的排列方向大致平行。图2是将本实施方式所涉及的宽带天线的扩大的状态的构成概略图。本实施方式所涉及的宽带天线具备第一放射元件11、第二放射元件12、向第一放射元件11供电的供电点13、向第二放射元件12供电的供电点14、第一凸部M、第二凸部25。第二放射元件12 和第一放射元件11具有互相对置的接近部。在本实施方式中，第二放射元件12的外周的一部分22和第一放射元件11的外周的一部分21对置，构成接近部。在第一放射元件11 的供电点13的端子上连接供电电缆的外部导体。在第二放射元件12的供电点14的端子上连接供电电缆的内部导体。本实施方式所涉及的宽带天线在同一面上配置有第二放射元件12和第一放射元件11。例如，第二放射元件12和第一放射元件11形成在共同的基板17上。基板材料可以是聚酰亚胺等绝缘体，也可以是环氧树脂、丙烯酸树脂等电介质。对本实施方式所涉及的宽带天线而言，即使基板材料是绝缘体，也能够得到良好的VSWR特性、且能够做成小型的。基板材料是电介质，就能够实现宽带天线的更加小型化。因为设定第二放射元件12以及第一放射元件11的位置关系、并进行固定，所以能够在FR-4印刷基板或丙烯酸系树脂等电介质基板材料上使用粘着性物质粘贴第二放射元件12以及第一放射元件11。放射元件由金属膜等导电性薄膜形成。第二放射元件12以及第一放射元件11的外周形状，优选相对于第一直线A是线对称。例如，如果第二放射元件12以及第一放射元件11的外周形状是椭圆，则椭圆的短轴配置于第一直线A上。第二放射元件12以及第一放射元件11的外周形状并不限于椭圆， 能够设定为圆、椭圆、多边形以及这些的组合。此时，将第二放射元件12以及第一放射元件 11的外周形状的中心点配置于第一直线A上。第二放射元件12和第一放射元件11，优选在第一直线A上最接近。优选在第一直线A上配置有供电点13以及14。由此，能够在第二放射元件12和第一放射元件11最接近的位置供电。优选供电点13以及14配置于距离第二直线B等距离的位置。优选供电点13和供电点14的距离为0. 2mm以上，进而优选为大致0. 35mm。第一凸部M是第一放射元件11的外周的一部成为凸状的部分。第二凸部25是第二放射元件12的外周的一部分成为凸状的部分。第一凸部M以及第二凸部25配置为在第二放射元件12以及第一放射元件11对置的接近部互相对置。优选第一凸部M以及第二凸部25配置于第二放射元件12以及第一放射元件11的外周中的、第二放射元件12 和第一放射元件11最接近的部分。而且，优选配置于横切第二放射元件12以及第一放射元件11的中心的第一直线A上。图3是图1所示的S-S'剖面图的第一例，(a)是表示在折叠的基板的外侧配置有供电电缆的例子，(b)是表示在折叠的基板的内侧配置有供电电缆的例子。S-S'剖面图是表示通过图1所示的S-S'且与第一直线A垂直的剖面的剖面图。S-S'剖面图的第一例， 是在与图1以及图2所示的第一直线A大致平行的直线上折弯的。即使在折弯的基板17a、 17b以及17c上配置有图2所示的第二放射元件12以及第一放射元件11的情况下，也能够提高宽带天线的无指向性。如图3(a)所示，如果在折叠的外侧配置供电电缆16，则能够使折叠的基板17b、基板17a以及基板17c的厚度变薄。另一方面，如图3(b)所示，如果在折叠的内侧配置供电电缆16，则供电电缆16的突出部分消失，所以使向信息终端设备安装宽带天线变得容易。图3(a)以及(b)所示的宽带天线是以3枚基板17b、基板17a以及基板17c按顺序重叠的方式折弯的。在此，并不限定本实施方式所涉及的宽带天线中的重叠的枚数。例如，优选重叠的枚数是3片、5片、7片等的奇数枚。此时，优选折弯的各基板彼此的折线是以第一直线A为中心线的线对称的直线。对于本实施方式所涉及的宽带天线而言，从提高无指向性的观点考虑，优选配置于折弯的内侧的基板17a、和邻接于基板17a的基板17b不接触。因此，优选如图3(b)所示，在折叠的内侧配置供电电缆16。如图2所示的第二放射元件和第一放射元件可以配置在折弯的内侧的面，也可以配置在折弯的外侧的面。也可在基板17上设置通孔，在与配置第二放射元件以及第一放射元件的面相反侧的面上配置供电电缆16。