CN108346862B - 复合天线装置 - Google Patents

Abstract

提供了一种复合天线装置，其能够实现贴片天线的增益增强，以及整个装置尺寸的进一步小型化。复合天线装置包括基板(10)、第一天线(20)以及第二天线(30)，该复合天线装置能够接收用于车辆的多个频段的信号。第一天线(20)由贴片天线构成，该贴片天线载置在基板(10)上，并且能够接收第一频段的信号。第二天线(30)由能够接收低于第一频段的第二频段的信号的电容式天线构成。第二天线(30)包括顶部负载部分(31)，所述顶部负载部分(31)设置为覆盖第一天线(20)，并且具有至少一个导电面状体，该至少一个导电面状体还起到用于第一天线(20)的导波器的作用。

Description

复合天线装置

技术领域

本发明涉及一种复合天线装置，更具体地涉及一种能够接收用于车辆的多个频段的信号的复合天线装置。

背景技术

作为车辆天线装置，通常使用能够接收AM和FM广播的那些装置。存在可用的多种类型的车辆天线装置，比如杆状天线、薄膜天线以及玻璃天线。近来，还存在一种可用的所谓鲨鱼鳍天线，其是一种具有小尺寸与低轮廓的天线装置。关于天线长度，杆状天线或类似物设计为具有作为FM广播频段的1/4波长的长度。此外，在车辆天线装置中，由于天线高度(即，从车辆顶篷突出的长度)受限于用于外部配件的规定，因此存在螺旋天线，其中天线元件螺旋缠绕，以减小其长度。然而，在AM广播频段中，天线长度比波长短得多，结果是接收灵敏度显著恶化。因此，开发了一种天线装置，其中通过将金属顶部负载部分附接到用于施加电容的天线元件的开口端侧以将天线元件构造为电容式天线，从而可以降低天线装置的高度。

例如，专利文件1公开了能够接收AM和FM广播的鲨鱼鳍型低轮廓天线装置。该天线装置具有第一螺旋部分和起到顶部负载部分的作用的第二螺旋部分，以构造AM/FM元件。此外，该天线装置可以在基板上安装GPS(全球定位系统)贴片天线、SDARS(卫星数字音频无线电服务)贴片天线或类似物。然而，在类似专利文件1中公开的低轮廓天线装置的复合天线装置中，AM/FM元件抑制了贴片天线的性能，使得有必要将AM/FM元件和贴片天线彼此分开预定间隔，因此不可避免地增大了装置尺寸。此外，为了确保贴片天线的性能，贴片天线有必要设置为不被AM/FM元件覆盖，使得布局设计困难。

作为设置在AM/FM元件下方的贴片天线不受AM/FM元件影响的这种天线元件，已知一种在专利文件2中公开的天线装置。专利文件2的天线装置构造为使得，用作AM/FM元件的电容板在宽度方向上具有等于或小于贴片天线的接收频率的大约1/4波长的尺寸，并且形成为在其纵向方向上延伸的曲折形状。贴片天线的接收波中处于电容板的纵长方向上的极化分量与大体上平行于宽度方向设置的线正交，使得贴片天线的天线特性不易受到影响。

专利文件1：日本专利申请特开No.2012-161075

专利文件2：日本专利申请特开No.2012-034226

尽管类似专利文件2的天线装置的天线装置能够使贴片天线的天线特性不易受到影响，但是现在需要进一步提高贴片天线的天线特性或者进一步小型化天线装置。

发明内容

鉴于这种情况，本发明旨在提供一种复合天线装置，其能够实现贴片天线的增益增强，并且使整个装置尺寸进一步小型化。

为了实现本发明的上述目的，本发明的复合天线装置可以包括：基板，固定到车辆；第一天线，由载置在基板上的贴片天线构成，并且能够接收第一频段的信号；以及第二天线，由能够接收低于第一频段的第二频段的信号的电容式天线构成，并且包括顶部负载部分，该顶部负载部分设置为覆盖第一天线，并且具有至少一个导电面状体，该至少一个导电面状体还起到用于第一天线的导波器的作用。

