天线装置的制作方法

1.本发明涉及使用介电弹性体驱动单元来使天线特性可变的天线装置。


背景技术：

2.收发特定频率的电波时的电压驻波比(vswr：voltage standing wave ratio)是天线特性的具有代表性的例子。以使更宽范围的频率的电波的vswr降低为目的，提出了一种天线装置。在专利文献1中，公开了天线特性可变的天线装置的一个例子。在该文献中，意图通过使用电动机使天线长度伸缩，从而使天线特性可变，收发更宽频带的电波。此外，近年来，作为新的无线通信系统提出了mimo(multiple-input and multiple-output，多进多出)。mimo意图在发射机与接收机两者间通过使用多个天线来提高通信质量。在这样的系统中，希望根据收发状态进一步优化各个天线特性。
3.现有技术文献
4.专利文献
5.专利文献1：日本特开昭64-2407号公报。


技术实现要素：

6.发明要解决的问题
7.然而，作为驱动源的电动机具有相应的体积，并且由金属部件构成而导致比较重。因此，存在天线装置的小型化、轻量化受电动机限制的问题。此外，电动机在接收电波时被视为导体，存在使电压驻波比增大(恶化)、或成为屏蔽电波的屏蔽物等问题。
8.本发明是基于上述情况创造出的，其课题为提供一种适于提升天线特性，并实现小型化和轻量化的天线装置。
9.用于解决问题的方案
10.然而，作为驱动源的电动机具有相应的体积，并且由金属部件构成而导致比较重。因此，存在天线装置的小型化、轻量化受电动机限制的问题。此外，电动机在接收电波时被视为导体，存在使电压驻波比增大(恶化)、或成为屏蔽电波的屏蔽物等问题。
11.本发明是基于上述情况创造出的，其课题为提供一种适于提升天线特性，并实现小型化和轻量化的天线装置。
12.用于解决问题的方案
13.本发明提供的天线装置具有：天线，其进行电波的发射和接收中的至少任意一者；以及介电弹性体驱动单元，其具有介电弹性体层和夹着该介电弹性体层的一对电极层，并且使所述天线的天线特性可变。
14.在本发明的优选实施方式中，所述天线特性为取决于所述天线的特定物理量的每个频率的电压驻波比，所述介电弹性体驱动单元使所述特定物理量可变。
15.在本发明的优选实施方式中，所述特定物理量为所述天线的天线元件的物理长度。
16.在本发明的优选实施方式中，所述天线为单极天线或偶极天线。
17.在本发明的优选实施方式中，所述天线为具有天线元件和反射部的角反射器天线，所述天线特性为取决于所述天线元件与所述反射部的距离、以及所述反射部的角度中至少任意一者的电压驻波比，所述介电弹性体驱动单元使所述天线元件与所述反射部的距离、以及所述反射部的角度中至少任意一者可变。
18.在本发明的优选实施方式中，所述天线为以反射器、辐射器以及波导器的顺序排列的八木-宇田天线，所述天线特性为取决于所述反射器、所述辐射器以及所述波导器的相互距离中至少任意一者的电压驻波比，所述介电弹性体驱动单元使所述反射器、所述辐射器以及所述波导器的相互距离中至少任意一者可变。
19.发明效果
20.根据本发明，能够在更广泛的频带提高天线装置的天线特性，并实现天线装置的小型化和轻量化。
21.通过在以下参考附图并进行的详细说明，本发明的其他特征和优点会更加清楚。
附图说明
22.图1为表示本发明的第一实施方式涉及的天线装置的装置结构图。
23.图2为表示本发明的第一实施方式涉及的天线装置的剖视图。
24.图3为表示本发明的第一实施方式涉及的天线装置的剖视图。
25.图4为表示本发明的第二实施方式涉及的天线装置的装置结构图。
26.图5为表示本发明的第三实施方式涉及的天线装置的装置结构图。
27.图6为表示本发明的第四实施方式涉及的天线装置的装置结构图。
具体实施方式
28.以下，参考附图来具体说明本发明的优选实施方式。
29.《第一实施方式》
30.图1～图3表示本发明的第一实施方式涉及的天线装置。本实施方式的天线装置a1具有：天线1、介电弹性体驱动单元2、通信设备3以及驱动控制部4。
31.天线1进行将高频电能作为电波向空间发射以及将电波作为高频电能接收中的至少任意一者。本实施方式的天线1构成为所谓的单极天线，由一个天线元件11构成。天线元件11相对于地面g以直立姿态设置。
32.本实施方式的天线元件11由第一构件111和第二构件112构成。第一构件111和第二构件112分别为棒状的构件，并由金属构成。此外，在图示的例子中，第二构件112为圆筒形状，第一构件111的至少一部分收容在第二构件112。第一构件111既可以是实心的棒状构件，也可以是圆筒形状的构件。第一构件111与第二构件112彼此能够滑动。由此，天线元件11能够伸缩，长度l可变。另外，第一构件111与第二构件112不限于一者收容在另一者的结构，只要是保持彼此导通的状态且使它们合并的长度l可变的结构即可。在图示的例子中，第二构件112的下端支承在支承构件19。