图4是图1所示的S-S'剖面图的第二例，(a)是表示在卷成筒状的基板的外侧配置有供电电缆的例子，(b)是表示在卷成筒状的基板的内侧配置有供电电缆的例子。S-S' 剖面图的第二例中，卷成以与图1以及图2所示的第一直线A大致平行的直线为轴向的筒状。即使在配置于筒的轴侧的基板17d以及配置于筒的外周侧的基板17e上配置有图2所示的第二放射元件12以及第一放射元件11时，也能够提高宽带天线的无指向性。如图4(a)所示，如果在成为卷状的外侧配置供电电缆16，则能够使成为卷状的基板17的外径变小。另一方面，如图4(b)所示，如果在成为卷状的内侧配置供电电缆16，则供电电缆16的突出部分消失，所以使向信息终端设备安装宽带天线变得容易。如图4(a)以及(b)所示的宽带天线，基板17卷成2. 5圈。在此，本实施方式所涉及的宽带天线中的基板17卷成的圈数是不限定的。例如，配置于筒的轴侧的基板17d和配置于筒的外周侧的基板17e不重叠的不足1圈也可。另外，基板17卷成的圈数除了是1 圈、1. 5圈、2圈、2. 5圈之外也可以是3圈以上。并且，能够使成为卷状的基板17的外径减小至至供电电缆16的外径大小而进行卷绕。由此，不需要搭载天线的芯片，并且能够通过向LAN(Local Area Network)等各种电缆的缠绕进行向信息终端设备的宽带天线的安装。 并且，能够通过向电介质缠绕，提高无指向性，且实现宽带天线的小型化。另外，图2所示的第二放射元件和第一放射元件和图3所示的S-S'剖面图的第一例相同，可以配置在成为卷状的内侧的面，也可配置在成为卷状的外侧的面。也可在基板 17上设置通孔，在与配置第二放射元件以及第一放射元件的面相反侧的面上配置供电电缆 16。图5是抽出第二放射元件以及第一放射元件的图。Lxl是第二放射元件12的外周的长径，Lyl是第二放射元件12的外周的短径，Lx2是第二放射元件12的内周的长径，Ly2 是第二放射元件12的内周的短径，Lx3是第一放射元件11的外周的长径，Ly3是第一放射元件11的外周的短径，Lx4是第一放射元件11的内周的长径，Ly4是第一放射元件11的内周的短径。Wyl是从远离第二直线B —侧的第二放射元件12的内周至外周的宽度，Wy2是从离第二直线B近的一侧的第二放射元件12的内周至外周的宽度，Wy3是从离第二直线B近的一侧的第一放射元件11的内周至外周的宽度，Wy4是从离第二直线B远的一侧的第一放射元件11的内周至外周的宽度。Dl是第二直线B和第二放射元件12的外周的一部分22的距离，D2是第二直线B 和第一放射元件11的外周的一部分21的距离。第二放射元件12优选为环状。例如，成为去除了第二放射元件12的中心部分的导体的构造。去除了导体的内周部分的形状可以是例如圆形、椭圆形、三角形以上的多边形或是这些的组合等的任意的形状。第一放射元件11和第二放射元件12相同，也优选为环状。另外，第一放射元件11以及第二放射元件12可以形成有多个环。例如，可以是在第一放射元件11以及第二放射元件12的任意一个或双方的内周的长轴上设置了带状的导体的形状。此外，第一放射元件11以及第二放射元件12也可以是在短轴向切断第二放射元件12以及第一放射元件11、利用带状的导体连接开放的端部之间的形状。如此，除了接近部，第二放射元件12以及第一放射元件11的外周的形状可成为任意的形状。特别是，做成利用带状的导体将接近部的端部彼此搭在一起的形状，能够实现宽带天线的小型化。优选第二放射元件12的外周的一部分22的形状与第一放射元件11的外周的一部分21的形状相对于第二直线B是线对称。例如，在与第一直线A平行的直线上的距离Dl 和距离D2是相等的。优选第二放射元件12的外周的一部分22与第一放射元件11的外周的一部分21 具有在第一直线A上第二放射元件12和第一放射元件11最接近的弯曲形状。特别是，优选第二放射元件12的外周的一部分22的形状与第一放射元件11的外周的一部分21的形状为椭圆的一部分。此时，椭圆的短轴配置于第一直线A上。在第二放射元件12和第一放射元件11最接近的第一直线A上的第二放射元件12 和第一放射元件11的距离(Dl+拟)优选为0. 