专利名称：天线装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种能够改变其指向性的天线装置。
背景技术：
在现有技术中，称为ESPAR天线的天线装置已知为能够改变其指向性的天线装置。例如，日本专利申请公开号2001-24431 (JP-A-2001-24431)描述了这种天线装置。 JP-A-2001-24431中描述的天线装置具有下述构造多个无源元件定位在距馈电元件为四分之一波长的距离处，然后可变电抗元件连接至每一个无源元件。可通过改变每个可变电抗元件的电抗值来改变天线装置的指向性。然而，在描述在JP-A-2001-M431中的天线装置中，馈电元件与每个无源元件之间的间隔需要设定为波长的四分之一，所以难以减小天线装置的尺寸。
发明内容
本发明提供了一种能够改变其指向性并且尺寸小的天线装置。本发明的第一方面提供了一种天线装置。该天线装置包括多个环状金属线，所述环状金属线由金属线形成环路并且围绕中心线放射状地布置；电供给部，所述电供给部设置在所述中心线上并且给所述环状金属线供给电；以及可变阻抗元件，所述可变阻抗元件插入在所述环状金属线中的每一个中。本发明的第二方面提供了一种天线装置。该天线装置包括多个环状金属线，所述环状金属线由金属线形成环路并且围绕中心线放射状地布置；电接收部，所述电接收部设置在所述中心线上并且从所述环状金属线接收电；以及可变阻抗元件，所述可变阻抗元件插入在所述环状金属线中的每一个中。每个环路的形状不受具体限制；相反，该形状可由曲线形成，比如圆和椭圆，该形状可由直线形成，比如三角形和矩形，或者，该形状可由曲线和直线两者形成。另外，每个环状金属线不必与其它环状金属线逐个地完全独立；相反，金属线的一部分可被共用。另外，可使用接地导体由电气镜像形成每个环状金属线的一半。在第一和第二方面中，所述环状金属线中的每一个可形成三角形或矩形环路。在第一和第二方面中，所述环状金属线中的每一个可由下述部件形成矩形环路 直线状第一金属线，所述第一金属线由所述环状金属线共用并且具有所述电供给部或所述电接收部；相互平行的两个第二金属线，所述两个第二金属线分别连接至所述第一金属线的两个端部，从而正交于所述第一金属线；以及第三金属线，所述第三金属线联接所述两个第二金属线，并且在所述第三金属线中插入有所述可变阻抗元件。在上述构造中，所述第二金属线的长度可以是所述第一金属线和所述第三金属线的长度的三至五倍大。在上述构造中的任一个构造中，所述可变阻抗元件可以是可变电阻元件，或者可以是可变电容器或可变电感器。
在上述构造中的任一个构造中，所述环状金属线中的每一个在正交于所述中心线的方向上的长度可小于或等于波长的二十分之一。
在上述构造中的任一个构造中，所述环状金属线中的每一个可包括通过接地导体形成的电气镜像。根据本发明的第一和第二方面，由一个环状金属线的可变阻抗元件反射的无线电波也传播向其它环状金属线。于是，当改变可变阻抗元件的阻抗时，因该可变阻抗元件而生成的反射波的相位和振幅发生变化，所以传播向其它环状金属线的无线电波的相位和振幅也变化，于是无线电波分布整体变化。因此，通过改变可变阻抗元件的阻抗，可改变天线装置的指向性。当所有可变阻抗元件的阻抗相等时，可将天线装置设定成无指向性。另外，本发明的第一和第二方面分别具有一个电供给部和一个电接收部，所以与多个天线元件需要供给电或接收电的指向性可变天线装置相比，它们可以低成本制造。另外，根据本发明的第一和第二方面，天线装置的尺寸可小于或等于工作无线电波的波长的十分之一。
从以下参照附图进行的示例性实施方式的描述中，本发明的前述及其它目的、特征和优势将变得明显，在所述附图中相似的附图标记用来指代相似的元件，并且在所述附图中图1是示出根据第一实施方式的天线装置的构造的视图；图2是沿着图1中的线II-II截取的天线装置的截面图；图3是示出天线装置在xy平面中的辐射特性的图；图4是示出天线装置在xy平面中的辐射特性的图；图5是示出天线装置在xy平面中的辐射特性的图；图6是示出根据第二实施方式的天线装置的构造的视图；图7是示出根据第三实施方式的天线装置的构造的视图；以及图8是示出根据第四实施方式的天线装置的构造的视图。
具体实施例方式以下，将参照附图描述本发明的具体实施方式