33.介电弹性体驱动单元2为用于使天线1的天线元件11的长度l伸缩的致动器。本实施方式的介电弹性体驱动单元2具有介电弹性体层21、一对电极层22以及弹性构件25。在本
实施方式中，介电弹性体驱动单元2收容在天线元件11的第二构件112，但这是介电弹性体驱动单元2的配置结构的一个例子，介电弹性体驱动单元2的配置结构没有特别限定。例如，介电弹性体驱动单元2也可以是配置在天线元件11的外部的结构。
34.介电弹性体层21要求能够弹性变形并且绝缘强度高。这样的介电弹性体层21的材质没有特别限定，作为优选的例子，可举出例如有机硅弹性体、丙烯酸弹性体、苯乙烯弹性体等。在图示的例子中，介电弹性体层21为圆筒形状。如图2所示，在图示的例子中，介电弹性体层21的上端固定在第一构件111的下端，介电弹性体层21的下端固定在支承构件19。
35.一对电极层22夹着介电弹性体层21，通过驱动控制部4施加电压。一对电极层22具有导电性，并且由能够跟随介电弹性体层21的弹性变形而弹性变形的材质形成。赋予介电弹性体层21导电性的材料也可以添加在能够弹性变形的材质中，作为赋予导电性的材料可以举出填料。作为所述填料的优选的例子可以举出碳材料，例如可以举出碳纳米管。在本实施方式中，在圆筒形状的介电弹性体层21的内外表面设置一对电极层22。
36.弹性构件25赋予使介电弹性体层21伸展的弹力，例如是金属弹簧。在图示的例子中，弹性构件25收容在圆筒形状的介电弹性体层21。此外，弹性构件25的上端固定在第一构件111的下端，弹性构件25的下端固定在电绝缘的支承构件19。
37.另外，弹性构件25的配置不限于图示的例子。此外，介电弹性体驱动单元2不限于具有弹性构件25的结构，例如也可以是通过互相连结的多个介电弹性体层21彼此赋予弹力来作为致动器发挥功能的结构。
38.通信设备3对使用天线1的现有公知技术的电波的发射和接收中的至少任意一者进行控制。通信设备3与天线1电连接。在图示的例子中，通信设备3例如通过现有公知技术的同轴电缆与天线1连接。
39.驱动控制部4控制介电弹性体驱动单元2的驱动，例如具有向介电弹性体驱动单元2的一对电极层22施加电压的电源部。
40.图2表示未通过驱动控制部4向介电弹性体驱动单元2施加电压的状态。在此情况下，圆筒形状的介电弹性体层21不产生电压导致的变形。另一方面，弹性构件25为在轴向压缩的状态。因此，弹性构件25赋予使介电弹性体层21在轴向伸展的弹力。由此，介电弹性体层21在轴向伸长。
41.图3表示通过驱动控制部4向介电弹性体驱动单元2施加了规定的电压的状态。当施加电压时，库仑力使得一对电极层22彼此拉拽。由此，介电弹性体层21的厚度减小，轴向尺寸增大。通过该变形和弹性构件25的弹力，介电弹性体驱动单元2在轴向伸展，第一构件111相对于第二构件112向图中上方移动。其结果是天线元件11的长度l变长。另外，在介电弹性体驱动单元2进行图示的伸展动作的情况下，第一构件111与地面g的距离发生变化。该距离变化也使天线装置a1的天线特性所依据的特定物理量发生变化。
42.通过适当调整由驱动控制部4施加的电压，能够连续地改变天线元件11的长度l。例如，在天线装置a1为单极天线的情况下，以使天线元件11的长度l变成作为收发对象的电波的波长(λ)的1/4的方式调整驱动控制部4施加的电压即可。通过该调整能够改善天线装置a1与通信设备3的阻抗匹配，降低电压驻波比。
43.接下来，对天线装置a1的作用进行说明。
44.根据本实施方式，通过介电弹性体驱动单元2使天线元件11的物理长度即长度l可
变。介电弹性体驱动单元2的必要结构要素不包含金属部件等，而是由介电弹性体层21和电极层22构成。因此，与例如电动机等致动器相比，介电弹性体驱动单元2容易实现小型化、轻量化。因而，能够提高天线装置a1的天线特性，并实现小型化和轻量化。
45.此外，介电弹性体驱动单元2与例如电动机相比，在收发电波时产生噪声的风险或不当地屏蔽和吸收电波的风险小。因此，如本实施方式所示，即使是在天线元件11中内置有介电弹性体驱动单元2的结构，也能够避免降低天线装置a1的天线特性。
46.图4～图6示出了本发明的其他实施方式。需要说明的是，在这些附图中，对于与上述实施方式相同或类似的元件，标注与上述实施方式相同的附图标记。
