АНТЕННОЕ УСТРОЙСТВО Российский патент 2015 года по МПК H01Q13/08 

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ

Данное изобретение относится к антенному устройству с двумя питающими фидерами.

ПРЕДШЕСТВУЮЩИЙ УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

Обычно, в качестве стандарта спутниковой системы определения местоположения, которая измеряет местоположение подвижного объекта, такого, как велосипед, известна глобальная система определения местоположения (GPS). В GPS, приемник GPS, предусмотренный на подвижном объекте, принимает сигнал GPS, передаваемый от спутника GPS, посредством, например, патч-антенны и измеряет местоположение самого движущегося объекта за счет использования принимаемого сигнала GPS.

GPS - это американский стандарт, и средняя частота несущей его диапазона частот несущих волн составляет 1,57542 ГГц. Кроме того, в качестве стандарта российской спутниковой системы определения местоположения известна глобальная спутниковая навигационная система (GLONASS). В GLONASS, приемник, предусмотренный на подвижном объекте, принимает сигнал от спутника GLONASS посредством, например, патч-антенны и измеряет местоположение самого движущегося объекта за счет использования принимаемого сигнала аналогично тому, как это делается в GPS. Средняя частота диапазона частот несущих волн GLONASS составляет примерно 1,602 ГГц. В том смысле, в каком они описываются здесь, диапазоны частот несущих волн GPS и GLONASS сравнительно близки друг к другу. Кроме того, GPS и GLONASS являются стандартами для осуществления связи за счет использования сигнала круговой поляризации с вращением по часовой стрелке.

Кроме того, известна двухдиапазонная антенна, которая может принимать сигнал нормальной частоты и сигнал частоты, который создает задержку, для GPS и GLONASS (см., например, патентный документ 1). Например, такая двухдиапазонная антенна для GPS принимает нормальную частоту 1,575 ГГц и частоту 1,277 ГГц, которая создает задержку. Такая двухдиапазонная антенна оснащена двумя комплектами проводника, который представляет собой излучающий электрод и заземляющий проводник.

ИЗВЕСТНЫЕ ДОКУМЕНТЫ

Патентный документ

Патентный документ 1: Выложенная заявка № H7-288420 на патент Японии

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Задача, решаемая изобретением

Существует потребность в антенном устройстве, которое может принимать и сигнал GPS, и сигнал GLONASS. Вышеописанная обычная двухдиапазонная антенна предназначена для приема сигнала нормальной частоты и частоты, создающей задержку, которые относительно далеки друг от друга, чтобы их можно было использовать в GPS и GLONASS. Ввиду вышеизложенного, обычная двухдиапазонная антенна имеет конфигурацию, обеспечивающую прием сигналов двух диапазонов частот - GPS и GLONASS. Однако такая конфигурация требует двух комплектов антенны, включая излучающий электрод и заземляющий проводник, и эта конфигурация сложна.

Ввиду вышеизложенного, для GPS и GLONASS можно применить патч-антенну, включающую в себя одну точку подачи питания и один излучающий электрод, для приема сигналов двух частот, которые относительно близки друг к другу. Поскольку сигналы GPS и GLONASS представляют собой сигнал волны круговой поляризации, этот сигнал волны круговой поляризации можно принимать, предусматривая возмущающий элемент (вырез, выпуклость) в одном излучающем электроде патч-антенны. Вместе с тем, хотя патч-антенна, которая включает в себя одну точку подачи питания и один излучающий электрод, имеет простую конструкцию, диапазон, обладающий удовлетворительным коэффициентом эллиптичности, является узким.

Поэтому возникает мысль применить для GPS и GLONASS патч-антенну, включающую в себя две точки подачи питания и один излучающий электрод, для приема сигналов двух частот, которые относительно близки друг к другу. Патч-антенна с двумя точками подачи питания и одним излучающим электродом не требует предусматривать возмущающий элемент в излучающем электроде, а за счет сдвига фазы одного электрического сигнала на 90 градусов относительно другого электрического сигнала - причем оба электрических сигнала являются электрическими сигналами, подаваемыми в точки подачи питания, - оказывается возможным излучение радиосигнала волны круговой поляризации, и наоборот, оказывается возможным прием радиосигнала волны круговой поляризации. В патч-антенне с двумя точками подачи питания и одним излучающим электродом, диапазон, обладающий удовлетворительным коэффициентом эллиптичности, является широким, потому что патч-антенна включает в себя две точки подачи питания. Однако в патч-антенне с двумя точками подачи питания и одним излучающим электродом трудно изолировать тракт для подачи питания к одной из точек подачи питания от тракта для подачи питания к другой из точек подачи питания.

Кроме того, возникла потребность сделать площадь схемы, которая соединена с антенным элементом, малой, чтобы уменьшить размеры антенного устройства.

Задача данного изобретения состоит в том, чтобы в антенном устройстве, имеющем две точки подачи питания и один излучающий электрод, сделать диапазон, обладающий удовлетворительным коэффициентом эллиптичности, широким, улучшить изоляцию между двумя трактами от входной клеммы до двух точек подачи питания и сделать площадь схемы, которая соединена с антенным элементом, малой.