第二天线的顶部负载部分可以具有至少一个大致正方形的导电面状体。

第二天线可以具有至少一个短截线(stub)，该短截线将顶部负载部分电气地划分成多个大致正方形的导电面状体。

短截线可以具有能够基于第一天线调节的布置位置。

短截线可以由折叠图案形成，所述折叠图案由以交错方式布置在顶部负载部分上的多个狭缝构成，使得电流在彼此抵消的方向上流动。

短截线可以具有狭缝，所述狭缝的长度和/或布置位置能够调节第一天线和第二天线的天线特性。

导电面状体可以具有根据第一天线的贴片天线的尺寸设计的形式。

顶部负载部分可以为平面形状。

顶部负载部分可以具有相对于基板平行地延伸的面状平行部分和相对于基板倾斜地延伸的面状倾斜部分。

顶部负载部分可以由流线型构件构成，所述流线型构件具有在其纵向方向上延伸的顶部和从所述顶部向两侧延伸的侧面部。

第二天线还可以具有线圈，所述线圈的一个端部连接到顶部负载部分，使得顶部负载部分起到AM天线的作用，并且顶部负载部分和线圈起到FM天线的作用。

复合天线装置可以进一步包括放大器基板，其中，所述线圈的另一端部连接到所述放大器基板，所述线圈的另一端部位于与连接到所述顶部负载部分的所述一个端部相反的一侧。

第一天线可以由层叠贴片天线构成。

根据本发明的复合天线装置的优点是能够提高贴片天线的增益，并且能够实现整个装置尺寸的进一步小型化。

附图说明

图1A至图1C是局部剖视示意图，各自说明了根据本发明的一种复合天线装置。

图2A至图2C是局部剖视示意图，各自说明了根据本发明的复合天线装置的另一个实施例。

图3A和图3B是图2A至图2C所示的根据本发明的复合天线装置的每个顶部负载部分的电流分布图。

图4A至图4C是局部剖视示意图，各自说明了根据本发明的复合天线装置的顶部负载部分的另一个实施例。

图5A至图5C是局部剖视示意图，各自说明了根据本发明的复合天线装置的顶部负载部分的再一个实施例。

具体实施方式

以下将参照附图描述用于实施本发明的实施方式。图1A至图1C是局部剖视示意图，各自说明了根据本发明的一种复合天线装置。图1A是俯视图，图1B是侧视图，以及图1C是前视图。根据本发明的复合天线装置可以接收用于车辆的多个频段的信号，并且主要包括如图所示的基板10、第一天线20以及第二天线30。基板10、第一天线20和第二天线30构造为由天线罩1覆盖。天线罩1具有用于容纳元件或电路的内部空间，并且限定出低轮廓天线装置的外部形状。根据本发明的复合天线装置可以是通过将电容式天线和贴片天线结合而获得的复合天线，电容式天线可以接收例如AM广播频段的信号，贴片天线是用于GPS、SDARS或GLONASS的贴片天线。

基板10是待固定到车辆本体的部分。具体地，基板10可以是由比如树脂等绝缘体制成的所谓树脂基底，或者由比如金属等导体制成的所谓金属基底。此外，替代地，基板10可以是树脂-金属复合基底。基板10设有例如螺丝凸台11。螺丝凸台11插入到车辆顶篷中形成的孔中，并且从车辆的内部使用螺母夹住顶篷而固定基板10。用于连接车辆的内部与天线装置的线缆通过螺丝凸台11插入。此外，基板10由天线罩1覆盖。复合天线装置的内部空间通过基板10与天线罩1之间的配合而得到密封。

第一天线20载置在基板10上。第一天线20是可以接收第一频段的信号的贴片天线。第一天线20可以是使用圆极化波的介电陶瓷贴片天线。具体地，第一天线20可以是使用例如UHF频段作为共振频率的用于GPS、SDARS或GLONASS的贴片天线。

第一天线20可以是层叠贴片天线。层叠贴片天线由具有不同频段的多个贴片天线层叠而得。例如，第一天线20可以通过层叠多个介电贴片天线或通过层叠介电贴片天线与间隙贴片天线而构成。

