专利名称：天线装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及发射或接收无线电波的装置。具体地，本发明涉及一种可以应用于汽车的胎压检测装置的天线装置。
背景技术：
在现有技术中，已知在日本专利申请公开特开No. 2001-24431 (JP-A-2001-24431) 中描述的一种天线装置。该天线装置由在接地导体的中央处直立设置的供电天线和在供电天线周围直立设置并具有可变控制的电抗的多个寄生天线形成。在该天线装置中，周围的寄生天线的电抗是电性变化的，由此控制天线装置的指向性。日本专利申请特开No. 11-88M6(JP-A-11_88M6)描述了一种用于小型移动接收器的天线。在该天线中，多个环形天线设置在长方体箱的不同侧上，然后，要由相应的环形天线接收的无线电波被切换以接收无线电波，由此提高天线的灵敏度。日本专利申请特开No. 2003-298331 (JP-A-2003-298331)描述了一种用于无线鼠标的天线装置。在该天线装置中，多个环形天线分别布置在相互垂直的两侧上，并且天线装置的指向性被切换到对应于选定环形天线的指向性上以实现对噪音的阻抗。日本专利申请特开No. 2005-162192 (JP-A-2005-162192)描述了一种胎压检测装置。然而，在JP-A-2001-M431中描述的天线装置中，每个直立设置在接地导体上的天线的长度为λ/4，并且中央的供电天线与每个周围寄生天线之间的间隔为λ/4， 因此该天线装置至少需要直径为λ/2且高度为λ/4的容积。在JP-A-11-88246和 JP-A-2003-298331中，长度分别为一个波长的多个环形天线布置在相互垂直的侧上，因此天线装置的尺寸增大。在检测汽车胎压的系统的情况下，使用频率为315MHz的无线电波。 在这种情况下，根据上述技术的天线的尺寸为大约50cm，因此难以将这样的天线用于胎压检测系统。在胎压检测系统中，接收从四个车轮发射的胎压数据的天线装置设置在汽车驾驶室中的顶板上，因此必须尽可能地减小天线装置的尺寸。
发明内容
本发明提供一种天线装置，其能够准确地接收来自特定方向的无线电波或朝特定方向准确地发射无线电波。本发明的第一方面提供一种发射或接收无线电波的天线装置。该天线装置包括 第一线路；平行于第一线路的第二线路；供电/受电点，所述供电/受电点设置在所述第一线路和所述第二线路的近端部处；以及终端电阻，所述终端电阻设置在所述第一线路和所述第二线路的远端部处。本发明的第二方面提供一种发射或接收无线电波的天线装置。该天线装置包括 四个线状天线，其中，所述线状天线中的每个均包括第一线路；平行于第一线路的第二线路；供电/受电点，所述供电/受电点设置在所述第一线路和所述第二线路的近端部处；以及终端电阻，所述终端电阻设置在所述第一线路和所述第二线路的远端部处，其中，由相向的一对所述线状天线形成的第一天线组布置成使得各个所述线状天线的从所述供电/受电点指向所述终端电阻的定向矢量彼此反平行，由相向的另一对所述线状天线形成的第二天线组布置成使得各个所述线状天线的所述定向矢量彼此反平行，并且，所述第一天线组和所述第二天线组布置成使得所述第一天线组的所述线状天线中的一个的所述定向矢量与所述第二天线组的所述线状天线中的一个的所述定向矢量不平行。在第一方面和第二方面中，天线装置可以是发射无线电波的发射天线装置或者接收无线电波的接收天线装置。发射天线装置与接收天线装置之间工作原理类似。因此，将对天线装置被构造为发射天线装置的示例进行描述。根据第一方面的天线装置由包括第一线路和第二线路的单个线状天线形成。根据第二方面的天线装置由四个线状天线形成。在本发明的第一方面中，沿从供电点朝终端电阻的一个方向供电，已经到达阻抗匹配终端电阻的电磁场被终端电阻吸收而不被反射。也就是说，在该线状天线中，行进波以光速从供电点通过第一线路和第二线路朝终端电阻传播，并且没有驻波出现。因此，在一个线状天线中，无线电波在初始相位下在朝向终端电阻的路径中的所有微小部分处发射，该初始相位即当时的位置的相位。