專利名稱:雙錐天線的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域:
本發(fā)明涉及在寬帶中使用的非定向天線。
背景技術(shù):
近年來(lái),利用超寬帶并可與現(xiàn)有無(wú)線技術(shù)共存,并且能夠?qū)崿F(xiàn)高速寬
帶的無(wú)線通信的UWB (Ultra Wideband,超寬帶)通信受到了廣泛的關(guān)注 (非專利文獻(xiàn)l、非專利文獻(xiàn)2) 。 UWB通信在3.lGHz 10.6GHz的頻帶 中使用寬度僅為lns左右的脈沖。在頻率方面占有數(shù)GHz寬度的非常寬的 頻帶,能夠?qū)崿F(xiàn)高速通信。
另一方面,在UWB通信中,可進(jìn)行通信的距離較短。因此,其被考 慮利用于在計(jì)算機(jī)與外圍設(shè)備之間進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸?shù)臒o(wú)線接口中(參照非專 利文獻(xiàn)3、非專利文獻(xiàn)4)。
在UWB通信所使用的天線中有雙錐天線。在專利文獻(xiàn)1 (日本專利 文獻(xiàn)特開(kāi)2001 — 185942號(hào)公報(bào))和專利文獻(xiàn)2 (日本專利文獻(xiàn)特開(kāi)平9一 8550號(hào)公報(bào))等中公開(kāi)了該雙錐天線的結(jié)構(gòu)等。
如圖11所示,在通常的雙錐天線40中,圓錐臺(tái)形狀的金屬42、 44間 隔間隙G而相對(duì), 一邊為供電部42,另一邊為接地部44。供電部42與同 軸電纜34的中心導(dǎo)體30連接,接地部44與同軸電纜34的屏蔽導(dǎo)體32連 接。在供電部42的側(cè)面(傾斜面)進(jìn)行電磁波的發(fā)射和接收。
當(dāng)將所述雙錐天線利用于通過(guò)UWB通信在計(jì)算機(jī)和外圍設(shè)備之間的 數(shù)據(jù)傳輸中時(shí),需要將雙錐天線安裝在計(jì)算機(jī)上,尤其是安裝到筆記本電 腦上時(shí),對(duì)雙錐天線的小型化的要求非常高。
但就雙錐天線的尺寸來(lái)說(shuō),例如,專利文獻(xiàn)2中所記載的雙錐天線的 圓錐臺(tái)形狀的母線的長(zhǎng)度為25厘米,這對(duì)于安裝到筆記本電腦上的用途 來(lái)說(shuō)過(guò)大。另外,在專利文獻(xiàn)1中沒(méi)有給出關(guān)于尺寸的特殊記載。另外, 在專利文獻(xiàn)1中專利文獻(xiàn)2中,也沒(méi)有給出關(guān)于使雙錐天線小型化以用于 計(jì)算機(jī)的無(wú)線接口的記載。對(duì)于這些如在專利文獻(xiàn)1和專利文獻(xiàn)2中公開(kāi)
的現(xiàn)有技術(shù)的雙錐天線來(lái)說(shuō),從尺寸方面來(lái)看,難以用于計(jì)算機(jī)的無(wú)線接
口中。另外,UWB通信的頻帶如上所述為微波頻帶。因此,在天線40的 制造中要求相當(dāng)高的精度。如果在制造天線時(shí)天線40的形狀、尺寸產(chǎn)生 誤差或者在天線40的表面上產(chǎn)生傷痕,則天線的特性就會(huì)發(fā)生變化。因 此,在雙錐天線40的制造過(guò)程中,當(dāng)將金屬切削成圓錐臺(tái)形狀或進(jìn)行組 裝時(shí),要求極高的精度。
發(fā)明內(nèi)容
因此,本發(fā)明的目的是提供一種可利用于計(jì)算機(jī)等的無(wú)線接口的小 型、輕量且制造精度高的雙錐天線。
為了達(dá)到上述目的,本發(fā)明具有以下特征。
艮口,本發(fā)明是一種雙錐天線,其特征在于,包括介電體,具有從圓 柱形狀的上面和下面分別朝著所述圓柱形狀的中心而呈圓錐臺(tái)形狀的空 洞,所述圓錐臺(tái)形狀的空洞的頂部(以下稱為"空洞頂部")的平面彼此 平行并相對(duì);圓錐臺(tái)形狀的供電部,由設(shè)置在所述上面一側(cè)的空洞的內(nèi)表 面上的導(dǎo)體膜形成;以及圓錐臺(tái)形狀的接地部,由設(shè)置在所述下面一側(cè)的 空洞的內(nèi)表面上的導(dǎo)體膜形成。
在如上構(gòu)成的雙錐天線中,在供電部和接地部之間填充介電體。由 此,當(dāng)填充的介電體的介電常數(shù)比空氣大時(shí),由于在該介電體內(nèi)電磁波的 波長(zhǎng)變短,從而可使雙錐天線小型化。通過(guò)由設(shè)置在圓錐臺(tái)形狀的空洞的 內(nèi)表面上的導(dǎo)電膜形成供電部和接地部,可以使雙錐天線輕量化。
另外,優(yōu)選使供電部的圓錐臺(tái)形狀的高度比接地部的圓錐臺(tái)形狀的高 度高。這是因?yàn)橥ㄟ^(guò)各種仿真發(fā)現(xiàn)當(dāng)供電部的圓錐臺(tái)形狀的高度比接地 部的圓錐臺(tái)形狀的高度高時(shí),可以使所述圓錐臺(tái)形狀的直徑變小,從而有 利于雙錐天線的小型化。
并且,具有供電部的圓錐臺(tái)形狀的高度比接地部的圓錐臺(tái)形狀的高度 高的結(jié)構(gòu)的雙錐天線優(yōu)選包括介電體,在所述下面與所述圓柱形狀的介
電體形成為一體,在其內(nèi)部具有圓筒形狀的空洞;以及接地加強(qiáng)部,由設(shè) 置在所述圓筒形狀的空洞的內(nèi)表面上并與所述接地部連接的導(dǎo)體膜形成。
其原因在于由于使供電部的圓錐臺(tái)形狀的高度高于接地部的圓錐臺(tái)形狀 的高度而接地部的尺寸變得比供電部的尺寸小,這時(shí)可用接地加強(qiáng)部來(lái)補(bǔ) 償所述變小的部分。另外還優(yōu)選這樣的雙錐天線,該雙錐天線在構(gòu)成供電 部的圓錐臺(tái)形狀的頂部設(shè)置空洞并在所述空洞的內(nèi)表面上形成導(dǎo)電膜,由 此具有反射部。
