天线装置的制作方法

本申请以通过参照而在本申请中引用该公开内容的、2016年2月26日申请的日本专利申请2016－035988为基础。

本公开涉及具有平板结构的天线装置。

背景技术

以往，如专利文献1所公开那样，有一种天线装置，具备：作为地线发挥作用的平板状的金属导体(以下，底板)；以与该接地板对置的方式配置并且在任意的位置设置有馈电点的平板状的金属导体(以下，贴片部)；以及使底板和贴片部电连接的短路部。

在这种天线装置中，使形成在底板与贴片部之间的静电电容和短路部具备的电感在与该静电电容和电感对应的频率中产生并联谐振。形成在底板与贴片部之间的静电电容根据贴片部的面积而确定。因此，能够通过调整贴片部的面积而使该天线装置中成为收发的对象的频率(以下，对象频率)设为所希望的频率。

此外，在专利文献1中公开了配置多个具备贴片部以及短路部的贴片单元的结构。通过设置多个贴片单元，能够使天线装置以多个频率工作。

专利文献1:美国专利第7911386号公报

近年来，面向移动电话的无线通信标准的频带多样化，伴随于此，在天线装置中要求使动作频带宽带化。根据天线装置专利文献1的结构，通过配置多个贴片单元，能够以多个离散的频率使天线装置动作。然而，并不会使动作频带本身宽带化。此外，此处的动作频带是指能够使用于信号的收发的频带。

技术实现要素：

在本公开中，可以提供能够在更宽的频带使用的天线装置。

本公开具备：底板，是平板状的导体部件；贴片部，是以与底板对置的方式隔开规定间隔并平行地设置的平板状的导体部件；多个短路部，将贴片部和底板电连接；以及环部，是以与贴片部的外边缘部具有规定间隔的方式被配置在与底板平行的平面内的环状的导体部件，与供电线电连接的馈电点被设置在环部中，贴片部的面积成为形成在规定对象频率中与短路部提供的电感产生并联谐振的静电电容的面积。

在以上的结构中，贴片部的面积成为形成与短路部提供的电感在对象频率中并联谐振的静电电容的面积。因此，通过在对象频率中电感和静电电容之间的能量交换而产生并联谐振，在底板与贴片部之间产生与底板以及贴片部垂直的电场。该垂直电场从短路部朝向贴片部的外边缘部传播，在贴片部的外边缘部中，垂直电场成为垂直偏振波电场，并向空间放射。此外，经由环部对贴片部供给电流。

因此，具有以上的结构的天线装置能够发送对象频率的电波，其指向性针对与底板平行的平面的全部方位具有同程度的增益。另外，从收发的可逆性来看，根据上述结构，能够接收对象频率的电波。

另外，上述的天线装置具备多个短路部。多个短路部发挥作用，以在对象频率附近的频率中将贴片部虚拟地分割为多个区域。结果在对象频率附近的某个频率中，通过贴片部的一部分的区域提供的静电电容产生并联谐振。换句话说，根据以上的结构，即使在位于对象频率附近的频率，天线装置也容易进行动作，整体扩大动作频带。换言之，可以在更广泛的频带中使用。

附图说明

图1是天线装置100的外观立体图。

图2是天线装置100的俯视图。

图3是图2所示的iii－iii线中的天线装置100的剖视图。

图4是用于对子贴片部31中的短路部40的配置进行说明的图。

图5是表示对每个频率的vswr进行比较的结果的图表。

图6是天线装置100的俯视图。

图7是图6所示的vii－vii线中的天线装置100的剖视图。

图8是天线装置100的俯视图。

图9是表示对每个频率的vswr进行比较的结果的图表。

图10是表示天线装置100的垂直方向的指向性的图。

图11是表示天线装置100的水平方向的指向性的图。

图12是天线装置100的俯视图。

图13是天线装置100的俯视图。

图14是表示贴片部30的变形例的图。

图15是表示贴片部30的变形例的图。

图16是表示贴片部30的变形例的图。

图17是表示贴片部30的变形例的图。

图18是表示贴片部30的变形例的图。

图19是表示贴片部30的变形例的图。

图20是天线装置100的俯视图。

具体实施方式

以下，使用图对本公开的实施方式进行说明。图1是表示本实施方式所涉及的天线装置100的示意性的结构的一个例子的外观立体图。另外，图2表示天线装置100的俯视图。图3是图2所示的iii－iii线中的天线装置100的剖视图。

