專利名稱：由在水平和天頂方向具有指向性的天線組成的緊湊式組合天線的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種組合天線，它由在預(yù)定方向具有指向性的第一天線、作為第一天線接地的接地板和在水平方向具有指向性的第二天線組成。
背景技術(shù)：
在已有技術(shù)中，存在多個天線共享一個公用接地板的組合式天線的實例，例如在已公布的日本專利文件2003-168917中描述的實例。然而，這種現(xiàn)有技術(shù)類型的組合天線，每一個子天線在子午線方向具有指向性，即具有大約90°仰角，因此每一個天線可以利用一個單獨的接地板作為公用接地。近些年，隨著無線通訊技術(shù)的發(fā)展，要求組合天線能夠?qū)⒃谧游缇€方向具有指向性的天線和在水平方向具有指向性的天線(即具有0°仰角)組合在一起。
在這類組合天線中，如果一個逆傅立葉天線被用作在水平方向具有指向性的天線，那么組合天線就能獲得符合要求的薄的外形。然而逆傅立葉天線是必須使用接地板的一種天線，按照運行頻帶要有適當(dāng)?shù)某叽纭Ｈ绻粋€接地板由逆傅立葉天線和在子午線方向具有指向性的天線共同使用，就不能獲得令人滿意的運行。這是由于(這些天線運行的各自波長總是具有類似的數(shù)量級)適用于在子午線方向具有指向性的天線的接地板的橫向尺寸將比逆傅立葉天線所處理的無線電波的波長小，即，接地板沒有足夠的尺寸用于逆傅立葉天線的圓滿運行。結(jié)果，逆傅立葉天線指向圖的峰值將受接地板影響，以至方向偏離水平方向這樣，就不可能提供一個逆傅立葉天線和在子午線方向具有指向性且使用接地板的天線的圓滿組合。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是通過提供一種組合天線克服現(xiàn)有技術(shù)的上述問題，組合天線具有包括在水平方向具有指向性的天線的多個天線，以此每個天線都能獲得符合要求的性能，并且組合天線獲得緊湊的尺寸和薄的外形。
要達到上述目的，根據(jù)第一方面，本發(fā)明提供一種組合天線，它由在預(yù)定方向具有指向性的第一天線、作為第一天線接地的接地板和在水平方向具有指向性的第二天線組成，第二天線具有改進型折疊偶極天線的結(jié)構(gòu)。具體是，第二天線由具有相對的末端部分的單個元件組成，每一個末端部分都設(shè)計為折疊結(jié)構(gòu)，每一個折疊結(jié)構(gòu)具有一對相互平行定向的橫向延伸部分，折疊結(jié)構(gòu)的各自的一對橫向延伸部分布置成相互平行并且間隔固定距離，并且至少一部分橫向延伸部分定向成平行于接地板。這種組合天線的特點是在第一天線和第二天線之間建立了位置關(guān)系，使得接地板的至少一部分是位于前面所述的折疊結(jié)構(gòu)之間，即，位于第一天線內(nèi)部。
這樣，由于偶極天線是不需要使用接地板的一類天線，并且不受接地板存在的影響，改進型折疊偶極天線即第二天線能在水平方向上獲得符合要求的指向性，同時由于一部分接地板被插入了改進型折疊偶極天線的內(nèi)部，使得組合天線的水平尺寸減小。另外，由于偶極天線的改進型折疊結(jié)構(gòu)，組合天線能獲得薄的外形，即，組合天線的垂直尺寸也能被減小。
另外，改進型折疊偶極天線具有低阻抗值的優(yōu)點，這與同軸電纜的特性阻抗相匹配。這樣就不需要提供一個阻抗匹配電路用于連接同軸電纜和第二天線(即，為了從天線有效的傳送接收信號功率或有效供給傳輸功率到天線)，以便使天線獲得最佳特性。
根據(jù)第二方面，使同軸電纜被連接到第二天線，同軸電纜的內(nèi)層導(dǎo)體被連接到第二天線并且同軸電纜的外層導(dǎo)體被連接到接地板。那就是說，同軸電纜的外層導(dǎo)體能被固定連接到接地板上，因而確保第二天線相對于接地板的位置和取向被固定確定，不需要使用附加的結(jié)構(gòu)元件。