第二天线30是能够接收比第一频段低的第二频段的信号的电容式天线。具体地，第二天线30可以是使用例如MF频段作为共振频率的AM天线。第二天线30是电容式天线，并且具有顶部负载部分31。顶部负载部分31设置成从上方覆盖第一天线20。顶部负载部分31具有大致正方形的导电面状体，其还用作第一天线20的导波器。所示实施例的第二天线30的顶部负载部分31由大致正方形的平板形成。术语“大致正方形”是指形状不必是完美的正方形，并且可以是与正方形稍微不同的梯形、平行四边形等，只要其能够用作第一天线20的导波器即可。此外，只要能用作第一天线20的导波器，顶部负载部分31的导电面状体不必具有大致正方形的形状，而是可以具有例如圆形形状。第一天线20或第二天线30的天线特性可以根据顶部负载部分31的形状进行调节。

顶部负载部分31的导电面状体的尺寸可以根据第一天线20的贴片天线的尺寸确定。具体地，可以将导电面状体的尺寸设定为使得导电面状体的一条边的长度为例如第一频段的大约1/2波长或大约1/4波长。例如，当第一天线20构造为GPS贴片天线时，第一频段为1575.42MHz，并且此时获得的波长大约为20cm。在这种情况下，顶部负载部分31的大致正方形的导电面状体可以设计为使得其一条边的长度是例如作为1/4波长的5cm。为了调节第一天线20或第二天线30的天线特性，可以适当地改变一条边的1/2或1/4波长尺寸。此外，存在与第一天线20的贴片天线的介电体的介电常数相应的缩短效应，使得适当减小顶部负载部分31的尺寸成为可能。

顶部负载部分31的所示导电面状体平行于基板10延伸，并且被保持部分50保持成与第一天线20隔开预定高度。此高度可以设置为与第一天线20的共振频率对应的值。原因是导电面状体如下所述用作第一天线20的导波器。具体地，可以在距第一天线20约10mm至约50mm的范围中调节高度，使得顶部负载部分31的导电面状体起到导波器的作用。根据导电面状体与第一天线20之间的距离或根据导电面状体的尺寸适当地控制第一天线20或第二天线30的指向性也是可能的。

顶部负载部分31的导电面状体在例如MF频段(AM广播频段)中作为电容式天线操作，从而能够接收第二频段的信号；然而，本发明不限于此。在本发明的复合天线装置中，第二天线30可以构造为AM/FM天线。即，第二天线30可以具有待连接到顶部负载部分31的线圈51。线圈51的一端通过例如连接线52与顶部负载部分31连接。因此，顶部负载部分31作为电容式天线操作，以起到AM天线的作用，并且同时，顶部负载部分31和线圈51作为电容式负载天线操作，以用作FM天线，其元件长度减小。

如上所述，在根据本发明的复合天线装置中，作为电容式负载天线的第二天线30的顶部负载部分31被做成起到用于第一天线20的贴片天线的导波器的作用，由此可以提高第一天线的增益。

此外，第二天线30可以设置为从上方覆盖第一天线20，从而允许安装空间变得更小，这进而可以减小整个复合天线装置的尺寸。

此外，以上述方式构造的第二天线30可以连接到放大器基板53。放大器电路54载置在放大器基板53上。线圈51的另一端(即，与线圈51的连接到顶部负载部分31的一端相反一侧的另一端)连接到放大器基板53。

如图所示，在根据本发明的复合天线装置中，第二天线30的位置向基板10侧降低，以将第二天线30构造为扁平的顶部负载部分31，由此允许天线罩1的脚侧比在鲨鱼鳍天线中得到更有效的利用，从而可以扩大元件的表面积。即，容量可以进一步增加。这允许改善作为AM天线的顶部负载部分31的特性，并进一步降低复合天线装置的顶部的位置。

当顶部负载部分31构成为电容式天线时，第二天线30的顶部负载部分31的容量优选地大。然而，当顶部负载部分31的尺寸简单地增加时，顶部负载部分31可能无法起到用于第一天线20的导波器的作用。在这种情况下，第一天线20的天线特性恶化。为了克服这个问题，根据本发明的复合天线装置如下构造。