2mm以上。进而优选为大致0. 35mm。优选第二放射元件12的外周的形状以及内周的形状为椭圆的短轴配置于第一直线A上的椭圆。此时，第二放射元件12的外周的长径优选为14mm以上40mm以下。另夕卜， 长径和短径之比Lxl Lyl以及Lx2 Ly2优选为1 0. 3以上1 0. 7以下。特别是， 优选长径和短径之比是2 1，优选Lxl是40mm时、Lyl是20mm、Lx2是20mm、Ly2是10mm。优选第二放射元件12的外周的形状和内周的形状为长径和短径之比亦即椭圆率相等的椭圆。例如，具有Lxl/Lyl = Lx2/Ly2的关系。第一放射元件11也是相同，优选具有 Lx3/Ly3 = Lx4/Ly4 的关系。优选第二放射元件12的内周的长径与第二放射元件12的外周的短径相等。例如， 具有Lyl = Lx2的关系。第一放射元件11也是相同，此时，具有Ly3 = Lx4的关系。优选第二放射元件12和第一放射元件11为相同形状且相同的面积。特别是，优选第二放射元件12的外周以及内周的形状、和第一放射元件11的外周以及内周的形状为椭圆率相等的椭圆形。此时，具有 Lxl/Lyl = Lx2/Ly2 = Lx3/Ly3 = Lx4/Ly4，且 Wy2 = Wy3、 Wyl = Wy4的关系。优选从第二放射元件12以及第一放射元件11的内周至外周的宽度，与离第二直线B近的一侧相比远的一侧更粗。例如，具有Wyl > Wy2、Wy3 < Wy4的关系。第一凸部M和第二凸部25对置的边缘互相平行。第一凸部M和第二凸部25对置的边缘的形状可以是直线，也可以是曲线。例如，第一凸部M和第二凸部25对置的边缘的形状是与第二直线B平行的直线。在此，第二直线B是与第一直线A正交、通过第二放射元件12和第一放射元件11的中心的直线。即、第二直线B是与第二放射元件12以及第一放射元件11互相对置的方向垂直的方向。因此，优选第一凸部M和第二凸部25的形状是四边形以上的偶数边形的一部分。此时，优选通过该偶数边形的一边的中心的中心线配置于第一直线A上。第一凸部M以及第二凸部25优选为环状。通过做成环状，来提高天线的无指向性。此时，供电点13以及14配置于与该环相比更靠近第二直线B侧。由此，能够抑制从供电电缆至供电点13以及14的阻抗急剧上升。在与第二直线B平行的方向上第一凸部对以及第二凸部25的宽度G，是UWB天线时，优选为3mm以上12mm以下。此外，在无线LAN、移动电话等的波段中使用时，即使在 40mm左右也能够取得本发明的效果。在此，宽度G是第一凸部M和第二凸部25平行地对置的部分的宽度。第一凸部M和第二凸部25的间隔F优选为0.2mm以上2mm以下。第一凸部M 和第二凸部25的外缘的距离是适当的，由此提高天线的无指向性。第一凸部M和第二凸部25的外缘的形状弯曲或折曲时，优选在第一凸部M和第二凸部25最接近的部分的第一凸部M和第二凸部25的距离维持在0. 2mm以上2mm以下。测定了图4(a)所示的宽带天线的指向性。实施例1表示基板17卷成1圈的情况，实施例2表示基板17卷成1. 5圈的情况，实施例3表示基板17卷成2. 5圈情况。实施例1、2以及3中如图5所示的参数是，G = 3. 2mm、El = E2 = 0. 9mm、F = 0. 2mm、Lxl = Lx3 = 40mm、Lyl = Ly3 = Lx2 = Lx4 = 20mm、Ly2 = Ly4 = 10mm。基板使用了 PET (Poly Ethylene Terephthalate)月莫。图6是本实施方式所涉及的宽带天线的指向性的测定结果。如实施例1、实施例 2、实施例3，增加基板的圈数，宽带天线的无指向性就提高。折弯基板的情况下，也同样地通过折弯，提高宽带天线的无指向性。因此，通过将在同一面上形成有第二放射元件和第一放射元件的宽带天线折弯或是卷成筒状，能够提高无指向性。(实施方式2)图7是本实施方式所涉及的宽带天线的形状的一例。本实施方式所涉及的宽带天线具备与供电电缆的外部导体连接而接受高频电力的第一放射元件11、与供电电缆的内部导体连接而接受高频电力的第二放射元件12、向第二放射元件12以及第一放射元件11供电的供电点33。