每个发射无线电波的初始相位随着该位置接近终端电阻而前进。另外，在线状天线的各个微小部分的初始相位下发射的无线电波以光速传播通过空间并因此延迟，然后与延迟时长前发射的、初始相位被延迟了的无线电波形成等相位波面。 因此，无线电波的等相位波面是与线状天线垂直的表面，并且发射无线电波的行进方向与从终端电阻朝向供电点的线状天线的纵向方向一致。也就是说，线状天线表现出在线状天线的从终端电阻朝向供电点的纵向方向上的指向性。另一方面，从供电点朝向终端电阻发射的无线电波不形成等相位波面。因此，能够形成具有高F/B(前向发射/后向发射)比的天线。类似地，在接收天线装置的情况下，可以在等相位波面处接收在线状天线的从受电点朝向终端电阻的纵向方向上行进的波。因此，接收天线装置可以具有在线状天线的从受电点朝向终端电阻的纵向方向上的指向性并具有高F/B比。当终端电阻的阻抗与线状天线的阻抗匹配时，如上所述，发射天线装置具有在线状天线的从终端电阻朝向供电点的纵向方向上的指向性并具有高F/B比。当终端电阻的阻抗与线状天线的阻抗不匹配时，在线状天线中出现驻波，并且因此指向性偏离线状天线的纵向方向。通过这种方式，根据第一方面的天线装置可以构造为在一个方向上具有高F/B比的发射天线装置和接收天线装置。在第二方面，具有上述特性的四个天线布置在四个方向上，因此天线装置能够选择性地在这四个方向中的一个方向上发射无线电波，或者能够选择性地在这四个方向中的一个方向上接收无线电波。在该第一方面和第二方面中，只需要天线能够形成行进波，因此不是必须对天线的长度设定基于所使用的无线电波的频率确定的波长条件，比如\n。第一线路的长度可以小于或等于所使用的无线电波的波长且大于或等于所使用的无线电波的波长的十分之一。第一线路的长度小于或等于所使用的无线电波的波长，因此可根据所使用的无线电波的频率将天线装置的大小设定成具有适当的尺寸。另外，第一线路的长度设定为所使用的无线电波的十分之一或以上，因此能够确保发射效率或接收效率。另外，理想地，天线装置的第一线路与第二线路之间的间隔小于或等于第一线路长度的一半且大于或等于第一线
5路长度的三分之一。当将所述间隔设定成小于或等于第一线路长度的一半时，能够抑制来自第二线路的发射的增加。当将所述间隔设定成大于或等于第一线路长度的三分之一时， 能够在天线装置由四个线状天线形成时防止各个线状天线的第一线路彼此耦联。在第二方面中，第一天线组的线状天线中的一个的定向矢量与第二天线组的线状天线中的一个的定向矢量之间所成的角度可以大于或等于45度且小于或等于135度。可以基于无线电波的发射方向以及要接收的无线电波的入射方向来设定该角度。另外，该角度可以为90度。在天线装置构造为接收天线装置的情况下，当无线电波由处于最大接收水平的第一天线组接收时，第二天线组的接收水平最小，因此能够提高确定入射方向的准确性。 另外，当来自任意方向的无线电波的入射方向也被确定时，该角度可以为90度。当该角度为90度时，可以获得垂直于入射方向上的矢量的两个分量。当天线装置构造为发射天线装置时，发射无线电波的方向的可控性提高。在包括第一天线组和第二天线组的接收天线装置中，当该角度大于或等于45度且小于或等于135度时，对于来自第一天线组的纵向方向的无线电波，第二天线组的接收水平可以减小到一半水平，因此可以确定入射方向，并且确定来自任意方向的无线电波的入射方向的准确性很高。所述四个线状天线可以布置在同一平面上。这样，可以减小天线装置在与所述平面垂直的方向上的尺寸。相比之下，第一天线组和第二天线组可以彼此叠置。通过将第一天线组和第二天线组彼此叠置地布置，能够减少在所述平面上的占位面积。所述四个线状天线可以布置为形成正方形、菱形、长方形和平行四边形中的任一种。这种布置可以应用在四个线状天线布置在同一平面上时或者四个线状天线彼此叠置时。在正方形或菱形的情况下，能够使四个方向中的最大接收水平或最大发射功率水平相等。在正方形或长方形的情况下，第一天线组的线状天线中的一个的定向矢量可以垂直于第二天线组的线状天线中的一个的定向矢量，因此可以提高检测入射方向的准确性，并且可以提高发射方向的可控性。