根據(jù)第三方面，本發(fā)明提供一種組合天線，它由在預(yù)定方向具有指向性的第一天線、作為第一天線接地的接地板和在水平方向具有指向性并且采用折疊偶極結(jié)構(gòu)的第二天線組成。具體是，第二天線由一對元件組成，元件具有相對布置、間隔固定距離、并定向成平行于接地板的相應(yīng)部分。組合天線的特征是，接地板的至少一部分被設(shè)置在前面所述的第二天線的元件的一對相對部分之間，即，被插入第二天線內(nèi)部。
這樣的組合天線，按照前面第一方面所描述的天線的同樣方式，對第二天線可獲得水平方向的符合要求的指向圖， 同時由于一部分接地板被插入到第二天線的結(jié)構(gòu)內(nèi)部，組合天線的水平尺寸能最小化，并且由于第二天線使用改進型偶極結(jié)構(gòu)，組合天線能獲得薄的外形。因而，整個組合天線在垂直和水平都能具有小的尺寸，因而體積小巧緊湊。
本發(fā)明的另一方面是，在天頂方向具有指向性的第一天線安裝在接地板上的大體中心位置。這就使得不僅對于第二天線而且對于第一天線也能獲得一個符合要求的指向圖。
原因如下。如果第一天線位于接地板的周邊附近，那么(在傳輸時)天線產(chǎn)生的電場不能均勻地入射到接地板上，這樣第一天線的電場將被不均勻發(fā)射。在一些情況下，電場可能被旋轉(zhuǎn)到接地板的背面，那么該天線指向圖的峰值(即，最大天線增益的方向)將偏離天頂方向。類似地，在接收運行中，不能實現(xiàn)最佳天線增益。然而，如果第一天線位于接地板的中心或附近，那么天線發(fā)射的電場將被均勻的入射到接地板上，因而，指向圖的峰值就會近似沿著天頂方向定向，因此，第一天線就能獲得令人滿意的性能。
本發(fā)明的組合天線適用于如作為GPS(全球定位系統(tǒng))天線、或作為VICS(車輛信息和通訊系統(tǒng))天線，而第二天線適用于如作為移動電話天線。那么這樣的天線適用于作為裝備有GPS接收機或VICS接收機和移動電話裝置的車輛的車載天線。


圖1是組合天線第一個實施例的總體構(gòu)造的斜視圖，它包括一個改進型折疊偶極天線；圖2是顯示改進型折疊偶極天線的指向圖實例的示意圖；
圖3是包括一個改進型折疊偶極天線的組合天線的第二個實施例的總體構(gòu)造的斜視圖；圖4是顯示當(dāng)只有同軸電纜的中心導(dǎo)線被連接到天線上時改進型折疊偶極天線的指向圖實例的示意圖；以及圖5是組合天線第三個實施例的總體構(gòu)造的斜視圖，它包括一個改進型折疊偶極天線。
具體實施例方式
下面描述第一個實施例，它是適用于作為車載天線的組合天線。參照圖1和2，圖1是顯示組合天線的總體構(gòu)造的斜視圖，以標號1表示。如圖所示，它由在天頂方向(即，90°仰角方向，對應(yīng)于圖1所示的Z方向)具有指向性的接線天線2、在水平方向(即，0°仰角方向，對應(yīng)于圖1所示的X-Y方向平面)具有指向性的改進型折疊偶極天線3和接地板4組成。
接線天線2由發(fā)射元件5組成，發(fā)射元件5是安裝在絕緣體6上的一個金屬板，絕緣體6被安裝在接地板4上表面的中心。絕緣體6由合成樹脂一類的材料構(gòu)成。
接線天線2可以是例如GPS(全球定位系統(tǒng))天線，用于接收從GPS系統(tǒng)的衛(wèi)星傳輸?shù)臒o線電波，或是用于接收從服務(wù)中心傳輸?shù)腣ICS無線電波的VICS(車輛信息和通訊系統(tǒng))天線。改進型折疊偶極天線3被安裝成，使其一側(cè)緊靠著接地板4的一個邊緣延伸(即，如圖1所示，天線3的左側(cè)緊靠著接地板4的左側(cè)邊緣延伸)。改進型折疊偶極天線3可以是例如移動電話天線，用于接收800MHz波段的無線電波。