第二放射元件12和第一放射元件11是和ζ轴大致平行地排列。第二放射元件12的供电点33的端子与供电电缆的内部导体连接。第一放射元件11的供电点33的端子与供电电缆的外部导体连接。第二放射元件12，其特征是在与ζ轴大致平行的直线上折弯，或卷成以与ζ轴大致平行的直线为轴向的筒状，其中，ζ轴是与第二放射元件12和第一放射元件11的排列方向大致平行的第一直线。例如，如图7(b)所示，以ζ轴为轴向，卷成螺旋形状。或者，如图 7(c)所示，以ζ轴为轴向，卷成扁平螺旋形状。或者如图7(d)所示，以ζ轴为轴向，卷成圆形辊形状。或者如图7(e)所示，在与ζ轴大致平行的直线上，折弯成曲折形状。图8是从上方观察本实施方式所涉及的宽带天线的形状的一例，(a)是表示平面形状，(b)是表示螺旋形状，(c)是表示扁平螺旋形状，(d)是表示圆形辊形状，(e)是表示曲折形状。在和ζ轴垂直的剖面中的第二放射元件12的形状，例如是图8(b)所示的螺旋形状，图8 (c)所示的扁平螺旋形状，图8(d)所示的圆形状的一部分，图8(e)所示的曲折形状。在和ζ轴垂直的剖面中的第二放射元件12的形状可以是螺旋形状、扁平螺旋形状、圆形状的一部分、或是曲折形状的组合。例如，如图9(a)所示，可以是曲折形状和螺旋形状的组合。另外，如图9(b)所示，也可以是曲折形状和圆形辊形状的组合。第二放射元件12是在电介质薄片上层叠金属膜而构成。例如，形成有第二放射元件12的基板是夹着电介质薄片而构成。第二放射元件12也可是在金属膜之间插入有电介质块。另外，第二放射元件12的供电点33优选如后述的图40(a)以及图40(b)所示，配置在与第二放射元件12和第一放射元件11的排列方向大致垂直的方向上的端部。此时，如图9 (a)所示，能够将第二放射元件12的供电点33配置在第二放射元件12的外侧。或者， 如图9(b)所示，能够将第二放射元件12的供电点33配置在第二放射元件12的内侧。提案的宽带天线首先是将平面膜状天线设计成在其平面状态下进行宽带动作。平面状天线通过最优化设计在宽带进行动作，但是，因为平面状的面积大，往往无法设置在小型无线设备。另外，平面状天线通常在图7的y方向上宽度宽。在天线上流过的电流有集中至金属的边缘的特征。如图10所示，将在第二放射元件12以及第一放射元件11的边缘的附近流过的电流I1以及电流I2考虑为主要的电流源，也无妨。此时，如图11所示，观测点P的放射是根据和天线的相对位置而产生较大的变化。 即，随着P点离1轴方向越近，距离电流源I1的距离L1和距离电流源I2的距离L2的差越大。其结果，电流源间的距离S达到波长等级时，不仅电流源I1和I2对放射的贡献产生相位差，xy面内的放射模式变为不是无指向，而且进行UWB所使用的脉冲通信时，到达P点的脉冲产生时间差，产生脉冲宽度变大等对通信不利的状况。该影响是随着使用频率的变高而变得显著。在该状况下，在χ方向上距离L1和L2相等，在y方向上不同，所以，y方向的放射增益比χ方向小。在本提案中，将平面形的天线如图7所示折弯或成为卷状。通过这样做，不仅天线变得紧凑，容易收纳在小型无线设备中，而且，图11的天线的边缘间的距离S变小，能够减小上述的相位差。其结果，不仅能够改善天线的放射模式，而且能够抑制对脉冲通信的影响。另外，若折弯平面状天线，则使天线的各部分相对地靠近，天线部分间的结合变强，所以有时产生伴随于此的天线输入特性的恶化。在本提案中，将平面形天线的特性最优化，从而能够减小其影响。即、上述的结合主要是在波长长(频率低)的区域产生，所以将平面形天线最优化时，特别是在低频区域进行充分地匹配，则能够将折弯天线时产生的输入特性的恶化抑制为最低限度。因此，平面形天线需要充分的宽度。若增大宽度，则动作频带变宽。另外，在放射元件的一方或是双方的供电点附近，需要从供电点朝向放射元件的前端，宽度逐渐增大的构造。在这种构造中，在频率高的区域匹配良好。另外，在供电点附近，优选两放射元件相对的区域是宽的。同样地频带变宽。此外，优选开孔，使得放射元件的任意一个或者双方成为环状。同样地频带变宽。