CN102714349A - 用于车辆的高度集成的多波段鳍形天线 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种用于车辆的多波段鳍形天线（1）。对此，多波段鳍形天线（1）具有由AM/FM天线、电话和RKE天线（2）、GPS天线（3）、SDARS天线（4）、层叠贴片天线、DAP天线、WLAN天线、WIMAX天线或DRM天线构成的组中的至少一个发送和接收天线振子（2、3、4）。天线振子（2、3、4）布置在车辆外表面上的共同的鳍形外部盖板（5）之下。鳍形外部盖板（5）在内部具有天线印制电路板（6），天线振子（2、3、4）布置在该天线印制电路板上。带有收发器、调谐器或接收器的电子适配或放大器电路（7）既布置在天线印制电路板（6）的顶面上，又布置在其底面上。使得带有收发器、调谐器或接收器的适配或放大器电路（7）相对于天线振子（2、3、4）屏蔽的屏蔽板（8）布置在天线印制电路板（6）的顶面上。在该多波段天线上附加地存在至少一个数字化数据连接机构。
Description
本发明涉及一种用于车辆的多波段鳍形天线。对此，天线模块具有天线振子。这些天线振子可以布置在车辆外表面上的共同的鳍形外部盖板之下。该鳍形外部盖板在内部具有天线印制电路板，这些天线振子布置在天线印制电路板上。
由出版物DE 101 33 295 A1、DE 20 2004 004 740.3、DE 202 10 312 U1、US 7034758、US 6329954和US 7333065已知用于车辆的多波段天线和多波段天线装置，其用来在外部安装于车身上。这种多波段天线由外部鳍形罩、用于机械地稳定天线振子的保护罩、各种不同的天线振子、印制电路板、一个或者最多两个放大器或者滤波器电路和底座组成。这种多波段天线的特征在于，罩内部的天线振子位于固定在底座上的印制电路板的顶面上。在天线所位于的该面上并没有电子电路（放大器、滤波器），用以避免可能发生的干扰和耦合。出于这个原因，在目前的天线中，全部电子部件位于相应地通过底座而屏蔽的印制电路板底面上。如果要提高这种多波段天线的复杂性而不明显地改变多波段天线的外观尺寸，必须寻找新的途径。
因此，迄今为止缺少一种高度集成的多波段鳍形天线，其尽可能全面地将用于无线电服务、车辆输入系统、通信服务、导航服务和/或者还有TV服务以及其相应的调谐器、前端、放大器、接收器、收发器和相适配的数据连接机构（LIN、CAN、USB、LVDS等）的天线振子连接在一个单元中，而不是仅连接同轴电缆。
本发明的目的在于，提出一种按照现有技术不存在的高度集成的多波段鳍形天线，其在鳍形壳体中既汇总有接收和发送天线，又汇总有其调谐器、前端、放大器、接收器、收发器和适配的数据连接机构。此外，应在最小的空间内安装多个天线振子和电子电路，并提供天线壳体，其能够利用简单的机构安装在车辆外表面上，并且在干扰时能轻易地够到。
利用独立权利要求1的主题来实现所述目的。由从属权利要求可得到本发明的有利的改进。
根据本发明提出一种用于车辆的高度集成的多波段鳍形天线。对此，多波段鳍形天线具有至少一个发送和接收天线振子。这些发送和接收天线振子布置在共同的鳍形外部盖板之下。鳍形外部盖板在内部具有固定在底座上的天线印制电路板。在该印制电路板的顶面上，既有发送和接收天线振子，又有电子适配或放大器电路、收发器（零件或整体）、调谐器、前端或者接收器。这些电子电路按位置优化地安置在印制电路板上，并且根据服务或者根据天线位置而分组，并借助于屏蔽板分别电绝缘，从而使其不引发干扰。因此多个屏蔽板位于印制电路板的顶面上。电子机构的其它零件位于印制电路板的底面上，并且如目前那样相对于底座相应地电绝缘和屏蔽。
在屏蔽板上能够安置用于不同服务的天线或者天线振子。例如，用于卫星服务的贴片天线（Patchantennen）或者层叠贴片天线能够直流地或者仅仅电容耦合地安置在屏蔽板上。贴片天线是平面结构的天线，例如这种天线尤其应用在千兆赫频率范围内。贴片天线的辐射元件被称为贴片（Patch）。用于电话、DAB、WLAN…等的单极天线能够安置在屏蔽板上。可以设置屏蔽板的相应的槽或结构化部分。