改進型折疊偶極天線3在下文中將更加詳細的描述。這是一種傳輸線型天線，由單個元件構(gòu)成，該元件在其一端形成具有折疊結(jié)構(gòu)11的一部分，該結(jié)構(gòu)具有兩個基本上相互平行的、位于接地板4上表面的上方并且平行于上表面的橫向延伸部分9和10，如圖1所示。構(gòu)成改進型折疊偶極天線3的元件的另一端的一部分形成有折疊結(jié)構(gòu)14，該結(jié)構(gòu)具有與折疊結(jié)構(gòu)11相應(yīng)的結(jié)構(gòu)，即，有兩個相互平行的、位于接地板4下表面的下方并且平行于下表面的橫向延伸部分12和13。橫向延伸部分9，10，12和13分別與接地板4間隔相同的固定距離，即，上方折疊結(jié)構(gòu)11的一對橫向延伸部分9，10和下方折疊結(jié)構(gòu)14的一對橫向延伸部分12，13間具有固定間隔，接地板4的一部分位于上、下兩對橫向延伸部分的正中間。
構(gòu)成改進型折疊偶極天線3的單個元件形成有如圖所示的四個角部15，16，17和18，每個角部都設(shè)置成平行于接地板4。因此，改進型折疊偶極天線3的位于角部16，18之間的垂直延伸部分連接橫向延伸部分10和13，同時改進型折疊偶極天線3的垂直取向的一部分從角部15和17分別向下和向上伸展，即，分別位于橫向延伸部分9和12的末端，并且在其頂端9a，12a相互間隔固定距離。
在用于接收800MHz波段無線電波的移動電話天線的情況下，從橫向延伸部分9的最外邊緣9a到折疊結(jié)構(gòu)11中心的距離(圖1中該距離被標為L1)、相對應(yīng)的從橫向延伸部分12的最外邊緣12a到折疊結(jié)構(gòu)11中心的距離、和從折疊結(jié)構(gòu)11的中心到天線元件本身中心的距離(圖1中被標為L2)每一個都等于800MHz無線電波的波長的1/4。這樣，改進型折疊偶極天線3的總長度(更具體地是，構(gòu)成改進型折疊偶極天線3的單個元件的總長度)等于800MHz無線電波的波長。
同軸電纜19的中心導(dǎo)線19a被連接到天線元件的一端，即，被連接到如圖1所示的橫向延伸部分9的頂端9a，同時，同軸電纜19的外層導(dǎo)體19b被連接到天線元件的另一端，即，被連接到所示的橫向延伸部分12的頂端12a。
改進型折疊偶極天線3和接地板4之間的位置關(guān)系將在下文描述。接地板4被安裝為有一部分插入下方一對橫向延伸部分12，13和上方一對橫向延伸部分9，10之間，這樣，接地板4與上方一對橫向延伸部分9，10之間的距離(圖1中D1)和接地板4與下方一對橫向延伸部分12，13之間的距離(圖1中D2)基本相等。為了便于接地板4插入上方一對橫向延伸部分9，10和下方一對橫向延伸部分12，13之間，在接地板4上形成一個切口部分4a。
在改進型折疊偶極天線3的內(nèi)部安裝一部分接地板4的原因如下。在如圖1所示接地板插入改進型偶極天線內(nèi)部的情況下、和接地板不插入的情況下，本發(fā)明的受讓人測量了如所述改進型折疊偶極天線3同樣構(gòu)造的天線的指向圖。圖2顯示了這些測量結(jié)果。如圖所示，當(dāng)接地板插入改進型折疊偶極天線內(nèi)部時，相對于接地板沒有插入時，改進型折疊偶極天線的指向性沒有發(fā)生顯著變化。這樣，不論接地板4是否插入，改進型折疊偶極天線都能獲得令人滿意的性能。
在上述第一個實施例中，組合天線1由在水平方向具有指向性的改進型折疊偶極天線3組成，接地板4的一部分插入改進型折疊偶極天線3內(nèi)部。既然偶極天線不需要使用接地板，接地板4對改進型折疊偶極天線3的指向性就沒有影響，并且改進型折疊偶極天線能保持符合要求的指向性特性，同時改進型折疊偶極天線3的垂直尺寸能變小。另外，由于改進型折疊偶極天線3的內(nèi)部空間被有效利用，組合天線1的總體外形能被做的薄些，另外，組合天線1的總的橫向尺寸能被做的小些，這樣就能獲得緊湊式天線。