如图12所示，平面形天线能够利用各种的形状。第二放射元件12可以是如图 12(a)以及图12(f)所示的酒杯形状，可以是如图12(b)所示的椭圆形状，可以是如图 12(c)以及图12(e)所示的梯形形状，可以是如图12(d)所示的半椭圆形状。而且，第二放射元件12和第一放射元件11的形状可以是如图12(e)所示的同型，可以是如图12(f)所示的类似形，可以是如图12 (a)、图12 (b)、图12 (c)以及12 (d)所示不同。第二放射元件12和第一放射元件11的横宽不需要一定相同，例如，如图12(c)所示，可以不同。本实施方式所涉及的宽带天线不仅应用于偶极天线，而且也能够应用于单极天线。图13是本实施方式所涉及的宽带天线的应用例，(a)是表示应用于偶极天线的第一应用例，(b)是表示应用于偶极天线的第二应用例，(c)是表示应用于单极天线的第三应用例。在偶极的情况下，有如图13(a)所示，将第二放射元件12以及第一放射元件11双方折弯或是成为卷状的情况、和如图13(b)所示，只将第二放射元件12折弯或是成为卷状的情况。在单极天线的情况下，如图13(c)所示，只将第二放射元件12折弯或是成为卷状。(实施方式3)图14是表示本实施方式所涉及的宽带天线的天线模式。设法使本实施方式所涉及的宽带天线，不仅只是频带宽，特别是在频率低的区域匹配也良好。具体来讲，第二放射元件I2呈酒杯那样的外形，并设有使第二放射元件I2成为环状的椭圆形的孔31，还在半椭圆形的外形以及供电点33的附近设有梯形的凸部32。像酒杯这样的外形是，例如从第二放射元件12和第一放射元件11最接近的位置至向第二放射元件12和第一放射元件11的排列方向的规定的高度Ik的位置为止，随着和第一放射元件11的距离变大，第二放射元件 12的宽度变宽。在本实施方式中，第二放射元件12的宽度W2a = 20mm、高度H2a = 8mm、高度H2b = 5mm、第二放射元件12的高度(H2a+H2b) = 13mm、孔31的宽度W2b = 9mm、孔31的高度H2c = 6mm、凸部32的宽度W2e = 8mm、凸部32的高度H2e = 1. 6mm、第二放射元件12和第一放射元件11的间隔H12 = 0. 1mm、第一放射元件11的宽度W1 = 20mm、第一放射元件11的高度H1 =20mm。图15是第二放射元件的外形的比较例，(a)是表示第二放射元件为酒杯形状时的天线模式，(b)是表示第二放射元件为四边形状时的天线模式。图15(a)所示的第二放射元件和图15(b)所示的第二放射元件是宽度以及高度相等的同等大小。图16是表示第二放射元件为酒杯形状时和第二放射元件为四边形状时的输入特性。如图16所示，本实施方式所涉及的酒杯形状的宽带天线，若与比较例所涉及的四边形状的宽带天线相比，则具有宽的频带、在3. IGHz以上12. 5GHz以下的频带中，|Sll|成为-IOdB以下。不过，特性阻抗为50Ω。以后的文中的Sll也以该特性阻抗的值为基准。 特别是在3. IGHz以上6. 5GHz以下的频带中，| Sll |成为_12dB以下。匹配特别的良好。因此，通过将第二放射元件12的天线模式做成酒杯形状，与第二放射元件12的天线模式为四边形状时相比，能够提高输入特性。天线的尺寸是，若将最低动作频率的波长设定为λ J此时，97mm)，则需要至少两放射元件当中的一个是纵宽(H2a+Ha)和横宽^a的和为0.25 λ ^以上。另外，为了确保宽带，需要第二放射元件12的横宽Wh为0. 1 λ ^以上。若考虑因将第二放射元件12折弯或是成为卷状时产生的耦合的最低动作频率的上升，则优选第二放射元件12的纵宽(H2a+H2b) 与横宽W2a的和是0. 3 λ Q以上、第二放射元件12的横宽W2a是0. 12 λ Q以上。在此，横宽W2a 是表示第二放射元件12向第二放射元件12和第一放射元件11的排列方向上投影的投影形状的宽度。第二放射元件12的横宽越宽特性越好，但是若考虑尺寸上的实用性，则第二放射元件12的横宽W2a优选为0. 5 λ ^以下。另外，第二放射元件12折弯成或是卷成2层以上时，若最接近的层和层之间的间隔过于接近，则通过强耦合，失去天线的宽带特性。