另外,也可以使雙錐天線具有如下結(jié)構(gòu)(以下稱為"第二結(jié)構(gòu)"), 即其包括至少其表面由導(dǎo)體形成并形成為在頂部具有平面的圓錐臺(tái)形
狀的供電部;至少其表面由導(dǎo)體形成并形成為在頂部具有平面的圓錐臺(tái)形
狀的接地部,該接地部與所述供電部相對(duì)配置,并且在其頂部平面與所述
供電部的頂部平面之間具有間隙;以及填充所述供電部和所述接地部的間 隙的介電體。在該結(jié)構(gòu)中,供電部和接地部的表面必須為導(dǎo)體,但供電部 和接地部的內(nèi)部可以是樹(shù)脂等。這是因?yàn)殡姶挪ㄔ趯?dǎo)體的表面?zhèn)鞑ァ?br>
在第二結(jié)構(gòu)的雙錐天線中,供電部和接地部的圓錐臺(tái)形狀的高度可以 相同。
并且,在第二結(jié)構(gòu)的雙錐天線中,也可以使供電部的圓錐臺(tái)形狀的高 度高于接地部的圓錐臺(tái)形狀的高度。
另外,在第二結(jié)構(gòu)的雙錐天線中,也可以在接地部的下面具有接地加 強(qiáng)部。
并且,在第二結(jié)構(gòu)的雙錐天線中,也可以在供電部的頂部設(shè)置圓盤形 狀的反射部。
另外,在第二結(jié)構(gòu)的雙錐天線中,也可以具有所述圓盤形狀的直徑根 據(jù)去掉的頻率而不同的反射部。
圖l是示出本發(fā)明第一實(shí)施方式的雙錐天線的結(jié)構(gòu)的截面圖; 圖2是示出通過(guò)仿真求得本發(fā)明第一實(shí)施方式的雙錐天線10a的 VSWR特性的結(jié)果的曲線圖3是示出在將本發(fā)明第一實(shí)施方式的雙錐天線的介電體12a的介電
常數(shù)改變?yōu)楦鞣N值的情況下的仿真結(jié)果的曲線圖4是示出在改變供電部18a的頂部和接地部20a的頂部之間的間隙
G的高度的情況下的仿真結(jié)果的曲線圖5是示出在改變供電部18a的高度的情況下的仿真結(jié)果的曲線圖 圖6是示出在改變接地部20a的高度的情況下的仿真結(jié)果的曲線圖; 圖7是示出在改變接地加強(qiáng)部24a的圓筒形狀的高度的情況下的仿真
結(jié)果的曲線圖8是示出在改變雙錐天線10a的寬度、即供電部18a的圓錐臺(tái)形狀
的底部A的直徑的情況下的仿真結(jié)果的曲線圖9是示出改變反射部28a的高度的情況下的仿真結(jié)果的曲線圖10是示出供電部和接地部的形狀為對(duì)稱形狀的雙錐天線的結(jié)構(gòu)的
截面圖11是示出通常的雙錐天線的結(jié)構(gòu)的側(cè)面圖; 圖12是本發(fā)明第二實(shí)施方式的雙錐天線110a的結(jié)構(gòu)示意圖; 圖13是示出在第二實(shí)施方式的雙錐天線的實(shí)施例1的情況下的仿真 結(jié)果的曲線圖14是示出在第二實(shí)施方式的雙錐天線的實(shí)施例1的情況下實(shí)際制 造的雙錐天線的VSWR的曲線圖15是示出在改變雙錐天線U0a的間隙116a的情況下的VSWR的 曲線圖16是示出在改變雙錐天線110a的供電部112a和接地部114a的圓 錐臺(tái)形狀的高度的情況下的VSWR的曲線圖17是示出在改變雙錐天線的天線的寬度、即供電部112a和接地部 114a的底面B和B '的直徑的情況下的VSWR的曲線圖18是示出在將介電常數(shù)改變?yōu)楦鞣N值的情況下的仿真結(jié)果的曲線
圖19是供電部112b和接地部114a的高度不同的雙錐天線的結(jié)構(gòu)示意
圖20是示出根據(jù)第二實(shí)施方式的雙錐天線的實(shí)施例2的、雙錐天線
的VSWR的仿真結(jié)果的曲線圖21是示出實(shí)際制造的雙錐天線110b的VSWR值的曲線圖,該雙錐 天線110b的形狀和尺寸與作為圖20的仿真基礎(chǔ)的雙錐天線的形狀和尺寸 相同;
圖22是示出在改變雙錐天線110b的間隙116b的尺寸的情況F的 VSWR的仿真結(jié)果的曲線圖23是示出在改變雙錐天線110b的供電部112b的高度的情況下的 VSWR的仿真結(jié)果的曲線圖24是示出在改變雙錐天線110b的接地部114b的高度的情況下的 VSWR的仿真結(jié)果的曲線圖25是示出在改變雙錐天線110b的接地加強(qiáng)部128b的高度的情況下 的VSWR的仿真結(jié)果的曲線圖26是示出在改變雙錐天線110b的寬度、即供電部112b和接地部 112b各自的底部B和B '的直徑的情況下的VSWR的仿真結(jié)果的曲線 圖27是示出在改變雙錐天線110b的反射部130b的高度的情況下的 VSWR的仿真結(jié)果的曲線圖28是示出在改變介電體118的介電常數(shù)的情況下的VSWR的仿真 結(jié)果的曲線圖29是在根據(jù)第二實(shí)施方式的雙錐天線的實(shí)施例1的雙錐天線110a 上設(shè)置了反射部130c的情況下的天線的結(jié)構(gòu)示意圖30是示出在改變反射部130c的直徑C的情況下的VSWR的仿真結(jié) 果的曲線圖31是在實(shí)施例2的雙錐天線110b上設(shè)置反射部130d并改變反射部 130d的直徑C的情況下的天線的結(jié)構(gòu)示意圖32是示出在實(shí)施例2的雙錐天線110b上設(shè)置反射部130d并改變反 射部130d的直徑C的情況下的VSWR的仿真結(jié)果的曲線圖。
具體實(shí)灘方式
下面,參照附圖來(lái)說(shuō)明本發(fā)明的第一實(shí)施方式。