另外，所述四个线状天线可以呈放射状地布置。另外，每个第二线路可以由相应的第一线路的通过平面导体形成的镜像形成。也就是说，每个线状天线可以由平面导体和与该平面导体以一定间隔布置的第一线路形成(平面导体和第一线路可以彼此平行)。这样， 能够简化天线装置的结构。另外，通过使用平面导体作为无线电波的反射平面，可以提高无线电波的接收水平，而且可以提高沿特定方向发射的无线电波的功率密度。另外，可以为四个线状天线设置被线状天线共享的反射板，以反射入射无线电波。这样，可以提高无线电波的接收水平，而且可以提高特定方向上的发射无线电波的功率密度。另外，理想地，每个第二线路与反射板之间的间隔均大于或等于所使用的无线电波波长的二十分之一且小于或等于所使用的无线电波波长的十分之一。当所述间隔设定为大于或等于所使用的无线电波波长的二十分之一时，能够抑制对天线特性的影响。当所述间隔设定为大于或等于所使用的无线电波波长的十分之一时，能够抑制金属板尺寸的增大。在第一方面中，终端电阻设置在包括第一线路和第二线路的线状天线的第一线路的远端部处，然后连接至第二线路。因此，当天线装置构造为发射天线装置时，能够获得在线状天线的从终端电阻朝向供电点的纵向方向上的F/B比高的指向性。另外，当天线装置构造为接收天线装置时，能够获得在线状天线的从受电点朝向终端电阻的纵向方向上的F/ B比高的指向性。
在第二方面中，当天线装置构造为发射天线装置时，由供电方向相反的一对平行线状天线形成的第一天线组与具有类似构造的第二天线组布置成彼此不平行，因此能够准确地控制无线电波的发射方向。另外，当天线装置构造为接收天线装置时，由最大受电方向相反的一对线状天线形成的第一天线组与具有类似构造的第二天线组布置成彼此不平行， 因此能够准确地检测无线电波的入射方向。
从以下参照附图对示例性实施方式的描述中，本发明的前述以及其它目的、特征和优点将变得清楚，附图中相同的附图标记用于指示相同的元件，在附图中图1是根据第一实施方式的天线装置的构型图；图2是一个线状天线的构型图；图3是示出一个线状天线的指向性原理的视图；图4A是示出一个线状天线的F/B比(xy平面)的特性图；图4B是根据第一实施方式的线状天线的具体构型图；图5A至图5D是示出当选定根据第一实施方式的天线装置的各个线状天线时的指向性的特性图；图6是示出根据第一实施方式的天线装置可以设定成没有指向性的特性图；图7是示出每个线状天线的第二线路由被线状天线共享的金属板形成的天线装置的构型图；图8是另一天线装置的构型图；以及图9A和图9B是又一天线装置的构型图。
具体实施例方式下文将参照附图描述根据本发明所述方面的具体实施方式
。然而，本发明并不局限于该实施方式。图1是根据第一实施方式的接收天线装置的构型图。线状天线10呈长方形形状。 线状天线10由第一线路11、第二线路12、受电点13以及终端电阻14形成。受电点13设置在这些线路的近端部处。终端电阻14设置在天线的远端部且在第一线路11与第二线路12 之间的连接点处。第一线路11与第二线路12之间的间隔为L2。线状天线20平行于线状天线10设置。线状天线20以及线状天线10呈长方形形状。线状天线20由第一线路21、 第二线路22、受电点23以及终端电阻M形成。受电点23设置在这些线路的近端部处。终端电阻M设置在天线的远端部且在第一线路21与第二线路22之间的连接点处。第一线路21与第二线路22之间的间隔为L2。线状天线10和线状天线20彼此相隔距离Ll设置并设置成彼此平行。从线状天线10的受电点13指向线状天线10的终端电阻14的定向矢量与从线状天线20的受电点23指向线状天线20的终端电阻M的定向矢量彼此反平行。 这些线状天线10和线状天线20构成了第一天线组。线状天线30呈长方形形状。线状天线30由第一线路31、第二线路32、受电点33 以及终端电阻34形成。受电点33设置在这些线路的近端部处。终端电阻34设置在天线的远端部且在第一线路31与第二线路32之间的连接部处。