该天线装置100构成为收发规定对象频率的电波。当然，作为其它方式，天线装置100可以仅利用于发送和接收的任意一方。对象频率只要适当地设计即可，此处，作为一个例子，设为2650mhz。天线装置100不仅收发对象频率，也能够收发对象频率的前后规定范围内的频率的电波。为了便于说明，以下，将天线装置100能够收发的频率的带域也记载为动作频带。

天线装置100例如经由同轴线缆与无线机连接，天线装置100接收到的信号被依次输出至无线机。另外，天线装置100将从无线机输入的电信号变换为电波并向空间放射。无线机利用天线装置100接收到的信号，并且对该天线装置100供给与发送信号对应的高频电力。

此外，在本实施方式中，假设利用同轴线缆将天线装置100和无线机连接的情况来进行说明，但也可以使用馈线等其它公知的通信线缆(包括电线等)来进行连接。另外，天线装置100和无线机也可以为除了同轴线缆之外还经由公知的匹配电路、滤波电路等而连接的结构。

以下，对天线装置100的具体的结构进行叙述。如图1～3所示，天线装置100具备底板10、支承部20、贴片部30，短路部40、环部50以及供电线路60。

底板10是以铜等导体作为材料的正方形的板(包含薄片)。该底板10与同轴线缆的外部导体电连接，提供天线装置100中的地线电位(换言之接地电位)。此外，底板10只要比贴片部30大即可，其形状并不限于正方形。例如，底板10可以是长方形，也可以是其它的多边形，还可以是圆形(包括椭圆)。当然可以是组合直线部分和曲线部分而成的形状。

支承部20是以树脂等电绝缘材料作为材料的具备规定高度h(参照图3)的板状的部件。支承部20是用于将底板10和板状的贴片部30以隔开规定间隔h且彼此的平面部分对置的方式配置的部件。为了便于说明，在支承部20中，将配置贴片部30的面称为贴片侧面，将配置底板10的面称为底板侧面。

此外，支承部20只要发挥前述的作用即可，支承部20的形状并不限于板状。支承部20可以是将底板10和贴片部30以隔开规定间隔h且对置的方式支承的多个柱。另外，在本实施方式中，设为底板10与贴片部30之间用树脂(即支承部20)填充的结构，但并不限于此。底板10与贴片部30之间也可以为中空或真空，或可以用具有规定介电常数的电介质填充。并且，可以组合以上例示的结构。

贴片部30是以铜等导体作为材料的正六边形的板(包括薄片)。贴片部30以经由支承部20与底板10平行(包括大致平行)的方式对置配置。此外，此处作为一个例子，贴片部30的形状设为正六边形，但作为其它结构，可以为长方形，也可以为长方形以外的形状(例如圆形、八边形等)。贴片部30只要是线对称的形状或者点对称的形状、及以它们为基础的形状即可。此外，以某个形状为基础的形状例如是指使边缘部成为弯曲形状的形状、在边缘部设置有切口的形状、将角部弄圆的形状等。对于贴片部30的形状的变形例，另外后述。

贴片部30和底板10通过相互对置配置而作为形成与贴片部30的面积对应的静电电容的电容器发挥作用。贴片部30的面积设为形成与后述的短路部40形成的电感在对象频率中并联谐振的静电电容的面积。

在本实施方式中，导入虚拟地将贴片部30分割为六个而成的六个子贴片部31的概念来进行处理。多个子贴片部31的每个是指利用将贴片部30的外边缘部30a上的各顶点和贴片部30的中心(以下，贴片中心点)连接的线分割贴片部30而成的各个区域。图1以及图2所示的贴片部30上的虚线表示子贴片部31的分界线。此外，贴片中心点30c相当于贴片部30的重心。特别是，本实施方式中的贴片中心点30c相当于距形成正六边形的各顶点的距离相等的点。