；然而，本发明的方面并不局限于实施方式。图1是示出根据第一实施方式的天线装置1的构造的视图。另外，图2是沿着图1 中的线II-II截取的截面图。天线装置1包括接地金属板10和垂直于金属板10布置的直线状第一金属线11。以下，为了容易说明起见，如图1所示，垂直于金属板10设定Z轴，并且在平行于金属板10的平面中设定X轴和Y轴。在第一金属线11与金属板10之间设置电供给部15。注意，天线装置1可构造成使得用电接收部15替换电供给部15。具有电供给部15的天线装置1可用作发射天线。具有电接收部15的天线装置1可用作接收天线。四个直线状第二金属线12连接至第一金属线11的与电供给部15相反的端部。第二金属线12沿平行于金属板10的方向、即正交于第一金属线11的方向延伸。以下，将第一金属线11连接至四个第二金属线12的点称为分叉点16。另外，四个第二金属线12中的每一个沿与四个第二金属线12中的相邻一个延伸的方向正交的方向延伸。这样，第二金属线12沿正交于第一金属线11的方向以等角度间隔围绕分叉点16放射状地布置。在本文中，在四个第二金属线12之中，从分叉点16沿正χ轴方向延伸的是第二金属线12a，沿负χ 轴方向延伸的是第二金属线12c，沿正y轴方向延伸的是第二金属线12b，而沿负y轴方向延伸的是第二金属线12d。第三金属线13a至13d分别连接至第二金属线1 至12d的与连接至第一金属线 11的端部相反的端部。第三金属线13a至13d垂直于金属板10，并且分别经由可变电阻元件1 至14d连接至金属板10。天线装置1构造成使得由第一金属线11、第二金属线12、第三金属线13和通过金属板10形成的这些线的电气镜像，围绕电供给部15放射状地布置四个矩形环路。矩形环路用作根据本发明的方面的环状金属线。每个可变电阻元件14是这样的元件，在该元件中第三金属线13中的对应一个连接至SPDT开关的输入端口，然后10 Ω电阻和250Ω电阻分别连接至两个输出端口。切换 SPDT开关，以使连接至上述对应第三金属线13的电阻在10 Ω与250 Ω之间切换，从而实现可变电阻。SPDT开关例如由两个PIN 二极管形成。使用控制电压来控制每一个PIN 二极管的开/关状态从而切换连接。接下来，将描述天线装置1的操作。从电供给部15供应的无线电波传播经过金属板10和第一金属线11。传播经过第一金属线11的无线电波从分叉点16传播向四个第二金属线1 至12d，然后进一步传播向第三金属线13a至13d。在传播期间，无线电波一点一点地泄漏并辐射。取决于辐射的位置，所辐射的无线电波的相位不同，并且形成与以相位差馈电给多个离散阵列天线供给电的情况中相同的指向性。在传播期间未辐射的无线电波到达可变电阻元件14，然后被反射或吸收。所反射的无线电波从分叉点16传播向第一金属线11或其它三个第二金属线12，从而改变无线电波分布。即，第二金属线12和第三金属线13中的无线电波分布基于下述无线电波决定从电供给部15供给、在分叉点16处分叉、并且传播向各个可变电阻元件14a至14d的无线电波；由可变电阻元件14反射的无线电波；以及由可变电阻元件14反射、在分叉点16处分叉、并且传播向其它可变电阻元件14的无线电波。另外，第一金属线11中的无线电波分布基于下述无线电波决定由电供给部15供给的无线电波；以及由可变电阻元件14反射、并且从分叉点16朝电供给部15传递的无线电波。天线装置1的辐射特性基于这些无线电波分布决定。在每个可变电阻元件14的电阻变化时，无线电波的反射量和吸收量变化。因此， 从分叉点16传播向第一金属线11或其它三个第三金属线13的反射无线电波量也变化。结果，整个天线装置1的无线电波分布也变化，于是天线装置1的辐射特性变化。图3至图5是示出通过模拟获得的天线装置1在xy平面中的辐射特性的图。在该模拟中，将第一金属线11和第三金属线13中的每一个的长度H设定为3cm，将每个第二金属线12的长度W设定为7cm，并将分析频率设定为315MHz (波长为大约95cm)。图3示出了当可变电阻元件14a、14b和14d设定为10 Ω而可变电阻元件14c设定为250 Ω时天线装置1的辐射特性。可看到，当以这种方式选择四个可变电阻元件14的电阻时，天线装置1的F/B比和F/S比都是大约3dB，并且天线装置1能够形成沿从可变电阻元件14c朝可变电阻元件14a的方向(正χ轴方向)指向的指向性波束。