而且，由于天線3具有改進型折疊偶極結(jié)構(gòu)，天線3阻抗低，這樣，天線阻抗必然和同軸電纜的阻抗匹配。這樣，就不需要包括任何附加部件去完成改進型折疊偶極天線3和同軸電纜之間的阻抗匹配，以獲得高效的電功率傳輸。
另外，對于上述實施例，具有垂直向上指向性的接線天線2位于接地板4的中心，這樣接線天線2也能獲得符合要求的指向性。
第二實施例將參照圖3和4來描述第二實施例。對應(yīng)于第一實施例的第二實施例的部件分別用相同的標號標出，并且對此的進一步描述將省略。第二實施例與實施例的不同僅在于同軸電纜被連接到改進型折疊偶極天線3的方式。具體是，對于第二實施例，同軸電纜32的中心導(dǎo)線32a被連接到圖3中所示的所述橫向延伸部分9的尖端9a，同時，同軸電纜32的外層導(dǎo)體32b被連接到接地板4。
在同軸電纜的外層導(dǎo)體被連接到改進型折疊偶極天線(即，外層導(dǎo)體內(nèi)層導(dǎo)體如圖3所示連接)的情況下、和同軸電纜的外層導(dǎo)體未被連接到改進型折疊偶極天線的情況下，本發(fā)明的受讓人測量了如所述第二實施例的改進型折疊偶極天線3同樣構(gòu)造的天線的指向圖。圖4顯示了這些測量結(jié)果。如圖所示，不論同軸電纜的外層導(dǎo)體是否被連接到改進型折疊偶極天線，改進型折疊偶極天線的性能沒有發(fā)生顯著變化。
因此，如所述第二實施例，可將同軸電纜32的外層導(dǎo)體32b連接到接地板4。采用這種方法，改進型折疊偶極天線3的同軸電纜就能被固定地連接到接地板4，這樣，改進型折疊偶極天線3相對于接地板4的位置能很容易地被固定地確立。
第三實施例將參照圖5來描述第三實施例。對應(yīng)于第一或第二實施例的第三實施例的部件分別用相同的標號標出，并且對此的進一步描述將省略，僅描述與前面實施例的不同點。
第一和第二實施例的每一個都使用一個改進型折疊偶極天線作為在水平方向具有指向性的天線。對于第三實施例，改進型偶極天線(即，它不包含折疊結(jié)構(gòu))被用作在水平方向具有指向性的天線。具體是，如圖5所示，第三實施例的組合天線41由改進型偶極天線41和接線天線2組成，接線天線2的構(gòu)造與前面的實施例一樣。天線42是一個傳輸線型天線，如圖所示由兩個元件43和44組成。元件43，44每一個都形成有基本平行于接地板4伸展的橫向部分和基本垂直于接地板4伸展的垂直部分。假設(shè)改進型偶極天線42被用來發(fā)射/接收800MHz波段的無線電波，元件43和44每一個的總長度(即，圖5中標為L3)是800MHz無線電波波長的1/4。同軸電纜47的中心導(dǎo)線47a被連接到元件43，同時，同軸電纜47的外層導(dǎo)體47b被連接到元件44。
對于本實施例，與前面實施例相同，接地板4和元件43之間的距離(圖5中標為D3)基本等于接地板4和元件44之間的距離(圖5中標為D4)，即，接地板4被插入到改進型偶極天線42的元件43和44之間大體上正中間的位置。
對于上述使用改進型偶極天線42作為在水平方向具有指向性天線的第三實施例，和前面所述實施例一樣，接地板4的一部分位于改進型偶極天線42內(nèi)部不會顯著影響改進型偶極天線42的指向圖。
更進一步，由于天線42具有改進型偶極結(jié)構(gòu)，組合天線41的總體外形能被做的薄些，另外，組合天線41的總的橫向尺寸能被做的小些，這樣就能獲得緊湊式天線。
