專利名稱：寬帶天線的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于UWB (超寬帶)之類的寬帶通信系統(tǒng)以及不同 頻帶的無線系統(tǒng)中的寬帶天線。
背景技術(shù)：
作為寬帶通信系統(tǒng)中所用的天線，已知有多振子天線、螺旋天線 與對數(shù)周期天線等。
多振子天線是由頻帶稍有不同的許多天線振子相組合以獲得寬帶 天線特性的天線。這種多振子天線雖然具有優(yōu)越的寬帶特性，但由于 需將許多天線振子組合，就難以調(diào)節(jié)各個天線振子的饋電阻抗與諧振 頻率。螺旋天線與對數(shù)周期天線盡管構(gòu)造簡單，但不僅整體體積龐大， 而且在附加上地線后，方向性僅僅是取與地面垂直的方向。
一般，在多振子天線、螺旋天線與對數(shù)周期天線中，若想擴(kuò)展有 實(shí)用性的頻帶，則它們的設(shè)計(jì)與調(diào)節(jié)會非常困難。因而一直難以實(shí)現(xiàn) 易進(jìn)行工業(yè)化生產(chǎn)的寬帶天線。
近年來UWB之類的寬帶通信系統(tǒng)已用于種種領(lǐng)域。即使在汽車 中，也用于車載無線收音機(jī)、便攜式電話、PDA(個人數(shù)字輔助器) 等的移動體終端以及電磁波傳感器等。例如在一輛汽車之中使用 AM/FM收音機(jī)、車載TV、 GPS、衛(wèi)星數(shù)字廣播、蜂窩式移動電話系 統(tǒng)、ETC、藍(lán)牙、W-LAN等已屬平常。
釆用這樣的各種帶寬的頻率的終端乃至系統(tǒng)時，例如在一輛汽車 上就必須安裝許多天線，從而就會產(chǎn)生不僅需要有安裝天線用的場所 不僅增大而且還有費(fèi)用異常高的問題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的即在于提供能一舉解決上述問題的高性能與低成本 的寬帶天線。
本發(fā)明的寬帶天線在將其展開于平面上時包含有形成波導(dǎo)管開口 斷面結(jié)構(gòu)一部分或全部形狀的天線振子。這種天線振子具有電磁波輻 射用的第一振子部和天線特性調(diào)整用的第二振子部，上述第一振子部 在其上通過上述第二振子部或與上述第二振子部一起連接著饋電端子。天線特性例如是阻抗特性、VSWR (電壓駐波比)特性、輻射特 性等。
在上述結(jié)構(gòu)的寬度天線中，天線振子依照波導(dǎo)管模理論工作。
通過波導(dǎo)管的電磁波有TE模波和TM模波。TE模波的波阻抗Zw與TM波的波阻抗Ze分別如下述。
<formula>complex formula see original document page 5</formula>
上式中，<formula>complex formula see original document page 5</formula>，
μr為傳播媒質(zhì)的相對磁導(dǎo)率，εr為傳 播媒質(zhì)的相對介電常數(shù)。在自由空間情形，μr=εr=l， Zo為120π。
若是信號的頻率f比波導(dǎo)管的截止頻率fc高，此信號便通過波導(dǎo) 管。若是將信號的頻率f設(shè)定得遠(yuǎn)比截止頻率fc高，則Zw與Ze的 值與自由空間中的Zo相同而為120π。于是本發(fā)明的寬帶天線在確定 了截止頻率fc后，就成為能使遠(yuǎn)較fc為高的頻率f都能通過的所謂高 通濾波器的工作模式。采用這種工作模式則是本發(fā)明的寬帶天線的一 個特征。天線的特性可由第二振子部調(diào)節(jié)。
作為波導(dǎo)管的例子之一可以舉出脊形波導(dǎo)管。具體地說，本發(fā)明 的寬帶天線可以取定為這樣的天線，它包括在將其于平面上展開時與 接地面一起構(gòu)成脊形波導(dǎo)管的開口斷面結(jié)構(gòu)的形狀的天線振子。