短路部40是与贴片部30和底板10电连接的导电性的部件。短路部40只要由导电性的销(以下称为“短接销”)实现即可。能够根据该短接销的粗细来调整短路部40具备的电感。

短路部40在贴片部30中在多处设置。具体而言，在多个子贴片部31的每个设置短路部40。在子贴片部31中设置短路部40的位置优选如图4所示，从贴片中心点30c朝向子贴片部31的中心(以下，子贴片中心点)31g的直线状配置。

图4是将某个子贴片部31周边部分放大的图。在图4中，省略环部50等的图示。子贴片中心点31g相当于子贴片部31的重心。由于子贴片部31为等腰三角形，所以子贴片中心点31g成为将从贴片中心点31c朝向贴片部30的外边缘部30a的垂直二等分线内分为2：1的点。

只要适当地设计从贴片中心点30c到短路部40的距离即可。通过调整从贴片中心点30c到短路部40的距离，从而能够调整短路部40提供的电感。只要通过根据从贴片中心点30c到短路部40的距离来调整实现短路部40的短接销的粗细从而实现所希望的电感即可。

此外，短路部40未必需要配置在从贴片中心点30c朝向子贴片中心点31g的直线(以下，子贴片中心线)上。若配置在子贴片中心线上以外的位置，则产生与从子贴片中心线的偏移量对应的指向性的偏向。在指向性的偏向落入规定的允许范围内的范围中，可以在从子贴片中心线偏移的位置配置短路部40。

环部50是环状的导体部件。环部50在支承部20的贴片侧面中以与贴片部30的外边缘部30a具有规定间隔d1的方式形成。环部50的周长被设计为成为对象频率的电波的波长(以下，对象波长)的整数倍。间隔d只要相对于对象波长足够小即可，具体的值只要通过模拟或试验(以下，试验等)而适当地决定即可。优选间隔d至少为对象波长的50分之1以下。环部50的宽度也只要相对于对象波长足够小即可，其具体的值只要适当地设计即可。

此外，环部50的周长可以作为电的长度(所谓的有效长度)来看待。电的长度是指受到支承部20具备的介电常数的影响等而决定的以电波为角度的长度。

供电线路60是为了对环部50进行供电而设置在支承部20的贴片侧面的微带线路。供电线路60的一端与同轴线缆的内部导体电连接，另一端以与环部50电磁耦合的方式形成于贴片侧面。从供电线路60输入的电流经由环部50向贴片部30传播，使贴片部30激励。

此外，若环部50与贴片部30的间隔d相对于对象波长过大，则从环部50流入贴片部30的电流减少，作为天线装置100的性能(例如增益等)劣化。因此，优选间隔d如前述那样设为对象波长的50分之1以下。

以下，为了便于说明，将供电线路60中环部50侧的端部称为环侧端部。在环部50中，与环侧端部最近的点作为馈电点51发挥作用。发明人通过试验等，确认出若在外边缘部30a上，且在与子贴片中心线交叉的点(以下，外缘中间点)设置馈电点51，则贴片部30不会较好地激励，但另一方面，只要是外缘中间点以外就能够实现所希望的性能。因此，馈电点51只要设置在外缘中间点以外的位置即可。

尤其是在本实施方式中，作为更优选的方式，以馈电点51处于子贴片部31的分界线附近的方式形成供电线路60。是为了使来自供电线路60的电流流入多个子贴片部31。

以上所述的天线装置100例如在车辆等移动体中使用。在车辆中使用该天线装置100的情况下，在车辆的车厢顶部中，只要设置为底板10大致水平，从底板10朝向贴片部30的方向与天顶方向大致一致即可。

上述的天线装置100只要例如按照以下的步骤设计即可。首先，根据贴片部30应形成的静电电容来临时决定贴片部30的平面形状(也包括大小)。接下来，基于临时决定的贴片部30的形状来设计环部50，计算周长。而且，修正环部50的大小(例如内径等)以便周长成为对象波长的整数倍，并修正贴片部30的形状以便形成所希望的间隔d。