替代實施例需要指出的是本發(fā)明不局限于上述實施例。通過對實施例的描述已經(jīng)很清楚，本發(fā)明的基本原理在于它提供一種組合天線，它由在水平方向以外的其他方向具有指向性的第一天線、作為第一天線接地的接地板、和在水平方向具有指向性的第二天線組成。第二天線具有相互之間分隔固定距離的上方和下方臂部(例如第一實施例的折疊結(jié)構(gòu)11和折疊結(jié)構(gòu)14，或第三實施例的元件43和元件44)，并且它們相互之間平行伸展以及平行于接地板，接地板被安裝為至少有一部分位于第二天線的上方和下方臂部之間。因此接地板至少部分被包含在第二天線的結(jié)構(gòu)內(nèi)部，因此組合天線具有緊湊式結(jié)構(gòu)。這樣，除上述實施例外，各種替代結(jié)構(gòu)能被設(shè)想出。
此外，例如，對于所述實施例的下述改變也應(yīng)能被設(shè)想出。首先，對于在天頂方向具有指向性的天線有可能是用于自動車輛通行費支付系統(tǒng)的ETC(電子收費系統(tǒng))天線，而在水平方向具有指向性的天線有可能被用于無線LAN(局域網(wǎng))。
而且，天頂方向具有指向性的天線不必需要將天線直接連接到接地板的結(jié)構(gòu)。這樣的天線能被設(shè)計成天線和接地板之間的距離相等。
替代地，在天頂方向具有指向性的天線可被設(shè)計為通過一個印刷電路板或屏蔽箱被安裝在接地板上的天線。
權(quán)利要求
1.一種組合天線，包括在預(yù)定方向具有指向性的第一天線；作為所述第一天線接地的接地板；和在水平方向具有指向性的第二天線；所述第二天線是由單個元件構(gòu)成的改進型折疊偶極天線，它具有設(shè)計為折疊結(jié)構(gòu)的相應(yīng)末端，每個折疊結(jié)構(gòu)具有一對相互平行的橫向延伸部分，使第一對橫向延伸部分與第二對橫向延伸部分相對布置，并且所述第一對和第二對橫向延伸部分分別平行于所述接地板定向；其中，所述接地板被設(shè)置成使其至少一部分被插入所述相對的第一和第二對橫向延伸部分的至少一部分之間。
2.如權(quán)利要求1所述的組合天線，其特征在于，同軸電纜被連接到所述第二天線，并且所述同軸電纜的內(nèi)層導(dǎo)體被連接到所述第二天線，所述同軸電纜的外層導(dǎo)體被連接到所述接地板。
3.一種組合天線，包括在預(yù)定方向具有指向性的第一天線；作為所述第一天線接地的接地板；和在水平方向具有指向性的第二天線；所述第二天線是由一對元件組成的改進型折疊偶極天線，每一個元件具有平行所述接地板設(shè)置的細長部分，所述細長部分相對地布置、并間隔固定距離；其中，所述接地板被設(shè)置成使其至少一部分被插入所述第二天線的所述一對元件的各自相對的細長部分的至少一部分之間。
4.如權(quán)利要求1所述的組合天線，其特征在于，所述第一天線在天頂方向具有指向性，并且被設(shè)置在所述接地板上的大體中心位置。
5.如權(quán)利要求1所述的組合天線，其特征在于，所述第一天線是GPS(全球定位系統(tǒng))天線，并且所述第二天線是移動電話天線。
6.如權(quán)利1所述的組合天線，其特征在于，所述第一天線是VICS(車輛信息及通訊系統(tǒng))天線，并且所述第二天線是移動電話天線。
7.一種組合天線，包括在預(yù)定方向具有指向性的第一天線、作為所述第一天線接地的接地板、和在水平方向具有指向性的第二天線；所述第二天線具有第一和第二臂部，第一和第二臂部相對地設(shè)置并且分別平行于所述接地板；其中，所述接地板被設(shè)置成使其至少一部分被插入所述相對的臂部的至少一部分之間。
全文摘要
一種組合天線由在天頂方向具有指向性的第一天線、作為第一天線接地的接地板、和在水平方向具有指向性的第二天線組成，第二天線為改進型偶極天線，具有平行于接地板伸展的上方和下方臂部，并且至少一部分接地板被包含于第二天線的這些臂部之間。
文檔編號H01Q9/16GK1667871SQ200510054350
公開日2005年9月14日 申請日期2005年3月10日 優(yōu)先權(quán)日2004年3月11日
發(fā)明者大原克博, 山崎徹, 林昭彥, 三上成信 申請人:株式會社電裝