СРЕДСТВА РЕШЕНИЯ ЗАДАЧИ

Чтобы решить вышеупомянутую задачу, антенное устройство, которое представляет собой изобретение, описанное в п.1 формулы изобретения, включает в себя антенный элемент и блок подложки, который предусмотрен на нижней поверхности антенного элемента, причем антенный элемент включает в себя основание антенны, выполненное из диэлектрика, магнитного тела или магнитного диэлектрика, излучающий электрод, который предусмотрен на верхней поверхности основания антенны, первый элемент подачи питания и второй элемент подачи питания, которые соединены с излучающим электродом и которые пронизывают основание антенны, и заземляющий электрод, который предусмотрен на нижней поверхности основания антенны, причем блок подложки включает в себя блок распределительной схемы, который включает в себя соединительный элемент, который соединен с входным выводом для подачи питания, первый элемент тракта и второй элемент тракта, имеющие длину тракта 1/4 λ, разделяемые в соединительном элементе, и резистор, который соединен с выходными выводами первого элемента тракта и второго элемента тракта, и блок фазосдвигающей схемы, который включает в себя третий элемент тракта, который представляет собой тракт к первому элементу подачи питания от резистора, где входной вывод предусмотрен около первого элемента подачи питания, и четвертый элемент тракта, который представляет собой тракт ко второму элементу подачи питания от резистора, имеющий длину тракта, бóльшую, чем третий элемент тракта, на 1/4 λ, при этом блок распределительной схемы и блок фазосдвигающей схемы выполнены на одной и той же поверхности блока подложки, а блок фазосдвигающей схемы находится внутри первого элемента тракта и второго элемента тракта блока распределительной схемы.

В изобретении, описанном в п.2 формулы изобретения, блок подложки антенного устройства по п.1 формулы изобретения включает в себя блок усилительной схемы, который выполнен на той же поверхности, что и блок распределительной схемы и блок фазосдвигающей схемы и который усиливает сигнал, выдаваемый с соединительного элемента блока распределительной схемы.

ПРЕИМУЩЕСТВО ИЗОБРЕТЕНИЯ

В соответствии с данным изобретением, в антенном устройстве, включающем в себя две точки подачи питания и один излучающий электрод, диапазон, обладающий удовлетворительным коэффициентом эллиптичности, можно сделать широким, изоляцию между двумя трактами от входного вывода до двух точек подачи питания можно улучшить, а площадь схемы, которая соединена с антенным элементом, можно сделать малой.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

На фиг.1 представлено покомпонентное изображение антенного устройства в варианте осуществления данного изобретения.

На фиг.2 представлен вид в разрезе антенного устройства.

На фиг.3 представлен схематичный чертеж антенного устройства.

На фиг.4 представлен схематичный чертеж антенного элемента, блока подложки и подставки.

На фиг.5 представлен вид в плане антенного элемента и блока подложки.

На фиг.6 представлен вид в плане схемного блока в блоке подложки.

На фиг.7А представлен чертеж, иллюстрирующий соединительный элемент схемы блок в разъединенном состоянии. На фиг.7В представлен чертеж, иллюстрирующий соединительный элемент схемы в соединенном состоянии.

На фиг.8 представлен вид в плане фазосдвигающей схемы.

На фиг.9 представлен график, иллюстрирующий зависимость S11 от частоты антенного устройства.

На фиг.10 представлена круговая диаграмма полных сопротивлений антенного устройства.

На фиг.11 представлен график, иллюстрирующий зависимость коэффициента эллиптичности от частоты антенного устройства.

На фиг.12 представлен график, иллюстрирующий зависимость усиления - по направлению к зениту - от частоты антенного устройства.

На фиг.13 представлена круговая диаграмма, иллюстрирующая диаграмму направленности антенного устройства.

ПРЕДПОЧТИТЕЛЬНЫЙ ВАРИАНТ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ ДАННОГО ИЗОБРЕТЕНИЯ

Ниже, со ссылками на прилагаемые чертежи, приведено подробное описание варианта осуществления данного изобретения. Однако объем притязаний изобретения не ограничивается примерами, показанными на чертежах.

Вариант осуществления изобретения описан ниже со ссылками на фиг.1-13. Сначала, со ссылками на фиг.1-8, описана конфигурация устройства, присущая антенному устройству 1 в этом варианте осуществления.

Конфигурация антенного устройства 1 в целом описана далее со ссылками на фиг.1-3. На фиг.1 показана покомпонентная конфигурация антенного устройства 1. На фиг.2 показана конфигурация антенного устройства 1 в разрезе. На фиг.3 показана схематичная конфигурация антенного устройства 1.

Антенное устройство 1 в этом варианте осуществления представляет собой патч-антенну, как для GPS, так и для GLONASS как стандартов для диапазонов частот, которые относительно близки друг к другу. Диапазон частот несущей волны составляет 1,57542±0,1 ГГц, а средняя частота составляет 1,57542 ГГц. Средняя частота диапазона частот несущей волны GLONASS составляет 1,602+k×0,0005625 ГГц (k: номер частотного канала для каждого спутника). Кроме того, GPS и GLONASS являются стандартами для осуществления связи с использованием сигнала круговой поляризации с вращением по часовой стрелке.

Антенное устройство 1 прикреплено к приборной панели транспортного средства как подвижного объекта. Как показано на фиг.1 и 2, антенное устройство 1 включает в себя антенный элемент 2, блок 3 подложки, экранирующий кожух 4, прокладочный лист 5, верхнюю крышку 6, подставку 7 и винты 8.

Антенный элемент 2 является основной корпусной частью патч-антенны антенного устройства 1 и представляет собой приемную антенну, которая принимает радиосигнал GPS или GLONASS, посланный со спутника. Антенный элемент 2 имеет, например, форму квадратной пластины размером 40×40×4t мм.