而且，根据修正后的贴片部30的面积来决定短路部40的粗细或位置。如果贴片部30的面积确定，则贴片部30形成的静电电容也确定，因此短路部40应形成的电感也确定。短路部40应形成的电感是与贴片部30形成的静电电容在对象频率中使并联谐振产生的值。通过这样的步骤，能够制造上述天线装置100。

接下来，对该天线装置100的动作进行说明。天线装置100发送电波时的工作、和接收电波时的工作相互具有可逆性。因此，此处，作为一个例子，对在各动作模式中放射电波时的工作进行说明，省略有关接收电波时的工作的说明。

如前述那样，贴片部30通过短路部40而与底板10短路，且贴片部30的面积成为形成与短路部40提供的电感在对象频率中进行并联谐振的静电电容的面积。因此，通过电感与静电电容之间的能量交换而产生并联谐振，在底板10与贴片部30之间产生与底板10以及贴片部30垂直的电场。

在天线装置100中，由于短路部40被配置在以贴片中心点30c为基准而具有对称性的位置，所以在从贴片中心点30c观察时，电场的前进方向在任何的区域中都为同一方向(例如从贴片中心点30c朝向外边缘部30a的方向)。另外，其强度在短路部附近为0，在外边缘部30a为最大。

换句话说，在底板10与贴片部30之间产生的电场的强度随着从短路部40朝向贴片部30的外边缘部30a而变大。换言之，垂直电场从短路部40向贴片部30的外边缘部30a传播。而且，垂直电场在外边缘部30a中成为垂直偏振波，并向空间放射。

即，天线装置100在从贴片中心点30c朝向边缘部的全部方向上具有垂直偏振波的指向性。因此，在以水平的方式配置底板10的情况下，天线装置100针对水平方向具有指向性。另外，由于电场的传播方向相对于贴片中心点30c对称，所以针对水平方向全部方位具有同程度的增益。

图5是将本实施方式的天线装置100的每个频率的电压驻波比(vswr：voltagestandingwaveratio)与比较结构的vswr进行比较来表示的图表。此处的比较结构是指从本实施方式的天线装置100除去环部50的结构，其它结构(例如贴片部30的尺寸等)相同。

如图5所示，在比较结构中，动作频带为2.7％，而根据本实施方式的结构，动作频带为4.1％。换句话说，根据本实施方式的结构，能够扩大动作频带。此外，此处的视为动作频带的范围是指vswr为3以下的频带。是因为一般vswr为3以下的范围大多被视为可实用的频率。

另外，上述的天线装置100是以与专利文献1所公开的天线装置同样的原理进行动作的天线装置(换句话说并联谐振系的天线装置)，所以与串联谐振系的天线装置(例如单极天线)相比，能够抑制高度(换言之变薄)。即，根据上述的实施方式，能够兼得天线装置的轻薄化和宽频带化。

此外，通过设置环部50而能够扩展动作频带的理由如下那样推测。通过在贴片部30设置多个短路部40，贴片部30被虚拟地分割为多个区域(换句话说，子贴片部31)。

结果在某个频率中，较难激励与馈电点51相对远的子贴片部31，在贴片部30中，电场分布的区域减少。换言之，在某个频率中，与馈电点51比较近的多个子贴片部31结合，作为一个贴片部发挥作用。当然，一部分的子贴片部31结合而成的区域的面积比原来的贴片部30的面积小，所以有助于并联激励的静电电容减少，以偏移对象频率的频率并联谐振。

此处，如比较结构那样不借助环部50而在贴片部30的外边缘部30a设置馈电点的情况下，向贴片部30流入相对强的电流，所以子贴片部31彼此的电磁耦合以相对紧密的方式作用，在从对象频率偏移的频率下难以激励。另一方面，在本实施方式中，来自供电线路60的电流被分散而流入贴片部30。结果与比较结构相比，子贴片部31彼此的耦合相对稀疏，即便是从对象频率偏移的频率也容易激励。

当然，由于担当向贴片部30供给电流的作用的环部50被配置在全部子贴片部31的外侧，所以在全部子贴片部31耦合的状态下也进行动作。换句话说，也以与贴片部30的面积对应的频率进行动作。此外，此处的子贴片部31彼此耦合而成的区域是指分布比较强的电场的区域。