圖1是示出本發(fā)明第一實(shí)施方式的雙錐天線10a的結(jié)構(gòu)的截面圖。該 雙錐天線10a包括具有圓錐臺(tái)形狀的兩個(gè)空洞14a和16a的介電體12a、 圓筒形狀的介電體13a、反射部28a、同軸電纜34、同軸電纜的中心導(dǎo)體 30、同軸電纜的屏蔽導(dǎo)體32、連接器36、供電部18a、接地部20a、以及 接地加強(qiáng)部24a。
供電部18a由導(dǎo)電膜構(gòu)成,該導(dǎo)電膜設(shè)置在從圓柱狀介電體12a的上 面A朝著中心的圓錐臺(tái)形狀的空洞的內(nèi)表面上。
同樣,接地部20a也由導(dǎo)電膜構(gòu)成,該導(dǎo)電膜設(shè)置在從圓柱狀介電體 12a的下面B朝著中心的圓錐臺(tái)形狀的空洞的內(nèi)表面上。
供電部18a、接地部20a以及接地加強(qiáng)部24a的內(nèi)部為空洞。其原因 在于,如前所述,由于電磁波從導(dǎo)體的表面只能進(jìn)入到公式1所示的表層 厚度S的內(nèi)部,所以無(wú)需用導(dǎo)體來(lái)填充內(nèi)部。這樣,通過(guò)使內(nèi)部為空洞, 可以實(shí)現(xiàn)雙錐天線10a的輕量化。導(dǎo)體膜由銅或金等形成。至少使膜厚為 上述的5以上。例如,使其為0.1pm以上。
數(shù)學(xué)式1
S = ~pi= (公式l)
反射部28a由在圓盤形狀的空洞26a的內(nèi)表面上形成的導(dǎo)電膜構(gòu)成, 該空洞26a設(shè)置在從介電體12a的上面A朝向中心的圓錐臺(tái)形狀的空洞的 頂部C處。
同軸電纜34的一端被插入空洞16a和空洞22a中,中心導(dǎo)體30與供 電部18a連接,同軸電纜的屏蔽導(dǎo)體32與接地部20a連接。中心導(dǎo)體30 與接地部20a被絕緣。另外,同軸電纜34的另一端與連接器36連接。通 過(guò)連接器36,可將雙錐天線連接到以計(jì)算機(jī)為主的各種設(shè)備上。
接地加強(qiáng)部24a由在圓筒狀介電體13a的內(nèi)表面上形成的導(dǎo)電膜構(gòu) 成。接地加強(qiáng)部24a與接地部20a連接并形成為一體,起到雙錐天線的接 地部的作用。
介電體12a具有圓錐臺(tái)形狀的兩個(gè)空洞,在該空洞中形成有供電部 18a和接地部20a。其結(jié)果是,供電部18a和接地部20a的間隙被介電體 12a填充。另外,該供電部18a和接地部20a的間隙不僅指供電部18a和接 地部20a的頂部之間的間隙,也包括供電部18a和接地部20a的傾斜面之 間的間隙。介電體12a的介電常數(shù)比空氣的介電常數(shù)大,由此,如前所 述,可以縮短雙錐天線內(nèi)的電磁波的波長(zhǎng),從而可減小雙錐天線10a的尺 寸。作為介電體12a的材料,優(yōu)選使用環(huán)氧樹(shù)脂。通過(guò)仿真求出的雙錐天 線的VSWR (Voltage Standing Wave Ratio:電壓駐波比)特性的結(jié)果顯 示,介電常數(shù)在3.0至4.0的范圍內(nèi)獲得了良好的結(jié)果,并且在該范圍 中,尤其在介電常數(shù)為3.6時(shí)獲得了優(yōu)異的結(jié)果,這是因?yàn)榄h(huán)氧樹(shù)脂的介 電常數(shù)為3.6。但是,只要介電常數(shù)達(dá)到相同程度,也可以是其他的樹(shù) 脂。另外,雖然優(yōu)選介電常數(shù)在3.0至4.0范圍內(nèi)的材料,但只要介電常 數(shù)比1大,就可以獲得減小雙錐天線的尺寸的效果。
下面,說(shuō)明雙錐天線10a的形狀的一個(gè)示例。供電部18a的頂部C和 底部A的直徑分別為2.8mm禾Q ll.Omm。供電部18a的高度為8.0mm。接 地部20a的頂部D和底部B的直徑分別為2.8mm和9.4mm。接地部20a的 高度為5.0mm。反射部28a的直徑和高度分別為2.8mm和l.Omm。接地加 強(qiáng)部24a的直徑和高度分別為9.4mm和13.0mm。供電部18a和接地部20a 之間的間隙G為2.8mm。
接著,說(shuō)明對(duì)雙錐天線10a的VSWR特性進(jìn)行仿真而求出的結(jié)果。
圖2是示出通過(guò)仿真求出的雙錐天線10a的VSWR特性的結(jié)果的曲線 圖,該雙錐天線10a具有前述示例的形狀。所使用的仿真程序是Ansoft公 司的HFSS。在該仿真中,在使同軸電纜34終止于接地加強(qiáng)部24a的下端 E處的情況下進(jìn)行了仿真。如圖所示,在UWB使用頻帶中,VSWR達(dá)到 2以下。另夕卜,在UWB使用頻帶以外,VSWR急劇上升。這顯示出使用 雙錐天線10a時(shí),僅在使用所需的頻帶中天線特性良好。另外,VSWR越 接近1,越有利于作為天線的使用,只要為2以下,就可以滿足實(shí)際使用 的要求。
接著,說(shuō)明對(duì)雙錐天線10a的形狀、介電體12a的介電常數(shù)進(jìn)行各種 變更的情況下的VSWR特性的仿真結(jié)果。另外,使用的仿真軟件同樣是
Ansoft公司的HFSS。
圖3是示出在將本發(fā)明第一實(shí)施方式的雙錐天線的介電體12a的介電 常數(shù)改變?yōu)楦鞣N值時(shí)的仿真結(jié)果的曲線圖。根據(jù)該曲線圖可知,介電常數(shù) 為3.6時(shí)得到了最好的天線特性,在3.0或4.0時(shí)也顯示出了良好的天線特 性。
圖4是示出在改變供電部18a的頂部和接地部20a的頂部之間的間隙 G的高度的情況下的仿真結(jié)果的曲線圖。通過(guò)該曲線圖可知,當(dāng)間隙G的 高度為2.8mm時(shí),顯示出了最好的天線特性。當(dāng)間隙G的高度大于或小 于2.8mm時(shí),天線特性均惡化。