图4示出了当可变电阻元件14a、14c和14d设定为10 Ω而可变电阻元件14b设定为250Ω时天线装置1的辐射特性。在这种情况下，与图3的情况相同，也可看到，天线装置1的F/B比和F/S比都是大约3dB，并且天线装置1能够形成沿从可变电阻元件14b朝可变电阻元件14d的方向(负y轴方向)指向的指向性波束。 从图3和图4中可看到，可通过改变四个可变电阻元件14的电阻来形成沿四个方向——即，正负χ轴方向和正负ι方向——的指向性波束。另外，图5示出了当四个可变电阻元件14a至14d的电阻全部设定为10 Ω时天线装置1的辐射特性。各个可变电阻元件14a至14d的反射量全部彼此相等，所以无线电波分布是对称的，于是辐射特性不具有指向性，如图5所示。如上所述，根据第一实施方式的天线装置1能够通过改变可变电阻元件14的电阻而使波束在四个方向之中切换，并且还可设定成无指向性。另外，由于每个第二金属线12 的长度为7cm且第一金属线11和第三金属线13中的每一个的长度为3cm，因此可变指向性天线装置可形成为尺寸小于或等于波长(大约95cm)的十分之一。注意，每个第二金属线12的长度理想地小于或等于工作频带的波长的二十分之一。这是因为容易形成指向性波束。另外，每个第二金属线12的长度W理想地为第一金属线11和第三金属线13中的每一个的长度H的三至五倍大。这是因为可形成更加尖锐的指向性波束。图6是示出根据第二实施方式的天线装置2的构造的视图。天线装置2构造成使得替代第一金属线11和第二金属线12地设置第四金属线20a至20d，以将电供给部15连接至第三金属线13a至13d的与连接至金属板10的端部相反的端部。天线装置2构造成使得由第四金属线20、第三金属线13和通过金属板10形成的这些线的电气镜像，围绕电供给部15放射状地布置四个三角形环路。在天线装置2中，从电供给部15供应的无线电波传播向第四金属线20，然后传播向第三金属线13。然后，由其中一个可变电阻元件14反射的无线电波经由电供给部15传播向其它三个第四金属线20。这样，与天线装置1的情况相同，通过改变可变电阻元件14 的电阻，无线电波分布整体变化，所以可改变天线装置2的辐射特性。另外，与天线装置1 相同，天线装置2可形成为尺寸小于或等于工作频带的波长的十分之一的可变指向性天线
直ο图7是示出根据第三实施方式的天线装置3的构造的视图。天线装置3构造成使得在天线装置1中，将每个第二金属线12在与分叉点16相反的端部处分叉成两个第五金属线30。此外，垂直于金属板10的第六金属线31分别连接至第五金属线30的端部，并且每个第六金属线31经由可变电阻元件34连接至金属板10。在天线装置3中，由可变电阻元件34反射的无线电波不仅在分叉点16处分叉而且还在每个第二金属线12与对应的两个第五金属线30之间的连接点处分叉然后被传播， 从而改变无线电波分布。这样，与天线装置1的情况相同，通过改变可变电阻元件34的电阻，无线电波分布整体变化，所以可改变天线装置3的辐射特性。特别地，第二金属线12分叉以提供八个第五金属线30，然后为每一个第五金属线30设置可变电阻元件34，所以与根据第一实施方式的天线装置1相比，能够更加精密地控制指向性。此外，与天线装置1相同， 天线装置3可形成为尺寸小于或等于工作频带的波长的十分之一的可变指向性天线装置。
注意，在天线装置3中，每个第二金属线12分叉成两个；替代地，它可分叉成三个或更多个，并且分叉角度是可选择的。图8是示出根据第四实施方式的天线装置4的构造的视图。天线装置4构造成使得在天线装置1中，设置四个第七金属线40，每个第七金属线40设置成将位于其中一个第二金属线12与对应的其中一个第三金属线13之间的连接点连接至位于第二金属线12 中的另一个与对应的其中一个第三金属线13之间的相邻连接点。每个第七金属线40平行于金属板10，并且与连接至其上的第二金属线12成45度。在天线装置4中，由可变电阻元件14反射的无线电波不仅在分叉点16处分叉而且还在连接点41处分叉然后被传播，从而改变无线电波分布。