Блок 3 подложки представляет собой печатную плату (ПП), которая подсоединена на нижней поверхности (задней поверхности) антенного элемента 2, и с этим блоком подложки соединен один конец коаксиального кабеля 3а. Другой конец коаксиального кабеля 3а соединен с клеммой, предназначенной для соединения с антенной, приемника GPS или GLONASS. Форма блока 3 подложки может быть формой квадратной пластины, соответствующей нижней поверхности антенного элемента 2. Однако упомянутый блок такой формой не ограничивается и может быть выполнен в форме, имеющей площадь, меньшую, чем нижняя поверхность антенного элемента 2. Блок 3 подложки имеет, например, квадратную форму размером 40×40×0,8t мм. Антенный элемент подсоединен и закреплен на блоке 3 подложки, например, с помощью двухсторонней липкой ленты. Антенный элемент и блок 3 подложки описаны ниже.

Экранирующий кожух 4 представляет собой кожух, который закрывает блок подложки снизу, и этот экранирующий кожух 4 блокирует попадание электронной волны в подложку 3 снаружи и предотвращает внесение шума в сигнал, который проходит через блок 3 подложки. Экранирующий кожух 4 имеет конфигурацию металлического проводника, например, из олова. Прокладочный лист 5 представляет собой лист, который действует как прокладка, будучи заключаемым между экранирующим кожухом 4 и подставкой 7, когда экранирующий кожух 4 надо подсоединить к подставке 7. Прокладочный лист 5 имеет, например, конфигурацию двухсторонней липкой ленты.

Верхняя крышка 6 представляет собой крышку, которая закрывает антенный элемент 2, блок 3 подложки, экранирующий кожух 4 и прокладочный лист 5 сверху (с верхней поверхности). Верхняя крышка 6 выполнена из резины и защищает антенный элемент 2, блок 3 подложки, экранирующий кожух 4 и прокладочный лист 5 от внешних воздействий и т.п. Верхняя крышка 6 включает в себя четыре охватывающих резьбовых участка (не показанных на чертеже), которые соответствуют винтам 8. Кроме того, верхняя крышка 6 включает в себя крючки (не показанные на чертеже) для подсоединения антенного элемента 2 и блока 3 подложки друг к другу. За счет скрепления антенного элемента 2 и блока 3 подложки с помощью крючков верхней крышки 6, антенный элемент 2 и блок 3 подложки можно точнее позиционировать на верхнюю крышку 6. Верхняя крышка 6 имеет, например, форму квадратной пластины размером 44,2×44,2×12,5t мм.

Подставка 7 также действует как заземляющая пластина и крепежный элемент для подсоединения антенного устройства 1 к приборной панели или аналогичному средству. Подставка 7 имеет конфигурацию металлического проводника, например, из меди, и заземлена. В подставке 7 выполнены четыре отверстия 7a для винтов 8. Подставка 7 имеет, например, форму квадратной пластины размером 70×70 мм или 90×90 мм.

Винты 8 являются четырьмя винтами с охватываемой резьбой для подсоединения верхней крышки 6 к подставке 7. Винты 8 соответственно пропущены насквозь в сквозных отверстиях 7a, которые выполнены в подставке 7, и соответственно свинчены с охватывающими резьбовыми участками верхней крышки 6. Поэтому верхнюю крышку 6 можно точно позиционировать на подставке 7. Таким образом, антенный элемент 2 и блок 3 подложки тоже точно позиционируются на подставке 7.

Как показано на фиг.3, коаксиальный кабель 3a, верхняя крышка 6 и подставка 7 (и винты 8) открыты в антенном устройстве 1 после сборки.

Далее, со ссылками на фиг.4-8, будут подробно описаны антенный элемент 2 и блок 3 подложки. На фиг.4 показана схематичная конфигурация антенного элемента 2, блока 3 подложки и подставки 7. На фиг.5 показана планарная конфигурация антенного элемента 2 и блока 3 подложки. На фиг.6 показана планарная конфигурация схемного блока 32 блока 3 подложки. На фиг.7A показан соединительный элемент 32с схемы в разъединенном состоянии. На фиг.7В представлен чертеж, иллюстрирующий соединительный элемент 32с схемы в соединенном состоянии. На фиг.8 показана планарная конфигурация блока 32а распределительной и фазосдвигающей схем.

Как показано на фиг.4 и 5, для антенного элемента 2, блока 3 подложки и подставки 7 в антенном устройстве 1 после сборки заданы ось Х, ось Y и ось Z. Ось Z проходит через центр в плоских поверхностях антенного элемента 2, блок 3 подложки и подставки 7. На фиг.4 показано, что антенный элемент 2 и блок 3 подложки отстоят от подставки 7 на заранее определенное расстояние благодаря наличию экранирующего кожуха 4 и прокладочного листа 5 между ними. Это заранее определенное расстояние составляет, например, 3 мм.

Как показано на фиг.4, антенный элемент 2 включает в себя излучающий электрод 21, основание 22 антенны, элементы 23А и 23В подачи питания и заземляющий электрод 24. Излучающий электрод 21 представляет собой электрод из металлического проводника, выполненный на верхней поверхности основания 22 антенны. Излучающий электрод 21 выполнен, например, на основании 22 антенны путем формирования рисунка с помощью квадратной серебряной фольги размером 43,1×34,1 мм, который меньше, чем у верхней поверхности основания 22 антенны. Элементы 23А и 23B подачи питания электрически соединены с излучающим электродом 21. Излучающий электрод 21 не имеет распределительного элемента (выреза, выпуклости).