图2A至图2C是局部剖视示意图，各自说明了根据本发明的复合天线装置的另一个实施例。图2A是俯视图，图2B是侧视图，以及图2C是前视图。在图2A至图2C中，与图1A至1C中相同的附图标记表示与图1A至1C中相同的部件。在图1A至1C的实施例中，顶部负载部分31由一个大致正方形的导电面状体构成。然而，本发明不限于此，并且如图2A至2C所示，顶部负载部分31可以由多个大致正方形的导电面状体构成。即，第二天线30具有短截线32，在从第一天线20观察时，所述短截线32将顶部负载部分31电气地划分成多个大致正方形的导电面状体。在所示的实施例中，示出了第二天线30，其中设置有三个短截线32，以将顶部负载部分31划分成四个大致正方形的导电面状体。在根据本发明的复合天线装置中，短截线的数量(即，导电面状体的数量)不限于此。例如，也可能是如下构造：其中设置一个短截线，以将顶部负载部分划分成两个大致正方形的导电面状体，或者设置更多短截线，以获得更多导电面状体。

这种构造允许第二天线30的顶部负载部分31的尺寸增加，由此允许其容量增加，从而提高AM天线的天线特性。此外，顶部负载部分31起到用于第一天线20的多个导波器的作用，从而进一步提高第一天线20的增益。

如图所示，短截线32由折叠图案形成，所述折叠图案由以交错方式布置在顶部负载部分31上的多个狭缝33构成，使得电流在彼此抵消的方向上流动。更具体地，当使用例如印刷电路板的铜箔形成顶部负载部分31时，蚀刻铜箔，以交错方式形成三个狭缝33，以获得一个短截线32。通过形成以交错方式布置的多个狭缝33，电流围绕狭缝33在彼此抵消的方向上流动。因此，在第一天线20的比如UHF频段等第一频段中，顶部负载部分31表现为多个大致正方形的块。在所示的实施例中，三个短截线32本身也以交错的方式布置；然而，本发明不限于此，并且三个短截线可以从同一侧延伸。

本发明中使用的短截线不限于所示的实施例，并且可以具有任何构造，只要其能够在从第一天线观察时将顶部负载部分电气地划分成多个导电面状体，并且电连接多个导电面状体，使得第二天线起到电容式天线的作用。

这样被短截线32划分的顶部负载部分31的多个大致正方形的导电面状体起到用于第一天线20的导波器的作用。另一方面，在第二天线30的比如MF频段和VHF频段等第二频段中，顶部负载部分31起到AM/FM天线的作用。

根据本发明的复合天线装置不限于所示实施例。例如，可以在空闲空间中附加地设置TEL天线。

第二天线30的顶部负载部分31的导电面状体的尺寸可以根据第一天线20的贴片天线的尺寸确定。具体地，可以将导电面状体的尺寸设定为使得导电面状体的一条边的长度是贴片天线的第一频段的大约1/4波长。由于设置在第二天线30下方的第一天线的贴片天线的介电体的介电常数的影响，介电常数越高，顶部负载部分31的外观尺寸比实际中更大。由此，第一天线20的介电体的介电常数越高，顶部负载部分31就可以制造得越小。

短截线32的位置可以基于第一天线20进行调节。即，第一天线20的贴片天线的介电体的介电常数越高，相邻短截线32之间的间距就可以越窄。此外，短截线32并非必须以相等的间距布置以将顶部负载部分31划分成大致正方形的导电面状体。短截线32的布局可以根据第一天线20或第二天线30的天线特性适当地调节。例如，短截线32可以布置为使得更靠近第一天线20的导电面状体可以形成为更小的尺寸。

此外，天线特性可以根据构成设置在顶部负载部分31上的每个短截线32的狭缝33的长度和/或布置位置来调节。即，狭缝33的长度可以对于每个短截线32而改变。此外，相邻狭缝33之间的布置间距可以对于每个短截线32而改变。狭缝长度或狭缝布置间距可以根据第一天线20或第二天线30的天线特性适当地调节。当狭缝长度或狭缝布置改变时，第二天线30的电长度改变，从而允许调节第二天线30的天线特性。