这样，与天线装置1的情况相同，通过改变可变电阻元件14的电阻，无线电波分布整体变化，所以可改变天线装置4的辐射特性。另外，与天线装置1相同，天线装置4可形成为尺寸小于或等于工作频带的波长的十分之一的可变指向性天线装置。在第二至第四实施方式中，与第一实施方式的情况相同，天线装置也可构造成使得用电接收部替换电供给部。注意，在任何实施方式中，环状金属线由金属线和通过金属板形成的电气镜像形成；替代地，环状金属线可在不使用金属板的情况下仅由金属线形成。另外，在任何实施方式中，围绕电供给部15放射状地设置四个环状金属线；然而， 必需的只是环状金属线的数目是两个或更多个，并且在环状金属线之中由每个环状金属线形成的角度可以不相等。当环状金属线的数目为η时，选择可变电阻元件的适当的电阻， 从而使得能够实现这样的天线装置该天线装置能够在沿η个方向或更少方向的指向性波束、以及无指向性之中切换。另外，在任何实施方式中，每个环状金属线由直线形成；替代地，它可由曲线形成， 或者可由直线和曲线两者形成。另外，在任何实施方式中，不总是必需使用可变电阻元件；必需的只是使用阻抗可变的元件。例如，可将可变电容器或可变电感器与金属线串联或并联连接。根据本发明的方面的天线装置可用于无线通信。
权利要求
1.一种天线装置，包括多个环状金属线，所述环状金属线由金属线形成环路并且围绕中心线放射状地布置； 电供给部，所述电供给部设置在所述中心线上并且给所述环状金属线供给电；以及可变阻抗元件，所述可变阻抗元件插入在所述环状金属线中的每一个中。
2.如权利要求1所述的天线装置，其中，所述环状金属线中的每一个形成三角形或矩形环路。
3.如权利要求1所述的天线装置，其中，所述环状金属线中的每一个由下述部件形成矩形环路直线状第一金属线，所述第一金属线由所述环状金属线共用并且具有所述电供给部；相互平行的两个第二金属线，所述两个第二金属线分别连接至所述第一金属线的两个端部，且连接成正交于所述第一金属线；以及第三金属线，所述第三金属线联接所述两个第二金属线，并且在所述第三金属线中插入有所述可变阻抗元件。
4.如权利要求3所述的天线装置，其中，所述第二金属线的长度是所述第一金属线的长度以及所述第三金属线的长度的三至五倍。
5.如权利要求1至4中任一项所述的天线装置，其中， 所述可变阻抗元件是可变电阻元件。
6.如权利要求1至5中任一项所述的天线装置，其中， 所述可变阻抗元件是可变电容器或可变电感器。
7.如权利要求1至6中任一项所述的天线装置，其中，所述环状金属线中的每一个在正交于所述中心线的方向上的长度小于或等于波长的二十分之一。
8.如权利要求1至7中任一项所述的天线装置，其中，所述环状金属线中的每一个包括通过接地导体形成的电气镜像。
9.一种天线装置，包括多个环状金属线，所述环状金属线由金属线形成环路并且围绕中心线放射状地布置； 电接收部，所述电接收部设置在所述中心线上并且从所述环状金属线接收电；以及可变阻抗元件，所述可变阻抗元件插入在所述环状金属线中的每一个中。
10.如权利要求9所述的天线装置，其中，所述环状金属线中的每一个形成三角形或矩形环路。
11.如权利要求9所述的天线装置，其中，所述环状金属线中的每一个由下述部件形成矩形环路直线状第一金属线，所述第一金属线由所述环状金属线共用并且具有所述电接收部；相互平行的两个第二金属线，所述两个第二金属线分别连接至所述第一金属线的两个端部，从而正交于所述第一金属线；以及第三金属线，所述第三金属线联接所述两个第二金属线，并且在所述第三金属线中插入有所述可变阻抗元件。
12.如权利要求9至11中任一项所述的天线装置，其中，所述环状金属线中的每一个包括通过接地导体形成的电气镜像。
全文摘要
一种天线装置，包括多个环状金属线，环状金属线由金属线形成环路并且围绕中心线放射状地布置；给环状金属线供给电的电供给部(15)或从环状金属线接收电的电接收部(15)，电供给部(15)或电接收部(15)设置在中心线上；以及可变阻抗元件(14)，可变阻抗元件(14)插入在环状金属线中的每一个中。
文档编号H01Q21/29GK102365788SQ201080014273
公开日2012年2月29日 申请日期2010年4月1日 优先权日2009年4月3日
发明者井手信宏, 花泽理宏 申请人:丰田自动车株式会社