此外，可以认为环部50有助于在作为传送线路而向多个子贴片部31供电时，使邻接的子贴片部31间的相位差调整为同相，或适当地对各子贴片部31给予相位差以使贴片部30整体的放射增益提高。

以上，对本公开的实施方式进行了说明，但本公开并不限于上述的实施方式，以下所述的各种变形例也包含在本公开的技术范围中，并且，在下述以外也能够在不脱离要旨的范围内进行各种变更并实施。

此外，对于具有与前述的实施方式所述的部件相同的功能的部件，可以附加同一符号，省略其说明。另外，在仅提及结构的一部分的情况下，对于其它部分，能够应用先前所说明的实施方式的结构。

[变形例1]

在前述的实施方式中，例示出将环部50设置于与贴片部30同一平面上的方式，但并不限于此。例如，环部50只要被配置为在与贴片部30平行的平面上与贴片部30的外边缘部30a形成规定间隔d即可。图6以及图7是作为该变形例1公开的思想所对应的结构的一个例子，示出将环部50设置在被贴片部30和底板10夹着的平面上的结构。

此外，在图6以及图7中，示出以在俯视观察时位于比外边缘部30a靠内侧(换言之，贴片中心点30c侧)的方式形成环部50的例子，但并不限于此。环部50也可以以在俯视观察时位于比外边缘部30a靠外侧的方式形成。另外，在图6以及图7中，例示出将环部50配置于比贴片部30靠底板10侧的平面上的方式，但并不限于此。环部50也可以配置在从贴片部30观察不存在底板10的一侧的平面上。换句话说，环部50可以配置在比贴片部30靠上侧。

但是，环部50和贴片部30需要电磁强耦合。因此，优选环部50设置于设置有贴片部30的平面内，或者它们处于足够近到强耦合程度的位置的平行的平面内。

[变形例2]

如图8所示，在贴片部30中，可以在子贴片部31的分界线上设置从外边缘部30a朝向贴片中心点30c延伸的切口即狭缝部70。将这样的结构设为变形例2。

狭缝部70的一端与环部50和贴片部30的间隙连接。为了便于说明，将狭缝部70中位于贴片中心点侧的端部称为中心侧端部。狭缝部70的长度是任意的。但是，在该变形例2的结构中，优选中心侧端部与贴片中心点的距离设为对象波长的100分之1以上，以使各子贴片部31不与其它子贴片部31物理断开。由此，在贴片中心点附近将各子贴片部31连接。

图9是用于说明设置狭缝部70所带来的效果的图，是表示采用了变形例2、实施方式、比较结构的各个结构的天线装置中的每个频率的vswr的图表。图中的虚线表示比较结构中的vswr，点划线表示实施方式中的vswr，实线表示变形例2中的vswr。

如图9所示，根据变形例2的结构，能够比实施方式进一步扩展动作频带。具体而言，能够以相对于比较结构为2倍以上的频带进行动作。推测这是因为通过在子贴片部31的分界线上设置狭缝部70，子贴片部31彼此的耦合与实施方式相比变得稀疏，通过频率进行动作的子贴片部31的组合容易变得不同。

图10示出变形例2的天线装置100的垂直方向的指向性，图11表示水平方向的指向性。每个图中的虚线表示比较结构的指向性，实线表示变形例2的结构的指向性。

如图10以及图11所示，获得与比较结构同等的、水平面无指向性的垂直偏振波放射。此外，此处的垂直方向是指从底板10朝向贴片部30的方向，水平方向是指从贴片中心部朝向外边缘部30a的方向。表示实施方式的结构中的指向性的图省略，但在实施方式中也获得与比较结构同等的水平面无指向性的垂直偏振波放射。

[变形例3]

如图12所示，在变形例2中导入的狭缝部70的中心线上可以设置从环部50朝向贴片中心点30c延伸的线状的导体部件(以下，线状部件)80。此外，狭缝部70的中心线相当于子贴片部31的分界线。即，是与狭缝部70的长边方向平行、且将狭缝部70的宽度一分为二的线。