具体地，如在图1A至1C所示的复合天线装置中，当第一天线20构造为GPS贴片天线时，第一频段为1575.42MHz，并且此时获得的波长约为20cm。在这种情况下，原则上，顶部负载部分31的大致正方形的导电面状体可以设计为使得其一条边的长度是例如作为1/4波长的5cm。由此，在图2A至图2C所示的复合天线装置的情况下，三个短截线32以5cm的等间距布置。因此，形成四个5cm×5cm的导电面状体。

这里，根据第一天线20的贴片天线的介电体的介电常数获得缩短效应，使得进一步减小顶部负载部分31的大致导电面状体的尺寸成为可能。具体地，当第一天线20是GPS贴片天线时，顶部负载部分31在纵向方向上的长度可以设定为12cm，并且其在短边方向上的长度可以设定为3cm。在这种情况下，三个短截线32以3cm的等间距布置。即，形成四个3cmx3cm的导电面状体。这意味着，为第一天线20提供四个导波器。通过多个导波器，可以进一步提高第一天线20的增益。此外，在这种情况下，顶部负载部分31的尺寸大到12cm×3cm，因此为AM广播频段获得了足够的容量。

图3A和图3B是图2A至图2C所示的根据本发明的复合天线装置的每个顶部负载部分的电流分布图。图3A示出了第一天线的SDARS贴片天线的频段中的电流分布，并且图3B示出了第一天线的GPS贴片天线的频段中的电流分布。在图3A和图3B中，与图2A至2C中相同的附图标记表示与图2A至2C中相同的部件。如图所示，在SDARS贴片天线和GPS贴片天线的频段中，第二天线30的顶部负载部分31被多个短截线32划分成四个大致正方形的块。

在具有上述构造的根据本发明的复合天线装置中，可以提高第一天线的增益，并且可以增加第二天线的顶部负载部分的容量。此外，顶部负载部分可以设置为从上方覆盖第一天线，从而允许整个装置尺寸的小型化。此外，根据第一天线20的介电体的介电常数，第二天线30的顶部负载部分31的尺寸可以进一步减小。

接下来，将使用图4A至图4C描述根据本发明的复合天线装置的顶部负载部分的另一实施例。图4A至图4C是局部剖视示意图，各自说明了根据本发明的复合天线装置的顶部负载部分的另一个实施例。图4A是俯视图，图4B是侧视图，以及图4C是前视图。在图4A至图4C中，与图2A至2C中相同的附图标记表示与图2A至2C中相同的部件。在图2A至图2C的前述的实施例中，顶部负载部分31仅由平行于基板10延伸的部分(即，一个平板)构成。然而，本发明不限于此，并且如图4A至图4C所示，顶部负载部分31可以由平行于基板10延伸的面状平行部分35和相对于基板10倾斜地延伸的面状倾斜部分36构成。采用此构造，可以更有效地利用天线罩1的高度降低的天线罩1的前端侧的部分。

此外，在所示的实施例中，面状倾斜部分36朝向连接线52具有锥形形状。当基板10或车辆的导电部分与面状倾斜部分36之间的距离减小时，天线性能可能由于电容耦合而恶化。因此，面状倾斜部分36形成为锥形形状，以减少电容耦合，从而使天线性能的恶化最小化。然而，在一定的接收灵敏度条件下，面状倾斜部分36可以具有与面状平行部分35在短边方向上的宽度相同的宽度。

此外，在所示的实施例中，连接线52朝向线圈51具有锥形形状。这允许在尤其是VHF频段(FM广播频段)中实现更宽的带宽。然而，连接线52可以在一定的接收灵敏度条件下具有直线形状或正方形形状。

此外，在所示的实施例中，构成顶部负载部分31的面状平行部分35和面状倾斜部分36以及连接线52一体地形成。例如，顶部负载部分31由通过钣金加工弯曲成预定形状的导电板形成。面状平行部分35、面状倾斜部分36以及连接线52并非必须一体地形成，也可以彼此分离地形成。