圖5是示出在改變供電部18a的高度的情況下的仿真結(jié)果的曲線圖。 根據(jù)該曲線圖可知,當(dāng)供電部18a的高度為8.0mm時(shí),天線特性最好。如 果減小供電部18a的高度,則在低頻側(cè)天線特性惡化,如果增大其高度, 則在高頻側(cè)天線特性惡化。
圖6是示出在改變接地部20a的高度的情況下的仿真結(jié)果的曲線圖。 根據(jù)該曲線圖可知,當(dāng)接地部20a的高度為5mm或6mm時(shí),天線特性良 好,即使為7mm也維持了良好的天線特性。但是,從使天線小型化的觀 點(diǎn)出發(fā),優(yōu)選5mm。另外,如果高度低于上述數(shù)值,則在低頻側(cè)天線特性 將會(huì)惡化。
圖7是示出在改變接地加強(qiáng)部24a的圓筒形狀的高度的情況下的仿真 結(jié)果的曲線圖。根據(jù)該曲線圖可知,當(dāng)加強(qiáng)部24a的所述高度為13mm或 15mm時(shí),天線特性最好。此時(shí),也從使天線小型化的觀點(diǎn)出發(fā),優(yōu)選 13mm。
圖8是示出在改變雙錐天線10a的寬度、即供電部18a的圓錐臺(tái)形狀 的底部A的直徑的情況下的仿真結(jié)果的曲線圖。根據(jù)該曲線圖可知,當(dāng)供 電部18a的圓錐臺(tái)形狀的底部A的直徑為llmm時(shí),天線特性最好,即使 為10mm或12mm時(shí)也維持了良好的天線特性。但是,如果降為9mm,則 在中間頻帶中VSWR達(dá)到2以上,從而導(dǎo)致天線特性惡化。
圖9是示出在改變反射部28a的高度的情況下的仿真結(jié)果的曲線圖。
根據(jù)該曲線圖可知,當(dāng)反射部28a的高度為l.Omm或1.5mm時(shí),天線特 性良好。此時(shí),同樣從使天線小型化的觀點(diǎn)出發(fā),優(yōu)選l.Omm。如果減小 反射部28a的高度,則在高頻側(cè)天線特性惡化,如果增大其高度,則在低 頻側(cè)天線特性惡化。
接著,對(duì)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施方式的雙錐天線10a的制造方法進(jìn)行說(shuō)明。 通過(guò)以下(1)至(4)的工序來(lái)制造雙錐天線10a。
(1) 工序
在進(jìn)行少量生產(chǎn)時(shí)通過(guò)車床加工,而在進(jìn)行大量生產(chǎn)時(shí)通過(guò)金屬模成 型,來(lái)形成圓柱形狀的介電體12a,該介電體12a具有從上面A和下面B 朝向中心的圓錐臺(tái)形狀的空洞。另外,同時(shí)形成與該下面B成一體的接地 加強(qiáng)部24a。
(2) 工序
通過(guò)無(wú)電鍍銅法(Electroless copper plating)在空洞14a、空洞16a和
空洞22a的內(nèi)表面上形成導(dǎo)體膜。該導(dǎo)體膜的上面一側(cè)的部分成為供電部 18a,下面一側(cè)的部分成為接地部20a和接地加強(qiáng)部24a。當(dāng)進(jìn)行無(wú)電鍍銅 時(shí),在供電部18a、接地部20a、接地加強(qiáng)部24a以外的部分上事先形成剝 離抗蝕劑(lift off resist)。然后,在進(jìn)行無(wú)電鍍銅后,除去剝離抗蝕劑, 從而除去供電部18a、接地部20a、接地加強(qiáng)部24a以外的多余的鍍層。另 外,如果無(wú)電鍍銅的膜厚較薄,也可以在所形成的銅鍍層的基礎(chǔ)上再進(jìn)行 電鍍銅。另外,也可以不進(jìn)行電鍍,而是通過(guò)以金屬模沖剪加工銅板而形 成的電極來(lái)構(gòu)成供電部18a、接地部20a和接地加強(qiáng)部24a。根據(jù)需要,除 去毛刺等、或者調(diào)整尺寸差異來(lái)進(jìn)行精加工。
(3) 工序
將同軸電纜34從接地加強(qiáng)部24a的下端E—側(cè)插入到空洞16a和空洞 22a內(nèi),并將同軸電纜34的中心導(dǎo)體30連接到供電部18a上,將屏蔽導(dǎo) 體32連接到接地部20a上。
(4) 工序
在同軸電纜34上安裝連接器36。由此完成雙錐天線10a的制造。 在根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施方式的雙錐天線10a中,通過(guò)無(wú)電鍍來(lái)形成了
供電部18a和接地部20a。對(duì)于供電部18a等來(lái)說(shuō),當(dāng)如上述那樣通過(guò)無(wú) 電鍍來(lái)形成時(shí),比利用切削導(dǎo)體的制造方法,能夠制造出高精度的形狀, 適于高頻率天線的制造方法。另外,無(wú)電鍍法也比切削導(dǎo)體的制造方法更 適于批量生產(chǎn)。
另外,在所述(2)工序中進(jìn)行了無(wú)電鍍銅,但也可以通過(guò)對(duì)金等進(jìn) 行蒸鍍來(lái)形成導(dǎo)體膜。此時(shí),與電鍍一樣,能夠高精度地形成供電部18a 等。
以上說(shuō)明了根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施方式的雙錐天線10a,但本發(fā)明不限 于上述實(shí)施方式。例如,如圖10所示,也可以是供電部18b和接地部20b 的圓錐臺(tái)形狀的高度相同的對(duì)稱形狀的雙錐天線。此時(shí),供電部18b和接 地部20b也同樣由導(dǎo)體膜構(gòu)成,并通過(guò)無(wú)電鍍來(lái)形成該導(dǎo)體膜。此時(shí),通 過(guò)無(wú)電鍍工藝來(lái)形成供電部18b和接地部20a,由此可以制造尺寸精度高 的雙錐天線,從而適于用作高頻率用的天線。