上述天線振子具有相當(dāng)于上述脊形波導(dǎo)管脊形部的天線特性調(diào) 整用的脊形振子部；相當(dāng)于上述脊形波導(dǎo)管的壁部且從上述脊形振子 部延伸出的電磁波輻射用的輻射振子部，而在上述脊形振子部的前端 上則連接著供電端子。
這種寬帶天線可以按照脊形波導(dǎo)模理論工作。脊形波導(dǎo)管的截止
頻率fc例如比相同剖面積的普通的矩形波導(dǎo)管的低。因此可以實(shí)現(xiàn)能降低可用頻率且維持寬帶性的天線。此外由于具有脊形振子部這樣的 表面部分，例如與巻線式的情形相比，匹配的范圍成為寬頻帶響應(yīng)。 這就是說，還能夠保持作為電磁波輻射體的功能和抑制饋電端子的不 匹配性。還由于在設(shè)計(jì)制造時可以只考慮使用中預(yù)定的最低頻率，故 容易實(shí)現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)，也易于實(shí)現(xiàn)低成本化。
在最佳的實(shí)施形式中，上述脊形振子部形成大致圓弧狀，這樣不 僅可以盡可能地提高可以使用頻率的上限，還能更顯著地增強(qiáng)寬帶性 質(zhì)。
上述脊形振子部例如可以取定為，使上述開口斷面結(jié)構(gòu)中上述脊 形波導(dǎo)管的脊形部沿其高度方向截?cái)喽傻挠幸换说慕Y(jié)構(gòu)。在此情 形下，上述輻射振子部要從上述脊形振子部的基端延伸出。
寬帶天線中當(dāng)從饋電端子饋電給脊形振子部內(nèi)的中央部分時，便 將以此中央部分為中心產(chǎn)生多個對稱的波模。在脊形波導(dǎo)管的情形，通過的電磁波的電場強(qiáng)度為最大的是脊形部的中央(TE10)，因此即使 脊形振部為有一基端的結(jié)構(gòu)，高通濾波器特性本身也不會變?yōu)楹笫龅?有兩基端結(jié)構(gòu)的。只有一基端的結(jié)構(gòu)本身會有助于小型化。
此外，雖然可以利用奇次模(TE10)、 TE30、 TE5o)與偶次模(TE20、 TE40.......)兩者中的任一種模來構(gòu)成，但最好是采用奇次模的結(jié)構(gòu)。
上述脊形振子部例如可以取定為，以上述開口斷面結(jié)構(gòu)之中上述 脊形波導(dǎo)管的脊形部高度最大的部位為中心線成對稱的兩基端結(jié)構(gòu)。 在此情形下，上述輻射振子部從上述脊形振子部的兩基端分別延伸，
形振子部按預(yù)定角度方向延伸，而更好的是，上述輻射振子部要從上述脊形振子部兩基端分別相對于該振子部垂直且沿相反方向延伸。
此外，也可使兩個上述天線振子沿各脊形振子部的對稱中心線與基點(diǎn)正交。這樣可以保持良好的寬帶性、提高天線增益且拓寬方向性。
上述脊形振子部例如可以取定為，以上述開口斷面結(jié)構(gòu)之中上述脊形波導(dǎo)管的脊形部高度最大的部位為中心線而對稱，且在上述脊形波導(dǎo)管的寬面上依預(yù)定角度彎曲的兩基端結(jié)構(gòu)。在此情形下，上述輻 射天線部中分別相當(dāng)于上述脊形波導(dǎo)管寬壁部的第 一振子要從上述脊 形振子部的兩基端延伸出，而共用相當(dāng)于上述脊形波導(dǎo)管側(cè)壁的第二 振子。
這種結(jié)構(gòu)的寬度天線可以形成其一邊尺寸大致為脊形波導(dǎo)管的脊 形部一半的長方體形，而能良好地保持天線增益與方向性，而且有利于小型化。
對于本發(fā)明的最佳實(shí)施形式，在具有上述型式的寬帶天線之中， 設(shè)定為具有與上述天線振子的脊形振子部相同形狀與結(jié)構(gòu)的輔助振 子。此輔助振子可設(shè)置成主要與天線振子的脊形振子部一起用來調(diào)節(jié) 天線特性。為此，在本說明書中采用了相對于天線振子的所謂"輔助 振子"的用語。