Основание 22 антенны представляет собой плату, выполненную из диэлектрика, обладающего заранее определенной относительной диэлектрической проницаемостью. Относительная диэлектрическая проницаемость εr основания 22 антенны составляет, например, 6,8. Размеры антенного элемента 2 можно уменьшить благодаря эффекту укорочения длины волны, вызываемому относительной диэлектрической проницаемостью εr. Основание 22 антенны не ограничивается диэлектриком и может представлять собой магнитное тело, обладающее заранее определенной относительной диэлектрической проницаемостью εr, или может быть магнитным диэлектриком, обладающим заранее определенной относительной магнитной проницаемостью µr. Относительная магнитная проницаемость µr создает эффект сокращения длины волны. Основание 22 антенны имеет, например, форму квадратной пластины размером 40×40×4t мм.

Элементы 23А и 23B подачи питания представляют собой контакты для подачи питания, выполненные, например, из металлического проводника, а излучающий электрод 21 электрически соединен с концами элементов 23А и 23B подачи питания. Кроме того, элементы 23А и 23B подачи питания пронизывают заземляющий электрод 24 и основное тело 31 подложки блока 3 подложки таким образом, что другие их концы соединены с вышеупомянутым блоком 32а распределительной и фазосдвигающей схем схемного блока 32. Элементы 23А и 23B подачи питания представляют собой две точки подачи питания. Элементы 23А и 23B подачи питания могут иметь конфигурацию сквозных отверстий, которые пронизывают основание 22 антенны, и эти элементы 23А и 23B подачи питания соединены с блоком 32а распределительной и фазосдвигающей схем схемного блока 32 посредством пайки или аналогичного метода.

Заземляющий электрод 24 представляет собой электрод, выполненный из металлического проводника, который сформирован на нижней поверхности основания 22 антенны и заземлен. Например, заземляющий электрод 24 выполнен на основании 22 антенны путем формирования рисунка с помощью квадратной серебряной фольги размером 38×38 мм, который меньше, чем у нижней поверхности основания 22 антенны.

Блок 3 подложки включает в себя основное тело 31 подложки и схемный блок 32. Схемный блок 32 включает в себя блок 32a распределительной и фазосдвигающей схем и блок 32b усилительной схемы (рисунок схем на фиг.4 и 5 опущен).

Основное тело 31 подложки представляет собой изолирующую подложку типа FR 4 (огнезащитного типа), в которой стекловолокно вымочено эпоксидной смолой или аналогичным веществом. Основное тело 31 подложки выполнено, например, в форме квадратной пластины размером 40×40×0,8t мм. Заземляющий электрод (не показан на чертежах) образован путем формирования рисунка на всей верхней поверхности (на плоской поверхности на стороне, обращенной к антенному элементу 2) основного тела 31 подложки. Заземляющий электрод основного тела 31 подложки выполнен из металлического проводника, такого, как серебряная фольга, и заземлен.

Схемный блок 32 представляет собой схемный блок, выполненный на нижней поверхности (на плоской поверхности на стороне, обращенной к подставке 7) основного тела 31 подложки путем формирования рисунка с использованием металлического проводника, например, такого, как медная фольга. Блок 32a распределительной и фазосдвигающей схем представляет собой схему, которая делит электрический сигнал, передаваемый на элементы 23А и 23B подачи питания излучающего электрода 21 от входного вывода (соединительного элемента 321), на два и осуществляет фазовый сдвиг.

Как показано на фиг.5, элемент 23А подачи питания находится на плоской поверхности антенного элемента 2 и блока 3 подложки в положении, отстоящем от оси Z к оси X в положительном направлении на длину L1. Аналогично, элемент 23В подачи питания находится в положении, отстоящем от оси Z к оси Y в положительном направлении на длину L2. Например, L1 составляет 3,5 мм и L2 составляет 3,5 мм.

Блок 32b усилительной схемы представляет собой, например, малошумящий усилитель (МШУ) и соединен с блоком 32a распределительной и фазосдвигающей схем и коаксиальным кабелем 3a. Блок 32 усилительной схемы усиливает электрические сигналы, которые выдаются с элементов 23А и 23В подачи питания и подвергаются фазовому сдвигу блоком 32a распределительной и фазосдвигающей схем, и выдает эти сигналы в коаксиальный кабель 3a.

Далее, со ссылками на фиг.6 и 7, описано схемное соединение в схемном блоке 32 блока 3 подложки. Как показано на фиг.6, схемный блок 32 включает в себя блок 32a распределительной и фазосдвигающей схем, блок 32b усилительной схемы и соединительный элемент 32с схемы. Соединительный элемент 32c схемы представляет собой схемную структуру, например, из проводника в виде медной фольги, который соединяет блок 32a распределительной и фазосдвигающей схем и блок 32b усилительной схемы. Кроме того, блок 32b усилительной схемы включает в себя элемент 32b1 вывода, который представляет собой соединительный вывод, соединяемый с коаксиальным кабелем 3a.