另外,在圖l所示的雙錐天線10a中,也可以將反射部28a的直徑改 變?yōu)楦鞣N尺寸。其結(jié)果是可切掉特定的頻帶。
另外,在圖IO所示的雙錐天線中,與圖l所示的雙錐天線lOa的場(chǎng)合 一樣,也可以在供電部18a的頂部C處設(shè)置反射部并使該反射部的直徑改 變?yōu)楦鞣N尺寸。
另外,也可以構(gòu)成在圖1所示的雙錐天線10a中不具有反射部28a的 結(jié)構(gòu)的雙錐天線。
作為介電體12a的材料,除了環(huán)氧樹(shù)脂以外也可以使用氧化鋁等。當(dāng) 使用氧化鋁時(shí),雙錐天線的制造方法如下在上述的(1)至(4)的工序 中,(1)工序變?yōu)閷⒀趸X放入具有如圖1等所示的介電體形狀的模具 中進(jìn)行干燥、燒成的工序。
圖1所示的供電部18a和接地部20a的空洞14a和空洞22a各自的底 面尺寸不同,但也可以相同。
接著,參照附圖來(lái)說(shuō)明本發(fā)明的第二實(shí)施方式。
圖12是本發(fā)明第二實(shí)施方式的雙錐天線110a的結(jié)構(gòu)示意圖。該雙錐 天線110a包括供電部112a、接地部114a、同軸電纜124、同軸電纜的
中心導(dǎo)體120、同軸電纜的屏蔽導(dǎo)體122、以及連接器126。
供電部112a和接地部114a是在各自的頂部A和A '具有平面的圓錐 臺(tái)形狀。頂部A和A '彼此之間具有間隙116a并且相對(duì)。供電部112a和 接地部114a的各自的頂部A和A'與各自的底部B和B'相互平行。供 電部112a和接地部114a由銅等導(dǎo)體形成。這里,也可以是供電部112a和 接地部114a的內(nèi)部由樹(shù)脂等形成并且其表面由導(dǎo)體覆蓋的結(jié)構(gòu)。這是因?yàn)?電磁波在導(dǎo)體的表層傳播。另外,后述的反射部和接地加強(qiáng)部也一樣,只 要表面為導(dǎo)體,其內(nèi)部也可以由樹(shù)脂等形成。
供電部112a和接地部114a之間由介電體118填充。即,供電部112a 和接地部114a的各自的頂部A和A '以及側(cè)面均彼此間隔介電體118而 相對(duì)。由供電部112a、接地部114a、以及介電體118構(gòu)成圓柱形狀。
與本發(fā)明第一實(shí)施方式的情況一樣,通過(guò)在供電部112a和接地部 114a之間填充介電體118,可以使雙錐天線110a小型化。其原因與第一實(shí) 施方式相同。介電體118的材料是環(huán)氧樹(shù)脂或氧化鋁等。另外,如圖12 所示,供電部112a和接地部114a的間隔包括圓錐臺(tái)形狀的傾斜面之間的 間隔。
同軸電纜124具有用于傳輸信號(hào)的中心導(dǎo)體120、覆蓋中心導(dǎo)體120 的絕緣體、以及覆蓋絕緣體的屏蔽導(dǎo)體122。中心導(dǎo)體120和絕緣體貫穿 接地部114a的中心,中心導(dǎo)體120與供電部112a的頂部A連接。另外, 屏蔽導(dǎo)體122與接地部114a連接。
同軸電纜124的端部與連接器126連接。通過(guò)連接器126可將雙錐天 線連接到各種設(shè)備上。
以上說(shuō)明了根據(jù)本發(fā)明第二實(shí)施方式的雙錐天線的基本形狀,下面基 于實(shí)施例來(lái)說(shuō)明基于所述基本形狀的各種形狀。 (實(shí)施例1)
如圖12所示,實(shí)施例l給出了供電部112a和接地部114a具有相同的 圓錐臺(tái)形狀的情況。供電部112a和接地部114a具有相同的圓錐臺(tái)形狀, 并且以間隙16a為中心而處于同軸并朝向相反,形成為對(duì)稱形狀。圓錐臺(tái) 形狀的底部B和B '的直徑均為15mm,頂部A和A '的直徑均為
2.4mm,高度也均為13mm。供電部112a和接地部U4a的各自的頂部A 與A'平行。間隙106a為1.5mm。介電體118的介電常數(shù)為3.6。
對(duì)所述圖12所示的雙錐天線的仿真結(jié)果進(jìn)行說(shuō)明。
圖13是示出在第二實(shí)施方式的雙錐天線的實(shí)施例1的情況下的仿真 結(jié)果的曲線圖。在該仿真中,同軸電纜124被設(shè)定成在接地部114a的底部 B'處終止。使用的仿真軟件是Ansoft公司的HFSS。根據(jù)圖13所示的仿 真結(jié)果可知,在作為UWB使用頻帶的3.1GHz 10.6GHz中,VSWR為2 以下,完全可以用作天線。
另外,圖14是示出在第二實(shí)施方式的雙錐天線的實(shí)施例1的情況下 實(shí)際制造的雙錐天線的VSWR的曲線圖。其中,同軸電纜124的長(zhǎng)度從接 地部114a的底面B '向下延伸30 40mm后終止。與通過(guò)仿真得到的結(jié)果 相同,在UWB使用頻帶中,VSW為2以下。由此可知,與仿真結(jié)果的情 況相同,根據(jù)本實(shí)施例1的天線具有良好的天線特性。
在上述形狀的基礎(chǔ)上一邊改變一部分形狀一邊進(jìn)行了各種仿真,并確 認(rèn)了上述的形狀為最優(yōu)。下面,就此進(jìn)行說(shuō)明。
圖15是示出在改變雙錐天線110a的間隙116a的情況下的VSWR的 曲線圖。當(dāng)改變間隙116a時(shí),如圖15所示,在間隙116a為1.5mm的情 況下獲得了最好的結(jié)果。另外,在間隙116a為1.2mm或1.8mm吋,結(jié)果 也良好。最終確認(rèn)了以下事實(shí)當(dāng)間隙116a為1.2 1.7mm左右時(shí)良好, 當(dāng)比lmm短或比2mm長(zhǎng)時(shí)天線特性惡化。