上述輔助振子的基端配備于接地面上，上述輔助振子與上述脊形 振子部相互在同一面上相對，上述天線振子的輻射振子部的終端配置 于接地面上。在上述輔助振子的頂端與上述脊形振子部的頂端相互最 接近的部位處連接著上述饋電端子。
這種結(jié)構(gòu)的寬帶天線成為依據(jù)所謂雙脊形波導(dǎo)管模理論作業(yè)方 式，能使與阻抗匹配的頻帶顯著地?cái)U(kuò)展，同時顯著地增強(qiáng)了寬帶特性。
根據(jù)本發(fā)明可以實(shí)現(xiàn)所謂具有能使用最低頻率的超寬帶性。通常 在設(shè)有接地的天線中是難以謀求寬帶化的，但根據(jù)本發(fā)明寬帶化則成 為可能。
此外，由于在水平面上基本上無方向性，故可以具有廣泛的用途。


圖1中，(a)為本發(fā)明第一實(shí)施形式的寬帶天線的外觀斜視圖， (b)為該天線的VSWR特性圖。
圖2中，(a)為本發(fā)明第二實(shí)施形式的寬帶天線的外觀斜視圖， (b)為該天線的VSWR特性圖。
圖3中，(a)為驗(yàn)證用天線的外觀斜視圖，(b)為該天線的VSWR
特性圖。
圖4中，(a)為驗(yàn)證用天線的外觀斜視圖，(b)為該天線的VSWR 特性圖。
圖5中，(a)為驗(yàn)證用天線的外觀斜視圖，(b)為該天線的VSWR 特性圖。
圖6是本發(fā)明第三實(shí)施形式的寬帶天線(UWB通信用天線)的
外觀斜視圖。
圖7是模擬圖6中天線的SWR特性圖。
圖8是圖6中天線試驗(yàn)用樣本的SWR特性圖。
圖9是圖6中天線(試驗(yàn)用樣本)的增益特性圖。
圖10中，(a)為圖6中天線(試驗(yàn)用樣本)的垂直方向的方向特
性圖；(b)為水平方向的方向特性圖。
圖11為本發(fā)明第四實(shí)施形式的寬帶天線(UWB通信用天線)的
外觀斜一見圖。
圖12為本發(fā)明第五實(shí)施形式的寬帶天線(UWB通信用天線)的 外觀斜視圖。
圖13為本發(fā)明第六實(shí)施形式的寬帶天線(UWB通信用天線)的 外觀斜視圖。
具體實(shí)施例方式
下面參考

本發(fā)明的實(shí)施形式。
<第一實(shí)施形式>
圖1中(a)為本發(fā)明第一實(shí)施形式的寬帶天線的外觀斜視圖，(b) 為VSWR特性圖。VSWR特性是天線特性的一個例子。
此實(shí)施形式的寬帶天線是將長方形的雙(柱狀(cylinder))脊形 波導(dǎo)管沿管軸方向依預(yù)定厚度截?cái)啵鴮⒁粋€寬面用作接地面(以下 記作"GND")的結(jié)果。此寬帶天線是按照雙脊形波導(dǎo)模理論作業(yè)， 具有天線振子11、輔助振子12。天線振子11與輔助振子12分別由導(dǎo) 電性高的金屬形成。
天線振子ll取在將其于平面上展開時與GND10共同形成脊形波 導(dǎo)管開口斷面結(jié)構(gòu)的形狀。具體地說，天線振子ll在雙脊形波導(dǎo)管的 開口斷面結(jié)構(gòu)中具有相當(dāng)于上部寬面的脊形部的脊形振子部13、相 當(dāng)于除去下部的寬面的壁部的電磁波輻射用的輻射振子部14。此實(shí)施 形式中的脊形振子部13是相對于以上述脊形部中高度最大的部位為 中心線成對稱的兩基端結(jié)構(gòu)。脊形振子部13的前端形成大致圓弧狀。 取這種結(jié)構(gòu)的脊形振子部13實(shí)質(zhì)上與雙脊形波導(dǎo)管上部寬面的脊形 部的作用相同。
輻射振子部14與雙脊形波導(dǎo)管的壁部的作用實(shí)質(zhì)相同。此輻射振 子部14包括從脊形振子部13的兩端分別與GND10沿水平延伸的第 一輻射振子，以及從此第一輻射振子端部朝向GND10沿垂直方向延 伸的第二振子。第二振子的端部即輻射振子部14的端部配置于GND 上。