Как показано на фиг.7A, соединительный элемент 32c схемы включает в себя элементы 32c1 и 32c2 соединительных выводов. Элемент 32c1 соединительного вывода представляет собой схемную структуру в форме полукруга, соединенную с выводом на стороне антенного элемента 2 блока 32b усилительной схемы. Элемент 32c2 соединительного вывода представляет собой схемную структуру в форме полукруга, соединенную с выводом на стороне приемника блока 32a распределительной и фазосдвигающей схем. То есть элементы 32с1 и 32с2 соединительных выводов образуют схемную структуру приблизительно круглой формы. Однако эта форма не является ограничительным признаком схемной структуры.

В одном процессе - при изготовлении антенного устройства 1 - осуществляют соединение схемного блока 32 блока 3 подложки и антенного элемента 2. При этом, во-первых, соединяющие элементы 32c1 и 32c2 соединительных выводов отделены друг от друга и находятся в разъединенном состоянии, где они не соединены электрически, как показано на фиг.7A. Когда соединительный элемент 32c схемы находится в разъединенном состоянии в антенном устройстве 1, с помощью элемента 32с2 соединительного вывода оценивается только выходной сигнал блока 32a распределительной и фазосдвигающей схем. Аналогичным образом, когда соединительный элемент 32c схемы находится в разъединенном состоянии, с помощью элемента 32с1 соединительного вывода оценивается только выходной сигнал блока 32b распределительной и фазосдвигающей схем.

Затем, после завершения оценок блока 32a распределительной и фазосдвигающей схем и блока 32b усилительной схемы, блок 32a распределительной и фазосдвигающей схем и блок 32b усилительной схемы припаиваются припоем S так, что они оказываются в соединенном состоянии, где они электрически соединены, как показано на фиг.7B.

Далее, со ссылками на фиг.8, подробно описан блок 32a распределительной и фазосдвигающей схем. В данном случае, описание приводится с допущением, что антенное устройство 1 - в порядке рабочей гипотезы - представляет собой передающую антенну, а электрический сигнал питания подается на излучающий электрод 21 через элементы 23А и 23B подачи питания блоком 32a распределительной и фазосдвигающей схем.

Блок 32a распределительной и фазосдвигающей схем включает в себя блок С1 распределительной схемы и блок С2 фазосдвигающей схемы. Блок С1 распределительной схемы представляет собой распределительную схему Уилкинсона.

Блок С1 распределительной схемы включает в себя соединительный элемент 321, элементы 322А и 322В трактов и резистор 323. Соединительный блок 321 представляет собой соединение, электрически соединяемое с блоком 32b усилительной схемы. Каждый из элементов 322А и 322В трактов представляет собой структуру тракта к резистору 323 от соединительного элемента 321. Резистор 323 находится между двумя выходным выводами элементов 322А и 322В трактов (двумя выходным выводами элементов 324A и 324B трактов).

Блок C2 фазосдвигающей схемы включает в себя элементы 324A и 324B трактов и соединительные элементы 325A и 325B контакта. Элемент 324А тракта представляет собой структуру тракта к соединительному элементу 325А контакта от резистора 323. Элемент 324В тракта представляет собой структуру тракта к соединительному элементу 325В контакта от резистора 323. Соединительный элемент 325А контакта представляет собой соединительный элемент, с которым электрически соединен элемент 23А подачи питания. Соединительный элемент 325В контакта представляет собой соединительный элемент, с которым электрически соединен элемент 23В подачи питания.

То есть в блоке 32а распределительной и фазосдвигающей схем тракт между блоком 32b усилительной схемы и элементами 23А и 23B подачи питания разделяется на тракт Р1, который является трактом через соединительный элемент 321 - элемент 322А тракта - (резистор 323) - элемент 324А тракта - соединительный элемент 325А контакта, и тракт Р2, который является трактом через соединительный элемент 321 - элемент 322В тракта - (резистор 323) - элемент 324В тракта - соединительный элемент 325А контакта. В данном случае, когда длина волны (излучаемого) радиосигнала выражена символом λ, длина тракта элемента 322А тракта составляет 1/4 λ и длина тракта элемента 322В тракта составляет 1/4 λ.

Соединительный элемент 325А контакта находится около резистора 323. Следовательно, длину тракта элемента 324А тракта можно считать несущественной по сравнению с элементом 324В тракта. Длина тракта элемента 324В тракта больше, чем длина тракта элемента 324А тракта, на 1/4 λ. Эта разность длин, составляющая 1/4 λ, соответствует разности фаз, составляющей 90°. То есть, фаза сигнала, который вводится в соединительный элемент 321 и проходит по тракту P1, сдвинута на 90° по сравнению с сигналом, который проходит по тракту P2.

В соединительном блоке 321, ширина линии задана такой, что полное сопротивление (импеданс) должно составлять 50 Ом. Элементы 322A и 322B трактов имеют импеданс 100 Ом со стороны соединительного элемента 321 и имеют импеданс 50 Ом со стороны элементов подачи питания. В частности, в элементах 322A и 322B трактов ширина линии задана такой, что они имеют импеданс примерно 71 (70,7) Ом. В элементах 324A и 324B трактов ширина линии задана такой, что они имеют импеданс примерно 50 Ом. В соединительных элементах 325А и 325В контакта импеданс составляет 50 Ом. В соединительном элементе 321 и элементах 322A и 322B трактов ширина линии составляет, например, 0,8 мм. В элементах 324A и 324B трактов ширина линии составляет, например, 1,5 мм. Кроме того, в соединительном элементе 321 ширина линии на практике фактически является большей чем 0,8 мм.