如下述的实施方式所示，层之间的最短距离是0. 005 λ ^以上，实用上优选为0. 01 λ ^以上。而且，从小型化的观点考虑，优选层之间的最长距离为0.1 λ ^以下。图17是第二放射元件的外形的比较例，(a)是表示第二放射元件为酒杯形状时的天线模式，(b)是表示第二放射元件为椭圆形状时的天线模式。图17(a)所示的第二放射元件和图17(b)所示的第二放射元件是宽度以及高度相等的同等大小。图18表示第二放射元件为酒杯形状时和第二放射元件为椭圆形状时的输入特性。如图18所示，了解到以下事实，S卩、与图16所示的第二放射元件为四边形状时相比，第二放射元件为椭圆形状时，在供电点33附近具有逐渐变宽的放射元件，所以具有宽的动作频带。可知通过在其基础上再导入酒杯状天线的凸部32，频带越发变宽。图19是实施方式3所涉及的宽带天线中具有椭圆形的孔时和无孔时的比较例， (a)是表示有孔31时的天线的概略图，(b)是表示无孔时的天线的概略图。图20表示实施方式3所涉及的宽带天线中有椭圆形的孔时和无孔时的输入特性。如图20所示，通过设置椭圆形的孔31，能够实现在高频带的匹配。图21表示使实施方式3所涉及的宽带天线的凸部的宽度I。变化时的天线的概略图。图22表示使实施方式3所涉及的宽带天线的凸部的宽度I。变化时的输入特性。如图 22所示，通过使宽度W2。= 8mm，实现宽带化。如此，本实施方式所涉及的宽带天线优化为以保持平面形状的状态利用UWB进行动作。图23表示实施方式3所涉及的宽带天线的xy面的放射模式。若比较3GHz和5GHz 和8GHz，则3GHz是比较的圆、无指向，但是随着频率变高，成为在y轴方向压扁的形状。图M表示实施方式3所涉及的宽带天线，(a)是表示平面状的天线模式，(b)是表示将第二放射元件卷成螺旋状的状态，(c)是表示从上方观察卷成螺旋状的第二放射元件的状态。实施方式3所涉及的宽带天线是将图14所示的第二放射元件12以及第一放射元件11卷成螺旋的层的间隔是ds的螺旋状。该天线是，在金属膜天线上粘接具有均一厚度的柔软的电介质薄片，再卷为圆形，从而能够简单地制作。图25表示改变了螺旋的层的间隔时的实施方式3所涉及的宽带天线的输入特性。 如图示，将平面状天线卷成螺旋状时，输入特性有些许恶化，但是保持了 UWB无线通信所需的特性。例如，设为ds = 3mm时、在3. 7GHz 10. 6GHz，| Sll |彡_8dB，达到能够充分利用的水平。可知若ds= 1mm，则最低动作频率上升，区域内的ISllI上升，宽带特性开始损坏。图沈表示本实施方式所涉及的宽带天线的8GHz中的xy面的放射模式。如图所示，卷成螺旋状的天线的放射模式与平面状天线相比更接近无指向，在进行UWB无线通信时能得到更好的传送特性。(实施方式4)图27表示实施方式4所涉及的宽带天线，(a)是表示平面状的天线模式，(b)是表示将第二放射元件卷成扁平螺旋状的状态，(c)是表示从上方观察卷成扁平螺旋状的第二放射元件的状态。实施方式4所涉及的宽带天线是将图14所示的第二放射元件12以及第一放射元件11，以y方向的螺旋的层的间隔为ss，x方向的螺旋的层的间隔为ws的方式卷成扁平螺旋状。图28表示改变了扁平螺旋的层的间隔时的实施方式4所涉及的宽带天线的输入特性。如图所示，虽然卷成扁平螺旋状的天线多少有输入特性的恶化，但是保持着UWB通信所需的特性。在ss = ws = 1mm，特性开始恶化。图四表示实施方式4所涉及的宽带天线在8GHz中的xy面的放射模式。如图示， 卷成扁平螺旋状的天线的放射模式与平面状天线相比更接近无指向，在进行UWB无线通信时能得到更好的传送特性。(实施方式5)图30表示实施方式5所涉及的宽带天线，(a)是表示平面状的天线模式，(b)是表示将第二放射元件折弯成曲折状的状态，(c)是表示从上方观察折弯成曲折状的第二放射元件的状态。实施方式5所涉及的宽带天线是，将图14所示的第二放射元件12以及第一放射元件11，以y方向的曲折的宽度以及曲折的层的间隔sm为恒定，在χ方向的宽度wm 为恒定的方式，将平面状天线折弯成曲折状。