第一线路31与第二线路32之间的间隔为L2。线状天线40平行于线状天线30设置。线状天线40以及线状天线30呈长方形形状。线状天线20由第一线路41、第二线路42、受电点43以及终端电阻44形成。受电点43设置在这些线路的近端部处。终端电阻44设置在天线的远端部且在第一线路41与第二线路42之间的连接部处。第一线路41与第二线路42之间的间隔为L2。线状天线30 和线状天线40彼此相隔距离Ll设置并设置成彼此平行。从线状天线30的受电点33指向线状天线30的终端电阻34的定向矢量与从线状天线40的受电点43指向线状天线40的终端电阻44的定向矢量彼此反平行。这些线状天线30和线状天线40构成了第二天线组。这四个线状天线10、20、30、40具有在ζ轴方向上的高度，并且布置在同一平面(xy 平面)上。另外，由线状天线10和20形成的第一天线组布置在y方向上，而由线状天线30 和40形成的第二天线组布置在χ方向上。也就是说，第一天线组的纵向方向垂直于第二天线组的纵向方向。然后，受电点13、23、33和43连接到组合器50。组合器50组合由各个线状天线接收到的无线电波，或者选择线状天线中的一个以仅仅输出由线状天线中的所述一个接收到的无线电波。应当指出，每个受电点经由平衡-不平衡转换器连接到同轴电缆。 由于每个平衡-不平衡转换器的功能，第一线路11、21、31和41以及第二线路12、22、32和 42以电流在同一方向上流动的模式被激励。然后，这四个线状天线10、20、30和40被放置在厚度为D的介电板52上。反射板 51贴合到介电板52的后表面上。反射板51由金属板形成。图2中示出了一个线状天线 10的构型。反射板51反射入射无线电波以使得能够提高接收信号的水平。当每个线状天线都构造成发射天线时，沿相反方向发射的无线电波被反射板51反射，从而能够提高发射无线电波的功率密度。如图4B所示，在本实施方式中，Ll为75mm，L2为30mm，D为10mm。下面，将说明操作原理。关于一个线状天线10的操作如下。如图3所示，在第一线路11和第二线路12中，接收的无线电波从受电点13朝终端电阻14传播的方向定义为正。此时，在第一线路11的邻近受电点13的端点Pl处接收的无线电波可以表达如下。sin (cot+α) (1)另外，在第一线路12的邻近终端电阻14的端点Ρ2处接收的无线电波可以表达如下。sin(cot+a+3) (2)此处，α为端点Pl处的相位，β为在第一线路11中从端点Pl向端点Ρ2行进的接收无线电波在端点Ρ2处相对于端点Pl的超前相位。也就是说，与在端点Pl处的相位相比，从受电点13朝终端电阻14行进的无线电波在端点Ρ2处的相位前进了。入射无线电波的行进矢量Vl与无线电波在第一线路11中的行进矢量V2之间所成的角度的Θ。当线状天线10接收行进矢量Vl的平面波时，假设在端点Pl处接收到的无线电波的相位等于在第一线路11中行进的无线电波的相位，那么到达端点Pi的无线电波由与数学表达式(1)相同的数学表达式来表达。到达端点Pl的无线电波与到达端点Ρ2的无线电波之间的相位差为Lcos ( θ )。因此，在端点Pl接收到的平面波在端点Ρ2处被接收的时间相对于平面波在端点Pl处被接收的时间延迟了 At，At由下面的数学表达式来表达。在该数学表达式中，L为第一线路11 的长度，并且c为光速。At = Lcos( θ )/c (3)
因此，在时间t，在端点P2处接收到的无线电波为在相对于在端点Pl处接收到的无线电波前进了 At的时间的平面波。在时间t在端点P2接收到的无线电波表达如下。sin (cot+α+ω At) (4)当无线电波的相位等于由数学表达式(2)表达且通过第一线路11向终端电阻14 传播的无线电波的相位时，在第一线路11的各个微小部分处接收到的同一平面波的无线电波彼此重叠，从而变成通过第一线路11向终端电阻14传播的无线电波。因此，下面的数学表达式成立。α+β = α+ωΔ , β = ωΔ , At = β/ω (5)从数学表达式(3)，可以得到下面的数学表达式(6)。