接著,對(duì)改變了雙錐天線110a的供電部112a和接地部114a的圓錐臺(tái) 形狀的高度的情況下的VSWR進(jìn)行說(shuō)明。圖16是示出在改變雙錐天線 UOa的供電部112a和接地部114a的圓錐臺(tái)形狀的高度的情況下的VSWR 的曲線圖。當(dāng)供電部112a和接地部114a的圓錐臺(tái)形狀的高度為12mm和 13mm時(shí),獲得了良好的天線特性。另外,還得知了就所述高度,如果改 變lmm, VSWR的值就會(huì)大幅變化。
圖17是示出在改變雙錐天線的天線的寬度、即供電部112a和接地部 114a的底面B和B '的直徑的情況下的VSWR的曲線圖。由此可以確認(rèn) 在底部B和B '的直徑為15mm 17mm時(shí)天線特性良好。在所述直徑為13mm時(shí),出現(xiàn)了天線特性惡化的頻帶。從使天線小型化的觀點(diǎn)出發(fā),直 徑最好為15mm。
為了使天線小型化,可以考慮增大介電體118的介電常數(shù)。下面說(shuō)明 基于該觀點(diǎn)而使介電常數(shù)改變?yōu)楦鞣N值時(shí)的仿真結(jié)果進(jìn)行說(shuō)明。圖18是 示出在將介電常數(shù)改變?yōu)楦鞣N值的情況下的仿真結(jié)果的曲線圖。根據(jù)該曲 線圖可知,介電常數(shù)為3.6時(shí)獲得了最好的結(jié)果,介電常數(shù)為為4.0時(shí)也 出現(xiàn)了大致良好的結(jié)果。
通過(guò)以上的各種仿真和實(shí)驗(yàn)得知,在供電部112a和接地部114a之間 具有介電體118的雙錐天線110a可發(fā)揮作為天線的期望的功能。在UWB 通信所需的頻帶中VSWR為2以下,對(duì)于天線來(lái)說(shuō)是足以實(shí)用的水平。通 過(guò)設(shè)置介電體118,與現(xiàn)有產(chǎn)品相比實(shí)現(xiàn)了小型化。通過(guò)使其小型化,可 以獲得安裝到計(jì)算機(jī)等上所占空間小等的優(yōu)點(diǎn)。
接著,說(shuō)明根據(jù)本實(shí)施例2的雙錐天線的制造方法。分為(1)至 (5)的工序來(lái)進(jìn)行說(shuō)明。
(1) 工序
通過(guò)將導(dǎo)體切削為圓錐臺(tái)形狀來(lái)形成供電部112a和接地部114a,或 者以利用金屬模具沖剪銅板所形成的電極來(lái)形成所述供電部112a和接地部 114a。另外,也可以用樹(shù)脂等形成圓錐臺(tái)形狀,然后在其表面上進(jìn)行無(wú)電 鍍等,從而用導(dǎo)體覆蓋該表面。
(2) 工序
形成貫穿接地部114a的導(dǎo)體中心的孔,使同軸電纜124貫穿該孔。
(3) 工序
將同軸電纜124的中心導(dǎo)體120連接到供電部112a上,并使屏蔽導(dǎo)體 122在孔中與接地部114a連接。此時(shí),供電部112a和接地部114a的各自 的頂部處于同軸并且鏡像對(duì)稱地相對(duì)配置。另外,供電部112a和接地部 114a具有預(yù)定的間隙116a而配置。
(4) 工序
在供電部112a和接地部114a之間填充介電體118。填充介電體118 的方法如下在圓筒形的容器中置入通過(guò)上述(1)至(3)的工序而形成
的中間產(chǎn)品,并向圓筒形的容器中流入溶融狀態(tài)的介電體后使其凝固。此 時(shí),為了不使空氣進(jìn)入到介電體118中,優(yōu)選進(jìn)行真空脫泡。換言之,進(jìn) 行脫泡成型。然后,從圓筒容器中取出介電體118凝固后的中間產(chǎn)品,去
掉介電體118的多余部分,使其形成圓形。 (5)工序
使連接器126與同軸電纜124連接,由此完成雙錐天線的制造。另 外,也可以在(4)工序之前進(jìn)行(5)工序。與通常的雙錐天線的制造方 法相比,在該制造工序中追加了形成介電體118的工序、即(4)工序。 通過(guò)追加(4)工序,獲得了可使雙錐天線的形狀小型化的優(yōu)點(diǎn)。 (實(shí)施例2)
實(shí)施例2是供電部112b與接地部114a的形狀不同的情況。
圖19是供電部112b和接地部114a的高度不同的雙錐天線的結(jié)構(gòu)示意 圖。供電部112b的圓錐臺(tái)形狀的高度比接地部114a的圓錐臺(tái)形狀的高度 高。另外,在供電部112b的頂部A處設(shè)置了反射部130b。反射部130b為 圓盤形狀。反射部130b具有平穩(wěn)地去掉高頻頻率的作用。另外,也可以 是沒(méi)有反射部130b的結(jié)構(gòu)。另外,具有與接地部114b的底部B '相連的 接地加強(qiáng)部128b。例如使接地部U4b的底部B '的直徑與接地加強(qiáng)部 128b的直徑相同。接地加強(qiáng)部128b用于補(bǔ)償由于接地部114b的高度低于 供電部112b的高度而造成的作為接地的電容小的缺點(diǎn)。
接著,說(shuō)明雙錐天線的形狀尺寸的一個(gè)示例。供電部112b和接地部 1Mb各自的底部B和B '的直徑均為ll.Omm,供電部112b和接地部 114b各自的頂部A和A '的直徑均為2.8mm。供電部112b的高度為 8.0mm,接地部114b的高度為5.0mm。反射部130b的直徑為2.8mm,高 度為l.Omm。接地加強(qiáng)部128b的高度為13.0mm。介電體118的介電常數(shù) 為3.6。該實(shí)施例2的雙錐天線與實(shí)施例1的雙錐天線相比,向尺寸方面 雖然其整體的高度變高了,但直徑變小了。
圖20是示出根據(jù)實(shí)施例2的雙錐天線的VSWR的仿真結(jié)果的曲線 圖。在使同軸電纜124不從接地加強(qiáng)部128b的底部D露出的狀態(tài)下進(jìn)行 了仿真。在UWB的使用頻帶中,VSWR為2以下。另外,在UWB使用