Резистор 323 предусмотрен для того, чтобы улучшить изоляцию между трактом Р1 и трактом P2. Кроме того, как показано на фиг.8, угловые участки (части, где тракты изогнуты под прямым углом) в трактах P1 и P2 скошены под углом 45°. То есть электрический ток, который проходит по трактам Р1 и Р2, течет вдоль внутренней стороны - по ширине тракта - так, что тракты будут короткими. Следовательно, внешние части - по ширине тракта - в трактах Р1 и Р2 не нужны, а скашивание в трактах Р1 и Р2 позволяет предотвратить увеличение емкостной составляющей.

Электрический сигнал для подачи питания, который вводится в соединительный элемент 321, делится на два и проходит через элементы 322А и 322В трактов как по трактам Р1 и Р2, соответственно, и достигает резистора 323. Электрический сигнал тракта Р1 после резистора 323 проходит через элемент 324А тракта и вводится в соединительный элемент 325А контакта. Электрический сигнал тракта P2 после резистора 323 проходит через элемент 324B тракта и вводится в соединительный элемент 325B контакта. Когда каждый сигнал достиг соединительных элементов 324А, 325B контактов, фаза электрического сигнала тракта P2 оказывается задержанной на 90° по сравнению с электрическим сигналом тракта Р1. Поэтому от излучающего электрода 21 излучается волна круговой поляризации.

В данном случае, характеристика передачи антенны (ввод электрического сигнала в антенну) эквивалентна характеристике приема антенны (выдаче электрического сигнала из антенны). Поэтому блок 32a распределительной и фазосдвигающей схем можно применить к антенному устройству 1 GPS и GLONASS, которое предназначено исключительно для приема.

Далее, со ссылками на фиг.9-13, будет описана антенная характеристика антенного устройства 1. На фиг.9 показана зависимость S11 от частоты антенного устройства 1. На фиг.10 показана круговая диаграмма полных сопротивлений антенного устройства 1. На фиг.11 показана зависимость коэффициента эллиптичности от частоты антенного устройства 1. На фиг.12 показана зависимость усиления - по направлению к зениту - от частоты антенного устройства 1. На фиг.13 представлена круговая диаграмма, иллюстрирующая диаграмму направленности антенного устройства 1.

Моделируются различные типы характеристик антенного устройства 1. Сначала, как показано на фиг.9, получают зависимость характеристики S11 параметра S от частоты антенного устройства 1. Символы m1, m2 и m3 на фиг.9 обозначают точки конкретных частот на характеристической кривой (в данном случае, кривой линии S11). Точку m1 задают как 1,5750 ГГц, и это средняя частота в диапазоне частот GPS. Точку m2 задают как 1,5900 ГГц, и это частота в диапазоне между точками m1 и m3. Точку m3 как 1,6050 ГГц, и это средняя частота в диапазоне частот GLONASS. Эти значения частот согласно точкам m1, m2 и m3 являются такими же на фиг.10-12.

Из результата, приведенного на фиг.9, видно, что S11 (дВ) существенно ниже, чем значение -10 дБ как опорное значение для определения удовлетворительной или неудовлетворительной общей характеристики в каждой из точек m1, m2 и m3. Следовательно, резонанс в антенном устройстве 1 является приемлемым в широком диапазоне частот, соответствующем GPS и GLONASS.

Далее, как показано на фиг.10, получают круговую диаграмму полных сопротивлений антенного устройства 1. На фиг.10, 1,00 в центре круга соответствует 50 Ом. Кроме того, окружность, которая соединяет 0,50 и 2,00 и в которой 1,00 задается как центр, соответствует -10 дБ согласно S11. Из результата, приведенного на фиг.10, видно, что точки m1, m2 и m3 собраны на окружности -10 дБ согласно S11. Следовательно, полное сопротивление в антенном устройстве 1 согласовано на уровне 50 Ом в широком диапазоне частот, соответствующем GPS и GLONASS.

Далее, как показано на фиг.11, получают зависимость коэффициента эллиптичности (дБ) от частоты антенного устройства 1. Чем меньше коэффициент эллиптичности на фиг.11, тем ближе к идеальной волна круговой поляризации. Из результата, приведенного на фиг.11, видно, что коэффициент эллиптичности (дБ) существенно ниже чем 3 дБ в качестве опорного значения для определения удовлетворительной или неудовлетворительной общей характеристики в каждой из точек m1, m2 и m3. Поэтому низкий и предпочтительный коэффициент эллиптичности в антенном устройстве 1 можно получить в широком диапазоне частот, соответствующем GPS и GLONASS. Когда коэффициент эллиптичности является низким, сигнал становится почти идеальной волной круговой поляризации. Поэтому чувствительность может быть постоянной (усиление может быть постоянным) независимо от направления антенного устройства 1.

Далее, как показано на фиг.12, получают зависимость усиления в децибелах относительно изотропной антенны (дБи) - по направлению к зениту - от частоты антенного устройства 1. Направление к зениту является положительным направлением вдоль оси Z, показанной на фиг.4 и 5. На фиг.12 сплошная линия обозначает усиление (дБи) по направлению к зениту при круговой поляризации с вращением по часовой стрелке, а пунктирная линия обозначает усиление (дБи) по направлению к зениту при круговой поляризации с вращением против часовой стрелки. Точки ml, m2 и m3 на фиг.12 являются точками на кривой усиления, иллюстрирующей усиление по направлению к зениту при круговой поляризации с вращением по часовой стрелке согласно таким же частотам, как указанные выше. Точки m4, m5 и m6 являются точками на кривой усиления, иллюстрирующей усиление по направлению к зениту при круговой поляризации с вращением против часовой стрелки согласно таким же частотам, как в точках m1, m2 и m3, соответственно.