Lcos (Q)Zc= β / ω , cos ( θ ) = c β / (ω L) = λ β / (2 π L) (6)因为β λ = 2JIL，所以得到下面的数学表达式(7)。cos ( θ ) = 1 (7)也就是说，θ = 0。当入射无线电波的行进矢量Vl的方向与无线电波在第一线路 11中的行进矢量V2的方向一致时，引起在第一线路11中行进的信号分量。来自其它方向的入射无线电波不满足相位匹配条件，因为与行进矢量V2的方向的偏离增大，所以行进波分量减小。这同样适用于第二线路12。这样，线状天线10对接收无线电波的指向性被确定。这也适用于发射天线。图4A是对于线状天线10测量的终端电阻14的电阻值与F/B比之间的关系的特性图。图中表明，当终端电阻14为650欧时，得到的F/B比为23dB。所使用的无线电波的频率为315MHz。应当指出，F/B比指示当无线电波的入射方向与通过第一线路11传播的无线电波的行进矢量V2的方向相同时的接收电功率F与当无线电波的入射方向与所述行进矢量V2的方向相反时的接收电功率B之比。接着，图5A至图5D示出了当根据本实施方式的天线装置用线状天线10、20、30和 40中选定的一个接收无线电波同时所有终端电阻都设定为700欧且频率设定在315MHz时的指向特性。如图5A所示，其从受电点到终端电阻的方向为正y方向的线状天线10表现出在正y方向上的指向性。如图5B所示，其从受电点到终端电阻的方向为负y方向的线状天线20表现出在负y方向上的指向性。如图5C所示，其从受电点到终端电阻的方向为负χ 方向的线状天线30表现出在负χ方向上的指向性。如图5D所示，其从受电点到终端电阻的方向为正χ方向的线状天线40表现出在正χ方向上的指向性。因为各个线状天线具有上述指向性，所以根据第一实施方式的天线装置能够准确地检测来自正χ方向、负χ方向、 正y方向和负y方向的无线电波。因此，该天线装置可适用于通过接收从嵌入在轮胎中的传感器发射的无线电波来检测胎压的系统。另外，图6示出了当布置在y方向上的线状天线10和20被使用并且接收到的输出然后被组合时的指向性特性。在这种情况下，接收天线装置没有指向性。在上述实施方式中，接收天线装置具有各自具有受电点13的线状天线。然而，发射天线装置可以构造成使得各自具有供电点13而不是受电点13的线状天线被使得。在上述实施方式中，第二线路12、22、32和42分别平行于第一线路11、21、31和 41。不同地，如图7所示，四个第二线路中的每一个都可以由通过被线状天线共享的金属板 (平面导体)55形成的镜像形成。在这种情况下，金属板55还用作无线电波反射板，并且能够增大接收电功率和发射电功率。如图8所示，线状天线10、20、30和40可以呈放射状地布置，使得终端电阻14、24、 34和44围绕受电点13、23、33和43布置在外侧上。第一线路、第二线路、受电点、终端电阻等的构型类似于图1中示出的第一实施方式的那些构型，并且相同的附图标记指示相同的部件。同样，在这种情况下，可以设置对无线电波进行反射的反射板，并且每个第二线路可以由被线状天线共享的金属板形成。另外，同样可行的是，如图9A和图9B所示，将布置在y轴方向上的线状天线10和 20靠近彼此定位同时使其电绝缘，将布置在χ轴方向上的线状天线30和40靠近彼此定位同时使其电绝缘，然后将线状天线10和20构成的组与线状天线30和40构成的组相互垂直地布置。第一线路、第二线路、受电点、终端电阻等的构型类似于图1中示出的第一实施方式的那些构型，并且相同的附图标记指示相同的部件。同样，在这种情况下，可以设置对无线电波进行反射的反射板。另外，同样可行的是，第一线路和被线状天线共享且平行于第一线路设置的金属板构成相应的天线，然后由第一线路的通过共享金属板形成的镜像形成第二线路。另外，同样可行的是，将布置在y轴方向上的线状天线10和20布置在ζ轴方向上的上侧，然后而将布置在χ轴方向上的线状天线30和40布置在ζ轴方向上的下侧。同样，在这种情况下，可以设置对无线电波进行反射的反射板，并且每个第二线路可以由第一线路的通过共享金属板形成的镜像形成。在上述实施方式中，当所使用的无线电波的波长为λ时，理想地，Ll长于或等于λ/10且短于或等于λ。另外，理想地，Ll长于或等于两倍的L2且短于或等于三倍的L2。此外，理想地，D长于或等于λ/20且短于或等于λ/10。通过根据上述实施方式和替代实施方式的构型，可以使用仅一对第一线路和第二线路(一个线状天线)来构成天线装置。