輔助振子12具有與天線振子的脊形天線部13相同的形狀與結(jié)構(gòu)， 亦即相當(dāng)于從天線振子11除去輻射振子部14的結(jié)果，以其基端設(shè)于 GND10之上。輔助振子12與天線振子的脊形振子部13相互在同一面 上相對，在它們的頂端相互最接近的部位處連接饋電端子100。
這種結(jié)構(gòu)的輔助天線12與雙脊形波導(dǎo)管下部的寬平面的脊形部 實(shí)質(zhì)上起到相同作用。
饋電端子lOO應(yīng)通過電纜ll與無線通信裝置(圖示中省除)連接。 圖1 (a)中設(shè)天線振子11中的脊形振子部13與輻射振子部14 的第一振子兩者的長度之和為L，輻射天線部14的第二振子的長度為 H而其寬度為W，脊形部13的長度為D、輻射振子14的厚度為T、 輻射振子部13以及輔助振子的高度為P/2,則最低頻率即截止頻率為 1.5GHz時的寬帶天線的尺寸例如為
L=70mm、 H=25mm、 W=4mm、 D=25mm、 P=16mm、 T=4mm。
取上述尺寸的寬帶天線的VSWR特性的實(shí)測值如圖1(b)所示。 從圖l(b)可知，若是根據(jù)上述尺寸確定了最低頻率，則高于此最低 頻率一預(yù)定值以上的高頻率的VSWR全都收納到實(shí)用范圍之內(nèi)。此外，考慮到測量儀表的適用性，沒有對5GHz以上進(jìn)行數(shù)值定量化的 工作，但可以肯定即使對于20GHz以上的高頻率也能良好地保持 VSWR。
<第二實(shí)施形式>
圖2 (a)是本發(fā)明第二實(shí)施形式的寬帶天線的外觀斜視圖，圖2 (b)是其VSWR特性圖。
此實(shí)施形式的寬帶天線如圖2(a)所示。它是將雙脊形波導(dǎo)管的 斷面的右半部切斷出的結(jié)構(gòu)。這就是說包括具有在雙脊形波導(dǎo)管的 開口斷面結(jié)構(gòu)之中，將上部寬平面的脊形部沿其高度方向切斷而成的 一基端結(jié)構(gòu)的脊形振子部23以及輻射振子24的天線振子21;輔助振 子22。
脊形振子部23的作用與雙脊形波導(dǎo)管的上部寬面的脊形部實(shí)質(zhì) 上相同。輻射振子部24的作用則與雙脊形波導(dǎo)管的壁部實(shí)質(zhì)上相同， 在此實(shí)施形式中可用于輻射電磁波。此輻射振子部24包括從脊形振子 部23起與GND10沿水平延伸的第一輻射振子和垂直于GND10延伸 的第二振子，第二振子的端部配置于GND10上。
輔助振子22與天線振子21的脊形振子部23有著相同的形狀與尺 寸，其基端設(shè)置于GND10之上。此輔助振子22與脊形振子部23相 互在同一面上相對，在它們的頂端最接近的部位處連接饋電端子100。 此饋電端子lOO應(yīng)通過電纜Cll與無線通信裝置(圖示中略去)連接。
圖2 (a)中的L、 H、 W、 D、 P、 T的值與第一實(shí)施形式中所示 的相同。這種尺寸的寬帶天線其VSWR特性的實(shí)測值如圖2 (b)中 所示。從圖2 (b)可知，與第1實(shí)施形式的寬帶天線同樣，若是根據(jù) 上述尺寸確定了最低頻率，則高于此最低頻率一定值以上的高頻率的 VSWR全都收納到實(shí)用范圍之內(nèi)。
此外，考慮到測量儀表的適用性，沒有對5GHz以上進(jìn)行數(shù)值定 量化工作，但可以肯定，即使對于20GHz以上的高頻率也能良好地保 持VSWR。
在平面上展開時包含有形成波導(dǎo)管開口斷面結(jié)構(gòu)的一部分或全部 形狀的天線振子的寬帶天線，如前所述具有按照其波導(dǎo)管工作方式的 特性。下面將驗(yàn)證波導(dǎo)管的開口斷面結(jié)構(gòu)，特別是天線振子與輔助振 子的形狀等對天線特性的影響。