具体屏蔽板的几何形状、结构和尺寸取决于天线的总体尺寸和几何图形、所希望的天线方向特性曲线、待屏蔽的调谐器、接收器、放大器、收发器，并且取决于屏蔽板相对于所有其它天线的位置。因此需要相应的创造性劳动来获知屏蔽板的最佳布局，以便至少实现类似于没有屏蔽板的情况的相同的性能。例如针对如下屏蔽板规定直接且迅速地将电流反馈接地，即该屏蔽板处在用于GPS或者SDARS的贴片天线之下并且对相应的放大器进行屏蔽。因此直接在贴片的供电点附近，独立于屏蔽板与贴片的耦合方式（直流式或者电容式），在屏蔽板结构中设置有相应的接地引脚。为了避免在放大器和天线之间可能出现的反馈，该接地引脚与贴片的供电引脚一起被设计成电磁封闭的结构。在屏蔽板的结构中考虑了这些措施。
利用用于车辆的这种多波段鳍形天线，布置在鳍形天线中的服务数量由于现在能够获取空间而相对于现有技术提高了多倍。此外，调谐器、接收器和收发器和相应的数据连接机构（LIN、CAN、USB、以太网等）集成在鳍形天线上，而不改变该鳍形天线的尺寸。因此现在实现了相对于现有鳍形天线在相同尺寸内以有益的方式提高集成度且能引入数字化数据连接机构，尽管在鳍形天线上集成了更多的服务和更多的电子机构。
此外，以有益的方式实现了把适配和放大器电路以及调谐器、接收器和放大器与天线共同地紧密而紧凑地布置在天线印制电路板上。此外，在同时保证对天线振子的方向特性曲线要求的情况下，利用本发明的多波段鳍形天线解决了天线振子与适配和放大器电路以及调谐器、接收器和收发器之间耦合的问题。
在本发明的实施方式中，鳍形天线具有由下述天线振子构成的组中的至少一个发送和接收天线振子：
- AM/FM天线；
- 电话和RKE天线（2）；
- GPS天线（3）；
- SDARS天线（4）；
- 层叠贴片天线；
- DAB天线；
- WLAN天线；
- WIMAX天线；和
- DRM天线。
对于车辆内部服务例如RKE（远程无钥进入）和/或TPMS（轮胎气压监控系统）和/或PASE系统（无源启动进入）来说，多波段鳍形天线可以具有相应紧凑的天线振子。为此，可以把优选单极的天线和/或平面倒逆的F天线在多波段鳍形天线中放开。
同时也可用作RKE（远程无钥进入）或WLAN天线振子的电话天线振子是优选的。然而它也可以在该优选的实施方式中布置在竖直的印制电路板上。此外可以实施用于RKE和WLAN的其它天线。
多波段鳍形天线的尺寸取决于服务及其数量。这通常意味着，在鳍形天线中伸长的印制电路板上安置的天线振子越多，待设置在车辆外表面上的鳍的长宽比就越大。这种鳍形天线的延伸长度可以为数10mm。集成度低的小型天线模块已经能够安置在小于50 mm的鳍中。
优选多波段鳍形天线具有用于至少三个如下服务组的天线振子：AM、DRM、FM；DAB-S、DAB T；DVB-T、DVB-H、DVB-S；GSM850（AMPS）、GSM900；GSM1800、GSM1900、UMTS；道路过路费、长途服务、WLAN、蓝牙；GPS、SDARS；UWB、RKE、长路程、TPMS、PASE；车辆对车辆、车辆对红外结构、自动巡航控制（ACC）。
此外在本发明的另一种实施方式中规定，在多波段鳍形天线中针对地面数字化音频无线电服务（DAB-T）和卫星支持的数字化音频无线电服务（DAB-S）仅设置有一个带有唯一供电点的天线接收模块，该天线接收模块被设置既用于谐振频率fIII 介于174 MHz ≤ fIII ≤ 240 MHz之间的谐振频率波段III，又用于谐振频率fL介于1452 MHz ≤ fL ≤ 1492 MHz之间的谐振频率波段L。在这里，卫星支持的数字化音频无线电服务（DAB-S）处在谐振频率波段L的上频率区域中。
无线电天线振子服务于下谐振频率波段，即谐振频率f850介于824 MHz ≤ f850 ≤ 894 MHz之间的频率波段GSM850，和谐振频率f900介于890 MHz ≤ f900 ≤ 960 MHz之间的频率波段GSM900，以及谐振频率f1.8介于1.71 GHz ≤ f1.8 ≤ 1.88 GHz之间的频率波段GSM1800和谐振频率f1.9介于1.85 GHz ≤ f1.9 ≤ 1.99 GHz之间的频率波段GSM1900以及频率f2.0介于1.92 GHz ≤ f2.0 ≤ 2.17 GHz之间频率波段UMTS的谐振频率。