权利要求
1.一种发射或接收无线电波的天线装置，包括 第一线路；平行于所述第一线路的第二线路；供电/受电点，所述供电/受电点设置在所述第一线路和第二线路的近端部处；以及终端电阻，所述终端电阻设置在所述第一线路和第二线路的远端部处。
2.如权利要求1所述的天线装置，其中，所述第一线路的长度小于或等于所使用的无线电波的波长且大于或等于所使用的所述无线电波的波长的十分之一。
3.如权利要求1或2所述的天线装置，其中，所述第一线路与所述第二线路之间的间隔小于或等于所述第一线路的长度的一半且大于或等于所述第一线路的长度的三分之一。
4.一种发射或接收无线电波的天线装置，包括 四个线状天线，其中，所述线状天线中的每个均包括 第一线路；平行于所述第一线路的第二线路；供电/受电点，所述供电/受电点设置在所述第一线路和所述第二线路的近端部处；以及终端电阻，所述终端电阻设置在所述第一线路和第二线路的远端部处，其中， 由相向的一对所述线状天线形成的第一天线组布置成使得各个所述线状天线的从所述供电/受电点指向所述终端电阻的定向矢量彼此反平行，由相向的另一对所述线状天线形成的第二天线组布置成使得各个所述线状天线的所述定向矢量彼此反平行，并且所述第一天线组和所述第二天线组布置成使得所述第一天线组的所述线状天线中的一个的所述定向矢量与所述第二天线组的所述线状天线中的一个的所述定向矢量不平行。
5.如权利要求4所述的天线装置，其中，每个第一线路的长度均小于或等于所使用的无线电波的波长且大于或等于所使用的所述无线电波的波长的十分之一。
6.如权利要求4或5所述的天线装置，其中，所述第一线路中的每个与所述第二线路中相应的一个之间的间隔小于或等于每个第一线路的长度的一半且大于或等于每个第一线路的长度的三分之一。
7.如权利要求4至6中任一项所述的天线装置，其中，所述第一天线组的所述线状天线中的一个的所述定向矢量与所述第二天线组的所述线状天线中的一个的所述定向矢量之间所成的角度大于或等于45度且小于或等于135度。
8.如权利要求4至7中任一项所述的天线装置，其中， 所述四个线状天线布置在同一平面上。
9.如权利要求4至7中任一项所述的天线装置，其中， 所述第一天线组和所述第二天线组彼此叠置。
10.如权利要求4至9中任一项所述的天线装置，其中，所述四个线状天线布置为形成正方形、菱形、长方形和平行四边形中的任一种。
11.如权利要求4至9中任一项所述的天线装置，其中， 所述四个线状天线呈放射状地布置。
12.如权利要求1至11中任一项所述的天线装置，其中，每个第二线路是相应的所述第一线路的通过平面导体形成的镜像。
13.如权利要求1至11中任一项所述的天线装置，进一步包括 对入射无线电波进行反射的反射板。
14.如权利要求13所述的天线装置，其中，每个第二线路与所述反射板之间的间隔均大于或等于所使用的天线电波的波长的十分之一且小于或等于所使用的所述天线电波的波长的十分之一。
全文摘要
本发明提供了一种发射或接收无线电波的天线装置，该天线装置包括第一线路(11)；平行于第一线路(11)的第二线路(12)；供电/受电点(13)，该供电/受电点(13)设置在第一线路(11)和第二线路(12)的近端部处；以及终端电阻(14)，该终端电阻(14)设置在第一线路(11)和第二线路(12)的远端部处。
文档编号H01Q21/28GK102379064SQ201080015153
公开日2012年3月14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