[发明专利]宽带天线

说明书

技术领域

本发明涉及用于UWB(超宽带)之类的宽带通信系统以及不同频带的无线系统中的宽带天线。

背景技术

作为宽带通信系统中所用的天线，已知有多振子天线、螺旋天线与对数周期天线等。

多振子天线是由频带稍有不同的许多天线振子相组合以获得宽带天线特性的天线。这种多振子天线虽然具有优越的宽带特性，但由于需将许多天线振子组合，就难以调节各个天线振子的馈电阻抗与谐振频率。螺旋天线与对数周期天线尽管构造简单，但不仅整体体积庞大，而且在附加上地线后，方向性仅仅是取与地面垂直的方向。

一般，在多振子天线、螺旋天线与对数周期天线中，若想扩展有实用性的频带，则它们的设计与调节会非常困难。因而一直难以实现易进行工业化生产的宽带天线。

近年来UWB之类的宽带通信系统已用于种种领域。即使在汽车中，也用于车载无线收音机、便携式电话、PDA(个人数字辅助器)等的移动体终端以及电磁波传感器等。例如在一辆汽车之中使用AM/FM收音机、车载TV、GPS、卫星数字广播、蜂窝式移动电话系统、ETC、蓝牙、W-LAN等已属平常。

采用这样的各种带宽的频率的终端乃至系统时，例如在一辆汽车上就必须安装许多天线，从而就会产生不仅需要有安装天线用的场所不仅增大而且还有费用异常高的问题。

发明内容

本发明的目的即在于提供能一举解决上述问题的高性能与低成本的宽带天线。

本发明的宽带天线在将其展开于平面上时包含有形成波导管开口断面结构一部分或全部形状的天线振子。这种天线振子具有电磁波辐射用的第一振子部和天线特性调整用的第二振子部，上述第一振子部在其上通过上述第二振子部或与上述第二振子部一起连接着馈电端子。天线特性例如是阻抗特性、VSWR(电压驻波比)特性、辐射特性等。

在上述结构的宽度天线中，天线振子依照波导管模理论工作。

通过波导管的电磁波有TE模波和TM模波。TE模波的波阻抗Zw与TM波的波阻抗Ze分别如下述。

Zw＝Zo/(1-(fc/f)^2)

Ze＝Zo·(1-(fc/f)^2)

上式中，Zo=120π·(μr/ϵr),]]>μr为传播媒质的相对磁导率，εr为传播媒质的相对介电常数。在自由空间情形，μr＝εr＝1，Zo为120π。

若是信号的频率f比波导管的截止频率fc高，此信号便通过波导管。若是将信号的频率f设定得远比截止频率fc高，则Zw与Ze的值与自由空间中的Zo相同而为120π。于是本发明的宽带天线在确定了截止频率fc后，就成为能使远较fc为高的频率f都能通过的所谓高通滤波器的工作模式。采用这种工作模式则是本发明的宽带天线的一个特征。天线的特性可由第二振子部调节。

作为波导管的例子之一可以举出脊形波导管。具体地说，本发明的宽带天线可以取定为这样的天线，它包括在将其于平面上展开时与接地面一起构成脊形波导管的开口断面结构的形状的天线振子。

上述天线振子具有：相当于上述脊形波导管脊形部的天线特性调整用的脊形振子部；相当于上述脊形波导管的壁部且从上述脊形振子部延伸出的电磁波辐射用的辐射振子部，而在上述脊形振子部的前端上则连接着供电端子。

这种宽带天线可以按照脊形波导模理论工作。脊形波导管的截止频率fc例如比相同剖面积的普通的矩形波导管的低。因此可以实现能降低可用频率且维持宽带性的天线。此外由于具有脊形振子部这样的表面部分，例如与卷线式的情形相比，匹配的范围成为宽频带响应。这就是说，还能够保持作为电磁波辐射体的功能和抑制馈电端子的不匹配性。还由于在设计制造时可以只考虑使用中预定的最低频率，故容易实现工业化生产，也易于实现低成本化。

在最佳的实施形式中，上述脊形振子部形成大致圆弧状，这样不仅可以尽可能地提高可以使用频率的上限，还能更显著地增强宽带性质。

上述脊形振子部例如可以取定为，使上述开口断面结构中上述脊形波导管的脊形部沿其高度方向截断而成的有一基端的结构。在此情形下，上述辐射振子部要从上述脊形振子部的基端延伸出。