頻帶之外,VSWR變高。尤其是在3.1GHz附近,VSWR急劇變高。由此 得以確認(rèn)只能在必要的頻帶中用作天線。因此,僅在必要的頻帶中可以使 用,其天線特性有效。另外,由于實(shí)現(xiàn)了小型化,因而不會(huì)占用空間。
圖21是示出實(shí)際制造的雙錐天線110b的VSWR值的曲線圖,該雙錐 天線110b的形狀和尺寸與作為圖20的仿真基礎(chǔ)的雙錐天線的形狀和尺寸 相同。同軸電纜124的長(zhǎng)度從接地加強(qiáng)部128b的底部D延伸30 40mm 后終止。實(shí)際測(cè)量的VSWR的結(jié)果與仿真結(jié)果相同,其天線特性良好。
另外,在改變上述尺寸、形狀的一部分的基礎(chǔ)上進(jìn)行了各種仿真,并 確認(rèn)了上述形狀、尺寸為最優(yōu)。下面,就此進(jìn)行說(shuō)明。
圖22是示出在改變雙錐天線110b的間隙116b的尺寸的情況下的 VSWR的仿真結(jié)果的曲線圖。當(dāng)間隙116b為2.8mm時(shí),獲得了最好的天 線特性。當(dāng)間隙116b為2.2mm或3.4mm時(shí),在低頻或高頻下VSWR變?yōu)?2以上,天線特性惡化。
圖23是示出在改變雙錐天線110b的供電部112b的高度的情況下的 VSWR的仿真結(jié)果的曲線圖。當(dāng)供電部112b的高度為8mm時(shí),天線特性 最好。并可知,當(dāng)供電部112b的高度為6mm或10mm時(shí),在低頻或高頻 下VSWR變?yōu)?以上,天線特性惡化。另外還得知,幾毫米的高度差異導(dǎo) 致了天線特性的顯著變化。
圖24是示出在改變雙錐天線110b的接地部114b的情況下的VSWR 的仿真結(jié)果的曲線圖。當(dāng)接地部114b的高度為5mm時(shí),天線特性最好。 當(dāng)接地部112b的高度為4mm以下或6mm以上時(shí),在3.1GHz附近, VSWR的值變大,天線特性惡化。
圖25是示出在改變雙錐天線110b的接地加強(qiáng)部128b的高度的情況下 的VSWR的仿真結(jié)果的曲線圖。當(dāng)接地加強(qiáng)部128b的高度在13mm至 15mm的范圍內(nèi)時(shí),天線特性良好。當(dāng)接地加強(qiáng)部128b的高度為llmm 時(shí),在低頻頻率中VSWR變?yōu)?以上,天線特性惡化。從使天線小型化的 觀點(diǎn)出發(fā),該高度優(yōu)選為13mm。
圖26是示出在改變雙錐天線110b的寬度、即供電部U2b和接地部 112b各自的底部B和B '的直徑的情況下的VSWR的仿真結(jié)果的曲線 圖。當(dāng)該直徑為llmm或12mm時(shí),VSWR變?yōu)?以下,天線特性良好。 從使天線小型化的觀點(diǎn)出發(fā),該直徑優(yōu)選為llmm。
圖27是示出在改變雙錐天線110b的反射部130b的高度的情況下的 VSWR的仿真結(jié)果的曲線圖??梢源_認(rèn)通過(guò)反射部130b可以去掉高頻。 可知,在UWB使用頻帶以外的位置VSWR變?yōu)?以上,因此可以去掉必 要頻率以外的部分。當(dāng)反射部130b的高度為l.Omm或L5mm時(shí),天線特 性良好。從使天線小型化的觀點(diǎn)出發(fā),該高度優(yōu)選為l.Omm。
圖28是示出在改變介電體118的介電常數(shù)的情況下的VSWR的仿真 結(jié)果的曲線圖。當(dāng)介電常數(shù)為3.6時(shí)天線特性最好,為3.0或4.0時(shí)天線特 性也良好。
通過(guò)以上可以確認(rèn)通過(guò)使供電部112b和接地部114b的高度不同, 可使雙錐天線110b的形狀小型化。小型化的雙錐天線110b有利于安裝到 計(jì)算機(jī)或其外圍設(shè)備上。 (實(shí)施例3)
實(shí)施例3是在實(shí)施例1的雙錐天線110a的基礎(chǔ)上設(shè)置反射部130c時(shí) 的實(shí)施例。
圖29是在實(shí)施例1的雙錐天線110a上設(shè)置了反射部130c的情況下的 天線的結(jié)構(gòu)示意圖。反射部130c設(shè)置在供電部112c的頂部。反射部130c 為圓盤形狀。反射部130c的高度為lmm。
圖30是示出在改變反射部130c的直徑C的情況下的VSWR的仿真結(jié) 果的曲線圖。通過(guò)該曲線圖可以確認(rèn)通過(guò)設(shè)置反射部130c可以構(gòu)成帶阻 濾波器。通過(guò)反射部130c可以去掉期望的頻率,因此獲得了無(wú)需在天線 110c上再設(shè)置其他帶阻濾波器的效果。 (實(shí)施例4)
實(shí)施例4是在實(shí)施例2的雙錐天線110b的基礎(chǔ)上改變反射部130d的 直徑C的情況下的實(shí)施例。
圖31是在實(shí)施例2的雙錐天線110b上設(shè)置反射部130d并改變反射部 130d的直徑C的情況下的天線的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖32是示出在實(shí)施例2的雙錐天線110b上設(shè)置反射部130d并改變反
射部130d的直徑C的情況下的VSWR的仿真結(jié)果的曲線圖。通過(guò)該曲線 圖可以確認(rèn)通過(guò)設(shè)置反射部130d可以去掉5GHz以上的高頻頻率。當(dāng)希 望去掉高頻頻率時(shí),通過(guò)使用圖31的雙錐天線llOd,可以不用在天線 110d上再連接帶阻濾波器。