实施方式5所涉及的宽带天线是通过在放射元件的金属膜的曲折层之间(间隙)插入电介质块，而能够简单地制造。图31表示改变了曲折的层的间隔sm时的实施方式5所涉及的宽带天线的输入特性。如图所示，虽然折弯成曲折状的天线输入特性多少有些恶化，但是保持着UWB无线通信所需的特性。若设成Sm= 1mm，则特性开始恶化。图32表示实施方式5所涉及的宽带天线在8GHz中的xy面的放射模式。如图示， 折弯成曲折状的天线的放射模式与平面状天线相比更接近无指向，在进行UWB无线通信时能得到更好的传送特性。(实施方式6)图33表示实施方式6所涉及的宽带天线，(a)是表示平面状的天线模式，(b)是表示将第二放射元件卷成圆形辊状的状态，(c)是表示从上方观察卷成圆形辊状的第二放射元件的状态。实施方式6所涉及的宽带天线是，只将图14所示的第二放射元件卷成直径 dc的圆形辊状。图34表示将圆形辊的直径dc设为8mm时的实施方式6所涉及的宽带天线。如图所示，将第二放射元件12卷成圆形状的天线的输入特性多少有些恶化，但保持着UWB无线通信所需的特性。图35表示实施方式6所涉及的宽带天线在8GHz中的xy面的放射模式。如图所示，将第二放射元件12卷成圆形辊状的天线的放射模式与平面状天线相比更接近无指向， 在进行UWB无线通信时能得到更好的传送特性。(实施方式7)图36表示实施方式7所涉及的宽带天线的天线模式。实施方式7所涉及的宽带天线的第二放射元件12的外形是椭圆形状，在第二放射元件12的中心设有椭圆形的孔31。 第二放射元件12的横宽W2a是20mm、第二放射元件12的高度H2d是16mm、椭圆形的孔31的横宽W2b是9mm、椭圆形的孔31的高度H2e是6mm、第一放射元件11的横宽W1是20mm、第一放射元件11的高度H1是20mm。图37表示实施方式7所涉及的宽带天线，(a)是表示平面状的天线模式，(b)是表示将第二放射元件卷成螺旋状的状态，(c)是表示从上方观察卷成螺旋状的第二放射元件的状态。实施方式7所涉及的宽带天线是，将图36所示的第二放射元件12以螺旋的层的间隔ds为恒定的方式卷成螺旋状。
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图38表示将螺旋的层的间隔ds设为IOmm时的实施方式7所涉及的宽带天线。如图所示，将第二放射元件12卷成螺旋状的天线的输入特性多少有些恶化，但是保持着UWB 无线通信所需的特性。图39表示实施方式7所涉及的宽带天线在8GHz中的xy面的放射模式。如图所示，卷成螺旋状的天线与平面状天线相比更接近无指向，在进行UWB无线通信时能得到更好的传送特性。(实施方式8)图40表示实施方式8所涉及的宽带天线，(a)是表示供电点配置在第一放射元件的内侧的情况，(b)是表示供电点配置在比第一放射元件更靠外侧的情况。在此，所谓外侧是指，将第二放射元件12，与第二放射元件12和第一放射元件11的排列方向大致平行地投射在第一放射元件11时，第二放射元件12的宽度比第一放射元件11的宽度更靠近外侧。 供电点33配置在第一放射元件11的内侧时，如图40(a)所示，如果第二放射元件12和第一放射元件11排列在ζ轴方向，则供电点33配置在第一放射元件11的y轴方向的端部。供电点33配置在第一放射元件11的外侧时，如图40(b)所示，如果第二放射元件 12和第一放射元件11排列在ζ轴方向，则供电点33配置在第一放射元件11的y轴方向的端部的外侧。平面状天线中，如图40 (a)以及图40 (b)，若在端部配置供电位置，则能够在将其折弯时，将供电位置配置在最内侧或外侧。在图40(a)以及图40(b)的情况下，例如，如果以+y方向的端部成为内侧的方式卷成螺旋状，则能够将供电点33配置在最内侧。此时，能够在天线的内侧保护供电点33，能够抑制因供电电缆而产生的放射。如果以-y方向的端部成为内侧的方式卷成螺旋状，则能够将供电点33配置在外侧。通过这样做，能够在折弯天线之后安装供电电缆，制造以及检查变得容易。本宽带天线是通过折弯由金属膜构成的平面状的天线，能够使天线更紧凑，能够搭载到小型无线设备。另外，通过这样做，能够改善天线的无指向性，能够高效率地进行UWB