线状部件80在狭缝部70的中心线上以一端与环部50连接、另一端在贴片中心点附近与贴片部30连接的方式形成。换句话说，线状部件80将成为贴片部30的贴片中心点附近的区域和环部50电连接，并且担当减弱子贴片部31间的电容耦合的作用。流入到环部50的电流不仅是环部50也从线状部件80向子贴片部31流入。

换句话说，根据该变形例3的结构，来自馈电点51的电流容易向子贴片部31供给。因此，与实施方式相比，能够增大环部50与贴片部30的间隔d的上限值。换言之，能够缓和对环部50与贴片部30的间隔d的制约。

[变形例4]

图13是变形例3的又一变形例，示出使狭缝部70延长到与其它狭缝部70连接为止，并使子贴片部31与其它子贴片部31断开的结构。即，实体分割贴片部30而成每个区域作为子贴片部31发挥作用。

在狭缝部70的内部设置线状部件80的情况下，如图13所示，即使使子贴片部31与其它子贴片部31断开，也与前述的变形例2等同样地工作。

[变形例5]

在上述的实施方式、各种的变形例中，示出将贴片部30的平面形状设为正六边形的方式，但并不限于此。如图14～图18所示，能够采用各种形状。另外，伴随于此，子贴片部31也能够采用各种形状。此外，在图14～图18中省略底板10的图示。

图14示出将贴片部30的平面形状设为正方形，利用正方形的对角线将贴片部30分割为四个子贴片部31使用的结构。图15示出将贴片部30的平面形状设为正五边形，利用从正五边形的中心朝向各顶点的线将贴片部30分割为五个子贴片部31使用的结构。

图16示出将贴片部30的平面形状设为正十二边形，利用从正十二边形的中心朝向各顶点的线将贴片部30分割为12个子贴片部31使用的结构。图17示出将贴片部30的平面形状设为圆形，利用通过圆的中心的直线将贴片部30分割为同一尺寸的六个子贴片部31使用的结构。

图18示出将贴片部30的平面形状设为正八边形，利用从正八边形的中心朝向外边缘部30a的直线将贴片部30分割为同一尺寸的四个子贴片部31使用的结构。

在任一结构中，贴片部30都成为与以贴片中心点30c为对称中心的点对称的形状、以及以通过贴片中心点30c的直线为对称轴的线对称的形状的至少任意一方相符的形状。此外，贴片部30的形状并不限于上述的形状。例如，可以是椭圆形等。贴片部30的形状能够采用各种形状。伴随于此，环部50的形状也能够采用各种形状。但是，贴片部30与环部50的间隔d满足前述的条件。

另外，多个子贴片部31的形状未必需要全部为同一形状。只要形成为在以通过贴片中心点30c的直线为轴而线对称的位置，或者以贴片中心点30c为对称中心而点对称的位置存在其它子贴片部31即可。例如如图19所示，也可以设定各自大小不同的两组子贴片部31。

此外，图14～图18都例示出与变形例2同样地设置狭缝部70的结构，但也可以与实施方式同样地不设置狭缝部70。并且，也可以如变形例3那样设为具备线状部件80的结构。

另外，以上例示出各种形状以及分割数，但发明人通过试验等得到如下的见解：优选贴片部30分割为5个以上的子贴片部31，以使天线装置100的动作频带比比较结构宽频带化。推测是因为子贴片部31的个数为4个以下时，分割数相对小，所以子贴片部31彼此的耦合较强，在贴片部30中不易形成动作区域。

[变形例6]

如图20所示，贴片部30的外边缘部30a可以设为弯曲形状。另外，也可以设为波形。环部50只要以隔开规定间隔d与外边缘部30a对置的方式形成即可。

[其它变形例]

以上，例示出将天线装置100设为不平衡供电型的天线装置的方式，但并不限于此。也可以通过使底板10成为与贴片部30相同的形状，从而作为平衡供电型天线进行动作。

另外，以上，例示出通过供电线路60和环部50的电磁耦合(主要为电容耦合)来对环部50以及贴片部30进行供电的方式，但并不限于此。作为供电方式，可以采用直接连结供电方式。并且，以上例示出将环部50的周长设为对象波长的整数倍的方式，但也可以形成为环部50的周长为对象波长的一半的整数倍。