通過(guò)實(shí)施例3和實(shí)施例4可知,可通過(guò)反射部130c、反射部130d來(lái) 去掉特定的頻率。由此得以確認(rèn)可獲得無(wú)需在雙錐天線上再設(shè)置其他的帶 阻濾波器的效果。因此,在實(shí)際的電路設(shè)計(jì)中,既可以通過(guò)在雙錐天線中 設(shè)置反射部130c、反射部130d來(lái)去掉特定的頻率,也可以通過(guò)在雙錐天 線上添加另外的電路,來(lái)去掉特定的頻率,從而可提高天線和電路的設(shè)計(jì) 靈活性。
以上在實(shí)施例1至實(shí)施例4中進(jìn)行了各種實(shí)驗(yàn)和仿真。本發(fā)明通過(guò)設(shè) 置介電體118,并利用介電體的介電常數(shù)比空氣大的特性實(shí)現(xiàn)了天線的小 型化。通過(guò)使天線小型化,可以容易地在計(jì)算機(jī)等上安裝天線,從而不使 用電纜就能夠高速地接收發(fā)送大量的數(shù)據(jù)。另外,通過(guò)各種實(shí)驗(yàn)和仿真, 可以提供具有最佳天線特性的小型的雙錐天線。
權(quán)利要求
1.一種雙錐天線,其特征在于,包括介電體,具有從圓柱形狀的上面和下面分別朝著所述圓柱形狀的中心而呈圓錐臺(tái)形狀的空洞,所述圓錐臺(tái)形狀的空洞的頂部(以下稱為“空洞頂部”)的平面彼此平行并相對(duì);圓錐臺(tái)形狀的供電部,由設(shè)置在所述上面一側(cè)的空洞的內(nèi)表面上的導(dǎo)體膜形成;以及圓錐臺(tái)形狀的接地部,由設(shè)置在所述下面一側(cè)的空洞的內(nèi)表面上的導(dǎo)體膜形成。
2. 如權(quán)利要求1所述的雙錐天線,其特征在于,所述圓錐臺(tái)形狀的供 電部的高度高于所述圓錐臺(tái)形狀的接地部的高度。
3. 如權(quán)利要求2所述的雙錐天線,其特征在于,包括介電體,在所述下面與所述圓柱形狀的介電體形成為一體,在其內(nèi)部具有圓筒形狀的空洞;以及接地加強(qiáng)部,由設(shè)置在所述圓筒形狀的空洞的內(nèi)表面上并與所述接地 部連接的導(dǎo)體膜形成。
4. 如權(quán)利要求1至3中任一項(xiàng)所述的雙錐天線,其特征在于,包括 圓盤形狀的空洞,設(shè)置在所述上面一側(cè)的圓錐臺(tái)形狀的所述空洞頂部;以及反射部,由設(shè)置在所述圓盤形狀的空洞的內(nèi)表面上的導(dǎo)電膜形成。
5. —種雙錐天線,其特征在于,包括供電部,至少其表面由導(dǎo)體形成,并形成為在頂部具有平面的圓錐臺(tái) 形狀;接地部,至少其表面由導(dǎo)體形成,并形成為在頂部具有平面的圓錐臺(tái) 形狀,該接地部與所述供電部相對(duì)配置,并且在其頂部平面與所述供電部 的頂部平面之間具有間隙;以及填充所述供電部和所述接地部的間隙的介電體。
6. 如權(quán)利要求5所述的雙錐天線,其特征在于,所述供電部和所述接地部的圓錐臺(tái)形狀的高度相同。
7. 如權(quán)利要求5所述的雙錐天線,其特征在于,所述供電部和所述接 地部的圓錐臺(tái)形狀的高度不同。
8. 如權(quán)利要求7所述的雙錐天線,其特征在于,在所述供電部和所述 接地部的圓錐臺(tái)形狀中,所述供電部的圓錐臺(tái)形狀的高度高于所述接地部 的圓錐臺(tái)形狀的高度。
9. 如權(quán)利要求8所述的雙錐天線,其特征在于,具有接地加強(qiáng)部,該 接地加強(qiáng)部由圓柱形狀的導(dǎo)體形成并與所述接地部的底部連接。
10. 如權(quán)利要求5至9中任一項(xiàng)所述的雙錐天線,其特征在于,在所 述供電部的頂部設(shè)置了圓盤形狀的反射部。
11. 如權(quán)利要求IO所述的雙錐天線,其特征在于,所述圓盤形狀的直 徑根據(jù)去掉的頻率而不同。
12. 如權(quán)利要求1、 2、 3、 5、 6、 7、 8、 9、 11中任一項(xiàng)所述的雙錐天 線,其特征在于,所述介電體的介電常數(shù)為3.55至3.65。
13. 如權(quán)利要求4所述的雙錐天線,其特征在于,所述介電體的介電 常數(shù)為3.55至3.65。
14. 如權(quán)利要求IO所述的雙錐天線,其特征在于,所述介電體的介電 常數(shù)為3.55至3.65。
15. 如權(quán)利要求1、 2、 3、 5、 6、 7、 8、 9、 11中任一項(xiàng)所述的雙錐天 線,其特征在于,所述介電體為環(huán)氧樹(shù)脂。
16. 如權(quán)利要求4所述的雙錐天線,其特征在于,所述介電體為環(huán)氧
17.如權(quán)利要求IO所述的雙錐天線,其特征在于,所述介電體為環(huán)氧
18.如權(quán)利要求12所述的雙錐天線,其特征在于,所述介電體為環(huán)氧
19.如權(quán)利要求13或14所述的雙錐天線,其特征在于,所述介電體 為環(huán)氧樹(shù)脂。
全文摘要
本發(fā)明的雙錐天線的特征是,其包括介電體,具有從圓柱形狀的上面和下面分別朝著所述圓柱形狀的中心而呈圓錐臺(tái)形狀的空洞,所述圓錐臺(tái)形狀的空洞的頂部的平面彼此平行并相對(duì);圓錐臺(tái)形狀的供電部,由設(shè)置在所述上面一側(cè)的空洞的內(nèi)表面上的導(dǎo)體膜形成;以及圓錐臺(tái)形狀的接地部,由設(shè)置在所述下面一側(cè)的空洞的內(nèi)表面上的導(dǎo)體膜形成。本發(fā)明的雙錐天線通過(guò)在供電部和接地部之間填充介電體而實(shí)現(xiàn)了雙錐天線的小型化。
文檔編號(hào)H01Q13/04GK101098042SQ20061009033
公開(kāi)日2008年1月2日 申請(qǐng)日期2006年6月29日 優(yōu)先權(quán)日2006年6月29日
發(fā)明者伊田省悟, 武藤大助 申請(qǐng)人:株式會(huì)社日本Git