47.＜第二实施方式＞
48.图4表示本发明的第二实施方式涉及的天线装置。本实施方式的天线装置a2具有构成为偶极天线的天线1。
49.本实施方式的天线1具有两个天线元件11。天线1的各个结构既可以与例如天线装置a1的天线元件11相同，也可以是不同的结构。在图示的例子中，采用了与天线装置a1的天线元件11相同的结构的天线元件11。两个天线元件11以彼此成180
°
的角度的方式配置。在图示的例子中，通信设备3通过现有公知技术的同轴电缆与两个天线元件11连接。一个天线元件11经由同轴电缆的芯线(内部导体)与通信设备3的信号线端子连接。另一个天线元件11与同轴电缆的屏蔽线(外部导体)连接。另外，虽然在之后的实施方式中省略图示，但是优选在天线元件11与通信设备3的连接中酌情采用同轴电缆。
50.天线装置a2具有两个介电弹性体驱动单元2。两个介电弹性体驱动单元2是为了使两个天线元件11单独伸缩而设置的。各个介电弹性体驱动单元2的配置结构没有特别限定，在图示的例子中，采用与天线装置a1相同的配置结构。
51.在天线1为偶极天线的情况下，以使两个天线元件11合计的长度l为波长λ的1/2的方式，驱动控制部4向两个介电弹性体驱动单元2施加电压。另外，图示的例子是能够使两个天线元件11单独伸缩的结构，但也可以是通过只具有一个介电弹性体驱动单元2而使两个天线元件11连动而伸缩的结构。
52.根据本实施方式，也能够提高天线装置a2的天线特性，并实现小型化和轻量化。
53.＜第三实施方式＞
54.图5表示本发明的第三实施方式涉及的天线装置。本实施方式的天线装置a3具有作为角反射器天线而构成的天线1。
55.本实施方式的天线1除了具有上述构成偶极天线的两个天线元件11以外，还具有反射部12。反射部12反射天线元件11收发的电波，例如由金属构成。
56.反射部12具有反射板121和反射部122。反射板121和反射部122为金属平板或格子状的导体平板。反射板121和反射部122彼此成角度θ而配置。天线1设置在被反射板121和反射部122夹着的位置。
57.天线装置a3具有两个介电弹性体驱动单元2a和一个介电弹性体驱动单元2b。两个介电弹性体驱动单元2a是用于使两个天线元件11单独伸缩的致动器。介电弹性体驱动单元2b是用于通过使反射板121和反射部122开闭来调节角度θ的致动器。介电弹性体驱动单元2a和介电弹性体驱动单元2b的具体结构没有特别限定，在图示的例子中，采用了与天线装置a1的介电弹性体驱动单元2相同的结构。
58.根据本实施方式，也能够提高天线装置a3的天线特性，并实现小型化和轻量化。此外，通过使用介电弹性体驱动单元2b调节角度θ，能够使作为天线装置a3的天线特性例如指向性可变。
59.此外，作为天线装置a3的变形例，也可以采用天线元件11与反射部12的距离可变的结构。
60.＜第四实施方式＞
61.图6表示本发明的第四实施方式涉及的天线装置。本实施方式的天线装置a4具有构成为八木-宇田天线的天线1。
62.在本实施方式中，天线1具有彼此分离配置的反射器13、辐射器14以及波导器15。辐射器14设定为波长λ的1/2的长度。反射器13设定为比波长λ的1/2长。波导器15设定为比波长λ的1/2短。
63.在图示的例子中，天线装置a4具有介电弹性体驱动单元2a、2b、2c，2d、2e。介电弹性体驱动单元2a是使反射器13与辐射器14的距离d1可变的致动器。介电弹性体驱动单元2b是使辐射器14与波导器15的距离d2可变的致动器。
64.介电弹性体驱动单元2c、2d、2e使反射器13、辐射器14以及波导器15的长度根据波长λ单独可变。介电弹性体驱动单元2c、2d、2e的结构与例如上述的天线装置a2、a3的介电弹性体驱动单元2、2a相同，为了方便起见，在图4中进行了省略。
65.根据本实施方式，也能够提高天线装置a4的天线特性，并实现小型化和轻量化。此外，与本实施方式不同，为了使天线装置a4的特定物理量发生变化，在使用电动机的情况下，与上述的5个自由度(介电弹性体驱动单元2a、2b、2c、2d、2e)相对应地需要具有5个电动机。这些电动机具有金属部件，会阻碍天线元件11收发电波。因此，在试图通过本实施方式的天线装置a4来提高天线特性之前，存在不得不采取措施来排除电动机自身对收发电波造成影响的问题。根据本实施方式，能够解决这样的问题。
66.本发明涉及的天线装置不限于上述的实施方式。本发明涉及的天线装置的各部分的具体结构可以各种各样地自由设计变更。此外，本发明涉及的天线装置的用途没有特别限定，例如也可以用于便携式信息通信终端。