Из результата, приведенного на фиг.12, видно, что в точках m1, m2 и m3 получается большое усиление (дБи) по направлению к зениту при круговой поляризации с вращением по часовой стрелке, а также что в точках m4, m5 и m6 получается малое усиление (дБи) по направлению к зениту при круговой поляризации с вращением против часовой стрелки. Следовательно, большое усиление (дБи) по направлению к зениту получается в антенном устройстве 1 в широком диапазоне частот, соответствующем GPS и GLONASS, которые являются стандартами связи при поляризации с вращением по часовой стрелке, предназначенными для связи со спутником по направлению к зениту.

Далее, как показано на фиг.13, получают характеристику диаграммы направленности антенного устройства 1. Характеристика диаграммы направленности, показанная на фиг.13, представляет собой усиление (дБи) на частоте 1,59 ГГц на плоской поверхности, в которой лежат оси Y и Z (т.е. в плоскости YZ), показанной на фиг.4 и 5. На фиг.13, сплошная линия обозначает усиление (дБи) при круговой поляризации с вращением по часовой стрелке, а пунктирная линия обозначает усиление (дБи) при круговой поляризации с вращением против часовой стрелки. Кроме того, точка m7 на фиг.13 представляет собой точку на оси Z на кривой усиления при круговой поляризации с вращением по часовой стрелке.

Из результата, приведенного на фиг.13, следует, что задавая значение 5,6278 дБи, которое является усилением в точке m7 как апексе, получают большое усиление при круговой поляризации с вращением по часовой стрелке на торце полусферы, где Z - положительная величина, и поддерживают усиление малым при круговой поляризации с вращением по часовой стрелке на торце полусферы, где Z - отрицательная величина. Кроме того, усиление поддерживают малым при круговой поляризации с вращением против часовой стрелки на торце полусферы, где Z - положительная величина, и получают большое усиление при круговой поляризации с вращением против часовой стрелки на торце полусферы, где Z - отрицательная величина. Поэтому большое усиление (дБи) получается на торце полусферы по направлению к зениту в антенном устройстве 1 на частоте (в диапазоне частот, соответствующем GPS и GLONASS), заключенной между частотами GPS и GLONASS, которые являются стандартами связи при поляризации с вращением по часовой стрелке, предназначенными для связи со спутником по направлению к зениту.

Как описано выше, в соответствии с вариантом осуществления, антенное устройство 1 включает в себя антенные элементы 2 и блок 3 подложки. Антенные элементы 2 включают в себя основание 22 антенны, излучающий электрод 21, предусмотренный на верхней поверхности основания 22 антенны, элементы 23А и 23B подачи питания, которые соединены с излучающим электродом 21 и которые пронизывают основание 22 антенны и заземляющий электрод 24. Блок 3 подложки включает в себя блок С1 распределительной схемы и блок C2 фазосдвигающей схемы. Блок С1 распределительной схемы включает в себя соединительный элемент 321, где подсоединен входной вывод блока 32b усилительной схемы, элементы 322A и 322B трактов, имеющие длину тракта 1/4 λ, которые соединены с соединительным элементом 321, и резистор 323, соединенный с элементами 322A и 322B трактов. Блок C2 фазосдвигающей схемы включает в себя элемент 324A тракта, представляющий собой тракт к элементу 23А подачи питания от резистора 323, где входной вывод предусмотрен около элемента 23А подачи питания, и элемент 324В тракта, имеющий длину тракта, которая больше, чем у элемента 324А тракта, на 1/4 λ, и представляющий собой тракт к элементу 23В подачи питания от резистора 323. Блок С1 распределительной схемы и блок C2 фазосдвигающей схемы выполнены на одной и той же поверхности на блоке 3 подложки, а блок C2 фазосдвигающей схемы расположен внутри элементов 322A и 322B трактов блока С1 распределительной схемы.

Поэтому в антенном устройстве 1 с двумя точками подачи питания и одним излучающим электродом, диапазон, имеющий удовлетворительный коэффициент эллиптичности, может быть широким диапазоном, используемым для GPS и GLONASS, и можно улучшить изоляцию между трактами P1 и P2 от входного вывода до элементов 23А и 23B подачи питания (двух точек подачи питания). Кроме того, можно уменьшить размеры площади блока 32a распределительной и фазосдвигающей схем, соединенного с антенным элементом 2. Путем балансировки полного сопротивления в трактах P1 и P2, можно легко согласовать импеданс в широком диапазоне. Уменьшая размеры площади блока 32a распределительной и фазосдвигающей схем, можно также уменьшить размеры блока 3 подложки и можно уменьшить размеры антенного устройства 1.

Более того, поскольку элемент 324А тракта соединен с элементом 23А подачи питания, а его выходной вывод предусмотрен около элемента 23А подачи питания, можно исключить необязательный тракт в элементах 324A и 324B трактов. Поэтому потери на введение такого необязательного тракта можно исключить, а размеры площади блока 32a распределительной и фазосдвигающей схем можно дополнительно уменьшить.