圖3 ( a )是天線振子31的脊形振子部33與輻射振子部34 —體 地形成矩形的寬帶天線的外觀斜視圖，圖3 (b)是其天線的VSWR 特性圖。此種結(jié)構(gòu)的寬帶天線由于不存在輔助振子，實(shí)質(zhì)上成為單脊 形波導(dǎo)管的工作方式。
這種寬帶天線雖可獲得VSWR約為2的實(shí)用水平的寬帶特性，但 在頻率高到某種程度的帶寬下，所述特性會顯著降低，因而實(shí)用范圍 受到一定限制。
圖4(a)與圖3 (a)相同，它實(shí)質(zhì)上是成為單脊形波導(dǎo)管工作方 式的寬帶天線的外觀斜視圖。
本例中天線振子41的脊形振子部43與輻射天線部44不成為一體 而是設(shè)于GND10上。這就是說，脊形振子部43在單脊形波導(dǎo)管的開 口斷面結(jié)構(gòu)中相當(dāng)于下部寬面的脊形部。饋電端子100與長方體形的 脊形振子部43的頂端以及輻射振子部44的中央部連接。圖4 (b)是 此天線的VSWR特性圖。
這種寬帶天線雖可獲得VSWR約為2的實(shí)用水平的寬帶特性，但 當(dāng)頻率高到某種程度的帶寬下，所述特性會顯著降低。
圖5 (a)是用來實(shí)現(xiàn)周知的雙脊形波導(dǎo)管工作方式的寬帶天線的 外觀斜視圖。這就是說，此種寬帶天線中的天線振子51的脊形振子部 53呈矩形，輔助振子52也形成與脊形振子部53實(shí)質(zhì)上相同尺寸的矩 形。圖5 (b)是此種天線的VSWR特性圖，由于適用雙脊形波導(dǎo)管 的工作理論，因而與圖3、 4所示的天線相比改進(jìn)了帶寬性。
但是與圖l(b)、圖2(b)的VSWR特性相比，能在良好的VSWR 下通過的頻率上限值并不高。根據(jù)這一事實(shí)可知，通過將脊形振子部 的頂端角部除去使成為大致的圓弧形，則可顯著地?cái)U(kuò)展帶寬。
<第三實(shí)施形式>
下面說明將本發(fā)明作為UWB通信中所用寬帶的UWB用天線實(shí) 施時的形式例子。假定此UWB通信是用GPS、天線LAN、車載雷達(dá) 等進(jìn)行，而通信頻率是在3.5GHz以上，VSWR在2.0以下。
為了便于天線的小型化，在本實(shí)施形式中將天線振子的輻射振子 部相對于脊形振子部形成預(yù)定的角度。例如在圖6中示明了具有天線 振子101和輔助振子102的寬帶的UWB通信用天線。而天線振子101 的第一輻射振子部104與第二輻射振子部105則分別從脊形振子部 103的兩基端，相對于該脊形振子部103沿垂直兩相反的方向延伸。 脊形振子部103其頂端略形成圓弧狀。第一、第二輻射振子部104、 105的終端各設(shè)置于GND10之上。
這種用于UWB通信的天線也是采用雙脊形波導(dǎo)管的工作方式， 具有輔助振子102，而饋電端子100則連接到此輔助振子102的頂端 與脊形振子部103的頂端，也即電磁強(qiáng)度為最大的部位。
圖6例示UWB通信用天線的尺寸如下
Hll=12mm、 Wll=32mm、 W12=16mm、 W13=16mm。
對于這種結(jié)構(gòu)的UWB通信用的天線，例如將通過計(jì)算機(jī)模擬基 于天線設(shè)計(jì)理論的軟件設(shè)計(jì)的無誤差理想形狀天線的USWR特性所 得結(jié)果，與根據(jù)上述軟件進(jìn)行的設(shè)計(jì)實(shí)際制成的試驗(yàn)用樣本的天線特 性實(shí)測結(jié)果進(jìn)行了比較。
試驗(yàn)用樣本是這樣的樣本它具有實(shí)際制造中帶來的偏差，例如 天線振子101中的脊形振子部103不具有精確的圓弧形等、相對于脊 形振子部103的第一輻射振子104與第二輻射振子105的相對角度未 必成為直角等、饋電端子100的位置多少偏離脊形振子部103的最頂 端等；或者是考慮到了從GNDIO的端部來的輻射的樣本。