将通过使用图5A至图5C描述根据本发明的复合天线装置的顶部负载部分的再一个实施例。图5A至图5C是局部剖视示意图，各自说明了根据本发明的复合天线装置的顶部负载部分的再一个实施例。图5A是俯视图，图5B是侧视图，以及图5C是前视图。在图5A至图5C中，与图2A至2C中相同的附图标记表示与图2A至2C中相同的部件。在图2A至图2C的前述的实施例中，顶部负载部分31仅由平行于基板10延伸的部分构成。然而，本发明不限于此，并且如图5A至5C所示，顶部负载部分31可以由流线型构件构成，所述流线型构件具有在其纵向方向上延伸的顶部37和从顶部37向两侧延伸的侧面部38。通过这种构造，第二天线30的顶部负载部分31可以沿着具有例如鲨鱼鳍形状的天线罩1的形状形成。顶部37不限于沿着所示鲨鱼鳍形状的棱线的形状，并且可以具有这样一种构造，该构造具有面状顶部以及从面状顶部的两侧延伸的侧面部。

如在以上所示的实施例中，甚至对于图5A至5C所示的结构，多个短截线32可以布置在顶部负载部分31上，以将顶部负载部分31电气地划分成多个大致正方形的导电面状体。大致正方形的导电面状体在俯视图上观察时具有大致正方形的形状。

在图5A至5C的实施例中，顶部负载部分31的保持部分50设置在天线罩1侧。然而，本发明不限于此，并且保持部分50可以如图1A至1C和图2A至2C的实施例中一样设置在基板10上。

根据本发明的复合天线装置不限于上面参照附图描述的那些装置。在不背离本发明的范围的情况下，可以进行各种变换。

Claims (11)

1.一种能够接收用于车辆的多个频段的信号的复合天线装置，所述复合天线装置包括：

基板，固定到车辆；

第一天线，由载置在基板上的贴片天线构成，并且能够接收第一频段的信号；以及

第二天线，由能够接收低于所述第一频段的第二频段的信号的电容式天线构成，并且包括顶部负载部分，所述顶部负载部分设置为覆盖所述第一天线并且具有至少一个导电面状体，所述至少一个导电面状体还起到用于增强所述第一天线的增益的导波器的作用，

其中，所述第二天线的所述顶部负载部分具有至少一个大致正方形的导电面状体，并且

其中，所述第二天线具有至少一个短截线，所述短截线将所述顶部负载部分电气地划分成多个大致正方形的导电面状体。

2.根据权利要求1所述的复合天线装置，其中，所述短截线具有能够基于所述第一天线进行调节的布置位置。

3.根据权利要求1所述的复合天线装置，其中，所述短截线由折叠图案形成，所述折叠图案由以交错方式布置在所述顶部负载部分上的多个狭缝构成，使得电流在彼此抵消的方向上流动。

4.根据权利要求3所述的复合天线装置，其中，所述短截线具有狭缝，所述狭缝的长度和/或布置位置能够调节所述第一天线和所述第二天线的天线特性。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的复合天线装置，其中，所述导电面状体具有根据所述第一天线的所述贴片天线的尺寸设计的形式。

6.根据权利要求1至4中任一项所述的复合天线装置，其中，所述顶部负载部分具有平面形状。

7.根据权利要求6所述的复合天线装置，其中，所述顶部负载部分具有相对于所述基板平行地延伸的面状平行部分和相对于所述基板倾斜地延伸的面状倾斜部分。

8.根据权利要求1至4中任一项所述的复合天线装置，其中，所述顶部负载部分由流线型构件构成，所述流线型构件具有在其纵向方向上延伸的顶部和从所述顶部向两侧延伸的侧面部。

9.根据权利要求1至4中任一项所述的复合天线装置，其中，所述第二天线还具有线圈，所述线圈的一个端部连接到所述顶部负载部分，使得所述顶部负载部分起到AM天线的作用，并且所述顶部负载部分和所述线圈起到FM天线的作用。

10.根据权利要求9所述的复合天线装置，还包括放大器基板，

其中，所述线圈的另一端部连接到所述放大器基板，所述线圈的另一端部位于与连接到所述顶部负载部分的所述一个端部相反的一侧。

11.根据权利要求1至4中任一项所述的复合天线装置，其中，所述第一天线由层叠贴片天线构成。

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