ififn。产业上的可利用性本发明能够利用于内置在笔记本电脑、PDA(便携型信息设备)终端、手机或是 VICS(Vehicle Information and Communication System)等信息终端设备的天线。附图符号说明11...第一放射元件；12...第二放射元件；13、14、33...供电点；16...供电电缆；17. · ·基板；17a、17b、17c. · ·折弯的基板；17d. · ·配置于筒的轴侧的基板；17e. · ·配置于筒的外周侧的基板；21...第一放射元件11的外周的一部分；22...第二放射元件12的外周的一部分；24...第一凸部；25...第二凸部；31...孔；32...凸部。
1权利要求
1.一种宽带天线，其特征在于，具备第一放射元件；以及第二放射元件，上述第二放射元件在与上述第二放射元件和上述第一放射元件的排列方向大致平行的第一直线上被折弯、或卷成以与上述第一直线大致平行的直线为轴向的筒状。
2.根据权利要求1所述的宽带天线，其在同一面上配置有上述第二放射元件和上述第一放射元件，该宽带天线的特征在于，上述第二放射元件以及上述第一放射元件在与上述第二放射元件和上述第一放射元件的排列方向大致平行的直线上被折弯、或卷成以与上述第一直线大致平行的直线为轴向的筒状。
3.根据权利要求1或2所述的宽带天线，其特征在于，上述第二放射元件以及上述第一放射元件是环状；上述第二放射元件以及上述第一放射元件的外周的形状相对于上述第一直线线对称；上述第二放射元件和上述第一放射元件对置的接近部处的上述第二放射元件以及上述第一放射元件的外周的形状，相对于与上述第一直线正交的第二直线线对称。
4.根据权利要求1 3中任意一项所述的宽带天线，其特征在于，在上述第二放射元件以及上述第一放射元件对置的接近部还具备使上述第一放射元件的外周的一部分成为凸状而形成的第一凸部、以及使上述第二放射元件的外周的一部分成为凸状而形成的第二凸部，上述第一凸部和上述第二凸部对置的边缘是互相平行的。
5.根据权利要求1 4中任意一项所述的宽带天线，其特征在于，从上述第二放射元件和上述第一放射元件最接近的位置，至上述第二放射元件和上述第一放射元件的排列方向上的规定高度的位置为止，上述第二放射元件的宽度随着和上述第一放射元件之间的距离变大而变宽；上述第二放射元件在上述第二放射元件和上述第一放射元件的排列方向上的投影形状的宽度，若最低动作频率的波长设为入0，则横宽是0. 以上以下。
6.根据权利要求1 5中任意一项所述的宽带天线，其特征在于，上述第二放射元件是折弯成或卷成2层以上，且层之间的最短距离是0. 005 λ ^以上， 且层之间的最长距离是0. 1 λ ^以下。
7.根据权利要求1 6中任意一项所述的宽带天线，其特征在于，在与上述第一直线垂直的剖面中，上述第二放射元件的形状是螺旋形状、扁平螺旋形状、圆形状的一部分、或是曲折形状或这些的组合。
8.根据权利要求1 7中任意一项所述的宽带天线，其特征在于，上述第二放射元件是在电介质薄片上层叠金属膜而构成的。
9.根据权利要求1 7中任意一项所述的宽带天线，其特征在于，上述第二放射元件是在上述金属膜之间插入电介质块而构成的。
10.根据权利要求1 9中任意一项所述的宽带天线，其特征在于，上述第二放射元件的供电点配置在与上述第二放射元件和上述第一放射元件的排列方向大致垂直的方向的端部。
全文摘要
本发明提供一种小型、能够对应宽带，且在整个宽带范围内放射特性稳定的天线。本发明所涉及的宽带天线，是在同一基板(17)上配置有第二放射元件和第一放射元件的宽带天线，其特征在于，基板(17)在与第一直线(A)大致平行的直线上折弯，或卷成以与第一直线(A)大致平行的直线为轴向的筒状，其中，第一直线(A)与第二放射元件和第一放射元件的排列方向大致平行。并且，与第一直线(A)平行地配置供电电缆(16)。
文档编号H01Q1/38GK102365786SQ20098015838
公开日2012年2月29日 申请日期2009年7月31日 优先权日2009年3月31日
发明者官宁, 田山博育 申请人:株式会社藤仓