圖7是上述模擬結(jié)果的SWR特性圖，圖8是實(shí)際測量結(jié)果的SWR 特性圖。由試驗(yàn)用樣本的上述尺寸求得的增益特性如圖9所示，超過 當(dāng)前所需某頻帶下的4-5 (dB:輸入一輸出比)，證明了此特性是在可 以實(shí)際應(yīng)用的范圍內(nèi)。輻射特性在垂直面內(nèi)的如圖10(a)所示，在 水平面內(nèi)的如圖10 (b)所示。在水平方向內(nèi)基本上無方向性。
從以上實(shí)例結(jié)果可知，通過采用圖6的天線結(jié)構(gòu)，模擬的與試驗(yàn) 用的樣本雖然在較高頻帶下的SWR特性有某種程度不同，但在某個 頻率以上，SWR (電壓比情形中的VSWR)的值穩(wěn)定，達(dá)到2以下時 的頻率延伸到50GHz附近。
這說明由于天線的設(shè)計(jì)、制造時存在有很大的容限，可以構(gòu)造成 適于批量生產(chǎn)的天線。實(shí)際上，在制造寬帶天線時，由于加工誤差、 饋電用共軸連接器與電纜的失配(特別是在毫米波下易發(fā)生)，因饋電 端子100的安裝誤差，天線材料所致的損耗(例如因接合材料所致的 損耗等)、以及測定誤差等，會產(chǎn)生偏差。但在采用本實(shí)施形式的UWB 通信用天線結(jié)構(gòu)時，即便有設(shè)計(jì)、制造中的某些偏差，但可以求得與 模擬結(jié)果大致相同的特性。換言之可以保持小型化與高增益下的超寬 帶特性的基本內(nèi)容。
求得以上結(jié)果的主要原因之一看來是天線振子101在其于平面 上展開時與GND10共同形成脊形波導(dǎo)管開口斷面結(jié)構(gòu)的形狀，同時 脊形振子部103的頂端與輔助振子102的頂端都取大致圓弧形。
圖6所示寬帶天線的情形中，上述尺寸下的實(shí)用的最低可能通信 頻率是3.4396GHz，即可以使用較此為高的任何頻率。于是按照適合 最低使用頻率的尺寸進(jìn)行設(shè)計(jì)與制造，就能將一架天線用作多個通信 用天線。
上述這樣性質(zhì)在今后作為用途預(yù)測會飛躍擴(kuò)大的UWB通信，特 別是作為車載型的多個通信裝置用的天線中，可以說是較為適合的性 質(zhì)。在將這種UWB用天線安裝到汽車等之上時，就能將車身等用作 接地面，這就非常便利了。
<第四實(shí)施形式>
UWB通信用天線也可以取圖ll所示的結(jié)構(gòu)，圖ll所示的天線相 當(dāng)于在圖6的UWB用的天線中，將天線振子101與輔助振子102的 最高部分為中心一切為二的結(jié)果。
具體地說，是將天線振子203的脊形振子部205和與之相對的輔 助振子204各形成半圓弧狀。饋電端子100則與各天線振子203的脊 形振子部205的頂端以及輔助振子204的頂端連接，天線的尺寸如下 H21=12mm、 W22=16mm、 W23=16mm。
圖11結(jié)構(gòu)的UWB用天線其增益雖比圖6所示結(jié)構(gòu)的稍低，但 VSWR特性圖以及輻射特性則與圖6所示結(jié)構(gòu)的大致相同。在著重天 線小型化的用途時，則適合采用圖11的那種UWB用天線。
<第五實(shí)施形式>
圖12示明UWB通信用天線的變形例。此天線可說是將圖11所 示的UWB通信用天線共兩架相組合的結(jié)果。
具體地說，天線振子301的脊形振子部303、 305是在雙脊形波導(dǎo) 管開口斷面結(jié)構(gòu)中,此雙波導(dǎo)管的脊形部高度為最大處作為中心線而 對稱的兩基端結(jié)構(gòu)，輻射振子部306包括分別相當(dāng)于雙脊形波導(dǎo)管 的寬壁部的第一振子，它們從脊形振子部的兩基端延伸；相當(dāng)于雙脊 形波導(dǎo)管側(cè)壁的第二振子，它是作為兩個第一振子延伸出的共用的振 子，且此第二振子的端部延伸到GND上。輔助振子302、 304它們與 脊形振子部303、 305有相同的尺寸且與之相對，在它們各自的頂端上 連接著饋電端子100。