Кроме того, блок 32b усилительной схемы выполнен на той же поверхности, что и блок С1 распределительной схемы и блок C2 фазосдвигающей схемы блока 3 подложки. Поэтому можно уменьшить количество компонентов и сделать антенное устройство 1 более тонким, а также дополнительно уменьшить размеры антенного устройства 1. В частности, поскольку площадь блока 32a распределительной и фазосдвигающей схем мала, блок 32b усилительной схемы можно легко сформировать в пространстве, где отсутствует блок 32a распределительной и фазосдвигающей схем, на нижней поверхности блока 3 подложки.

В данном случае, вышеизложенное описание, касающееся варианта осуществления, представляет собой пример антенного устройства в соответствии с данным изобретением, но данное изобретение этим примером не ограничивается.

В варианте осуществления, сигналы частот GPS и GLONASS, которые близки друг к другу, но отличаются друг от друга, принимаются как частоты, применимые к антенному устройству 1. Однако частоты не ограничиваются такими частотами. Антенное устройство 1 применимо для связи согласно множеству разных диапазонов частот или единственного диапазона частот как антенное устройство широкого диапазона.

Кроме того, в вышеупомянутом варианте осуществления антенное устройство 1 описано как антенное устройство GPS и GLONASS, предназначенное исключительно для приема. Однако данное изобретение не ограничивается таким антенным устройством. Антенное устройство 1 применимо к антенне для передачи или для передачи и приема.

Помимо вышеизложенного, отметим, что подробно описанную конфигурацию и подробно описанную работу антенного устройства в варианте осуществления можно произвольно изменять в рамках объема притязаний данного изобретения.

Все материалы заявки № 2011-146981, поданной 1 июля 2011 года, включая описание, формулу изобретения, чертежи и реферат, во всей их полноте включены сюда посредством ссылки.

ПОЯСНЕНИЕ ПОЗИЦИЙ ЧЕРТЕЖЕЙ

1 Антенное устройство

2 Антенный элемент

21 Излучающий электрод

22 Основание антенны

23A, 23B Элементы подачи питания

24 Заземляющий электрод

3 Блок подложки

31 Основное тело подложки

32 Схемный блок

32a Блок распределительной и фазосдвигающей схем

C1 Блок распределительной схемы

C2 Блок фазосдвигающей схемы

321 Соединительный элемент

322A, 322B, 324A, 324B Элементы трактов

323 Резистор

325A, 325B Соединительный элемент контакта

32b Блок усилительной схемы

32b1 Элемент вывода

32c Соединительный элемент схемы

32c1, 32c2 Элементы соединительных выводов

Р1, P2 Тракты

3a Коаксиальный кабель

4 Экранирующий кожух

5 Прокладочный лист

6 Верхняя крышка

7 Подставка

7a Сквозное отверстие

8 Винт.

Изобретение относится к антенному устройству. Технический результат изобретения заключается в обеспечении приема сигналов двух диапазонов частот. Антенное устройство включает в себя антенный элемент и блок подложки, причем антенный элемент включает в себя основание антенны, излучающий электрод, первый и второй элементы подачи питания и заземляющий электрод. Блок подложки включает в себя блок С1 распределительной схемы и блок С2 фазосдвигающей схемы, при этом блок С1 распределительной схемы включает в себя соединительный элемент 321, элементы 322А, 322В трактов, имеющие длину тракта 1/4λ, и резист 323, а блок С2 фазосдвигающей схемы включает в себя элемент 324А тракта к первому элементу подачи питания и элемент 324В тракта ко второму элементу подачи питания, который длиннее, чем элемент 324А тракта, на 1/4 λ. Блок С2 фазосдвигающей схемы и блок С1 распределительной схемы выполнены на одной и той же поверхности блока подложки. Блок С2 фазосдвигающей схемы находится внутри элементов 322А и 322В трактов блока С1 распределительной схемы. 1 з.п. ф-лы, 14 ил.

1. Антенное устройство, содержащее:
антенный элемент и
блок подложки, который предусмотрен на нижней поверхности антенного элемента, причем антенный элемент содержит:
основание антенны, выполненное из диэлектрика, магнитного тела или магнитного диэлектрика;
излучающий электрод, который предусмотрен на верхней поверхности основания антенны;
первый элемент подачи питания и второй элемент подачи питания, которые соединены с излучающим электродом и которые пронизывают основание антенны; и
заземляющий электрод, который предусмотрен на нижней поверхности основания антенны, причем блок подложки содержит:
блок распределительной схемы, который содержит соединительный элемент, который соединен с входным выводом для подачи питания, первый элемент тракта и второй элемент тракта, имеющие длину тракта 1/4 λ, разделяемые в соединительном элементе, и резистор, который соединен с выходными выводами первого элемента тракта и второго элемента тракта; и
блок фазосдвигающей схемы, который содержит третий элемент тракта, который представляет собой тракт к первому элементу подачи питания от резистора, где входной вывод предусмотрен около первого элемента подачи питания, и четвертый элемент тракта, который представляет собой тракт ко второму элементу подачи питания от резистора, имеющий длину тракта, большую, чем третий элемент тракта, на 1/4 λ,
при этом блок распределительной схемы и блок фазосдвигающей схемы выполнены на одной и той же поверхности блока подложки, а
блок фазосдвигающей схемы находится внутри первого элемента тракта и второго элемента тракта блока распределительной схемы.

2. Антенное устройство по п.1, в котором блок подложки содержит блок усилительной схемы, который выполнен на той же поверхности, что и блок распределительной схемы и блок фазосдвигающей схемы, и который усиливает сигнал, выдаваемый с соединительного элемента блока распределительной схемы.