一對第一振子的長度W32、 W33分別為16mm,第二振子的長度 (天線高度)H31為12mm。
取上述結(jié)構(gòu)與尺寸的UWB通信用天線與圖ll所示的在實(shí)際安裝 中具有基本上相同的尺寸，同時能顯著地改進(jìn)其增益特性。因而可以 實(shí)現(xiàn)完全兼?zhèn)湫⌒突拵?、增益特性的?yōu)良的UWB通信用天線。
<第六實(shí)施形式>
圖13示明UWB通信用天線的另一變形例，此天線可以說是將圖 6所示的UWB通信用天線共兩個，或是將圖ll所示的UWB通信用 天線共四個組合的結(jié)果。
與圖6的UWB通信用天線相比較相當(dāng)于將2個天線振子101以 各脊線振子部103的中心對稱線為基點(diǎn)而正交的結(jié)果。具體地說，此 實(shí)施形式的UWB通信用天線具有各具有兩基端的2個脊形振子部 403;具有從各基端延伸的4個輻射振子部404、 405、 406、 407的天
線振子401;與此天線振子401的脊形振子部403有相同形狀與尺寸 且相對的輔助振子402。饋電端子100與脊形振子部403的頂端以及 輔助振子402的頂端分別連接。兩組輻射振子部404、 406、 405、 407 分別相對于脊形振子部403垂直且沿相反方向延伸，以其端部設(shè)于 GND上。
此天線的尺寸如下
H41=12mm、 W42=W43=W44=W45=16mm。
取上述結(jié)構(gòu)與尺寸的UWB通信用天線與圖6所示的在實(shí)際安裝 中具有基本相同的尺寸，而與圖6所示的UWB通信用天線相比更無 方向性。因此能實(shí)現(xiàn)全面兼?zhèn)湫⌒突拵?、高增益性和無方向性 的優(yōu)異的UWB通信用天線。
<以上各實(shí)施形式的寬帶天線的優(yōu)點(diǎn)>
上面給出了多個實(shí)施形式來說明本發(fā)明的寬帶天線，而作為各實(shí) 施形式共同具有的特征則是本發(fā)明的寬帶天線基于波導(dǎo)管方式乃是 具有最低可能使用頻率且在某個平面上無方向性的超帶寬天線。這種 特性作為預(yù)測其用途今后將飛躍式擴(kuò)大的UWB通信用的廣泛使用的 天線，是至為重要的。
圖11結(jié)構(gòu)的天線能進(jìn)一步有助于小型化，在將多架天線組合的圖 12、 13的例子中，在小型化的同時，于UWB通信中還能獲得高的增益。
應(yīng)知本說明書中所示寬帶天線(UWB通信用天線)的結(jié)構(gòu)、尺 寸與材料等僅是作為舉例而給出的，在不脫離本發(fā)明特征范圍內(nèi)的其
他實(shí)施形式也是屬于本發(fā)明之內(nèi)的。
本發(fā)明的寬帶天線除用于UWB通信用天線之外，還可用作便攜 式電話、PDA等預(yù)定使用多種頻率同時也不限制天線安裝位置的移動 終端用天線、GPS天線、地面波數(shù)字廣播系統(tǒng)的接收天線、無線LAN 的接收發(fā)送天線、衛(wèi)星數(shù)字廣播接收天線、移動式電話用天線、ETC 收發(fā)用天線、電磁波傳感器、播放用無線電接收機(jī)用天線以及其他多 種天線。本發(fā)明的寬帶天線的最大優(yōu)點(diǎn)是能用一架天線滿足上述多種 用途。
權(quán)利要求
1.一種寬帶天線，它具有在將其展開于平面上時包含了形成波導(dǎo)管開口斷面結(jié)構(gòu)一部或全部形狀的天線振子；此天線振子具有電磁波輻射用的第一振子部和天線性能調(diào)整用的第二振子部；上述第一振子部在其上通過上述第二振子部或與上述第二振子部一起連接饋電端子。
2. —種寬帶天線，它具有在將其于平面上展開時與接地平面一起形成脊形波導(dǎo)管的開口斷面結(jié)構(gòu)形狀的天線振子；上述天線振子包括相當(dāng)于上述脊形波導(dǎo)管的脊形部的天線特性調(diào) 整用脊形振子部、以及相當(dāng)于上述脊形波導(dǎo)管壁部而從上述脊形振子 部延伸出的電磁波輻射用輻射振子部；而在上述脊形振子部的頂端則 連接著饋電端子。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的寬帶天線，其中上述脊形振子部形成大 致圓弧狀。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的寬帶天線，其中 上述脊形振子部是在上述開口斷面結(jié)構(gòu)中將上述脊形波導(dǎo)管的脊形部沿其高度方向切斷而成的一基端結(jié)構(gòu)；上述輻射天線部則從上述脊形振子部的基端延伸出。
5. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的寬帶天線，其中上述脊形振子部是在上述開口斷面結(jié)構(gòu)中將上述脊形波導(dǎo)管的高 度為最大的部位作為中心線而對稱的兩基端結(jié)構(gòu)；上述輻射天線則從上述脊形振子部的兩基端分別延伸出。
6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的寬帶天線，其中上述輻射振子部是從上述脊形振子部的兩基端分別相對于該脊形振子部沿預(yù)定角度方向延伸。
7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的寬帶天線，其中上述輻射振子部是從伸。
8. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的寬帶天線，其中使兩個前述的天線振 子以各脊形振子部的中心對稱線為基點(diǎn)而正交。
9. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的寬帶天線，其中 上述脊形振子部是在上述開口斷面結(jié)構(gòu)中以上述脊形波導(dǎo)管的脊形部的高度為最大的部位作為中心線而對稱，且在上述脊形波導(dǎo)管的 寬面上依預(yù)定角度彎折而成的兩基端結(jié)構(gòu)；上述輻射振子部中，分別相當(dāng)于上述脊形波導(dǎo)管寬壁部的第一振 子各從上述脊形振子部的兩基端延伸出，且共用相當(dāng)于上述脊形波導(dǎo) 管側(cè)壁的第二振子。
10. 根據(jù)權(quán)利要求2至9任一項(xiàng)所述的寬帶天線，其中此寬帶天 線還包括與上述天線振子的脊形振子部具有相同形狀與結(jié)構(gòu)的輔助 振子，上述輔助振子的基端設(shè)于接地面上； 上述輔助振子與上述脊形振子部相互在同一面上相對； 上述天線振子的輻射振子部的終端設(shè)在接地面上； 上述輔助振子的頂端與上述天線振子的脊形振子部的頂端相互最 接近的部位處連接著上述饋電端子。
全文摘要
提供了超寬帶、高性能和低成本的寬帶天線。此寬帶天線具有在將其展開于平面上時包含了與GND(10)共同形成脊形波導(dǎo)管開口斷面結(jié)構(gòu)形狀的天線振子。此天線振子具有相當(dāng)于脊形波導(dǎo)管的脊形部的脊形振子部(13)以及相當(dāng)于脊形波導(dǎo)管壁部且從脊形振子部(13)延伸出的電磁波輻射用的輻射振子部(14)。還具有與脊形振子部(13)有相同形狀和結(jié)構(gòu)的相對的輔助振子(12)。輻射振子部(14)的終端設(shè)在GND(10)之上，在脊形振子部13的頂端上連接著饋電端子(100)。
文檔編號H01Q13/06GK101203985SQ20068002211
公開日2008年6月18日 申請日期2006年4月27日 優(yōu)先權(quán)日2005年5月2日
發(fā)明者柳澤和介, 葛俊祥 申請人:株式會社友華