上面提到的GPS贴片天线在1.574 GHz ≤ fGPS ≤ 1.577 GHz之间的频率区域fGPS中接收，而SDARS贴片天线在2.320 GHz ≤ fSDARS ≤ 2.345 GHz之间的频率区域fSDARS中接收。用于WLAN和蓝牙服务的其它频率fW位于2.4 GHz ≤ fW ≤ 2.485 GHz之间。用于红外结构服务的谐振频率fI则明显较高地处在5.87 GHz ≤fI ≤ 5.925 GHz之间的区域内。
在本发明的一种实施方式中，带有至少一个发送和接收天线振子和电子电路的天线印制电路板布置在天线壳体的底部部分上。该底部部分的尺寸经过设计，使其能够作为独立构件布置在鳍形外部盖板之下，并且能够从底部部分朝车辆内部空间的方向通过突出的插塞连接器布置在车辆外表面相应的开孔中。在本发明的另一实施方式中，包围天线振子的天线壳体防护盖板被布置在天线振子和鳍形外部盖板之间。
该防护盖板与底部部分共同地形成由塑料构成的内天线壳体，该塑料能够在局部区域中进行金属喷镀，以便强化天线振子的方向特性。此外，该防护盖板保护天线振子和电路不受机械损伤。该防护盖板具有卡接板，卡接板能够与底部部分的卡钩进行接合，从而产生能够与鳍形外部盖板分开制造的紧凑的天线壳体。在最终装配中，必须只有鳍形外部盖板翻卷超过天线壳体，并且利用相应的配合销插入并固定在车辆外表面上的已准备好的适配的相应开孔中。
底部部分还具有卡钩，卡钩在安装鳍形外部盖板时与外部盖板接合。此外，防护盖板具有摆动轴，鳍形外部盖板能够可摆动地安装在该摆动轴上。配备的天线印制电路板夹紧在防护盖板和底部部分之间，并且被该底部部分支撑，且被该防护盖板遮盖。
在本发明的另一实施方式中，电话和RKE天线具有伸入到鳍形外部盖板中的的板，该板垂直地并且朝向纵向地置于天线印制电路板上，并且在其底脚区域中形成槽，在该槽中布置了作为贴片天线的GPS天线。GPS贴片天线为此布置在屏蔽板上，该屏蔽板包围放大器和/或天线适配电路，因此保护该电路不受布置于其上的天线振子的影响。包围放大器和/或天线适配电路的屏蔽板还负责改善EMV（电磁兼容性）。
前面提到过，在SDARS天线上层叠GPS贴片天线，替代地，SDARS天线还能够与GPS贴片天线间隔开地布置在天线印制电路板上的另一屏蔽板上，其中屏蔽板包围放大器和/或天线适配电路。该屏蔽板还如同-已经在GPS贴片天线之下的屏蔽板那样-起作用，并且改善天线模块的EMV特性。
在本发明的另一实施方式中，印制电路板的背面也被利用，具体为，只有放大器和适配电路与天线振子共同地布置在印制电路板的顶面上，并且收发器、调谐器和/或接收器布置在该天线印制电路板的背面上。
现在参照附图对本发明进行详细的描述。
图1为根据本发明的一个实施方式的多波段鳍形天线的示意性横剖视图；
图2为根据图1的多波段鳍形天线的示意性的分解立体图；
图3为天线印制电路板的背面的示意性立体图；
图4为不带天线振子和屏蔽板的天线印制电路板的顶面的示意性立体图。
图1所示为根据本发明的一个实施方式的多波段鳍形天线1的示意性横剖视图。在本发明的该实施方式中，三个天线振子布置在鳍形外部盖板5之下。用于电话和RKE天线2的第一振子具有导电板17，该导电板在鳍的纵向上垂直地布置在印制电路板6上，并且在其底脚区域18中具有槽19，与屏蔽板8直流连接的GPS天线3布置在该槽中，其中该屏蔽板8包围了同样布置在印制电路板6上的适配和放大电路。
在多波段鳍形天线的前部区域内，SDARS天线4与GPS天线3间隔开地布置在另一屏蔽板8上，其中该屏蔽板8被多次划分，并且保护各种不同的电路不受通过天线振子产生的耦合和串扰。此外，包围的屏蔽板8改善了多波段鳍形天线1的EMV特性。
在多波段鳍形天线的鳍形外部盖板5之间，内天线壳体10的另一防护盖板11布置在印制电路板6和鳍形外部盖板5上的天线振子之间。该防护盖板11与支撑并容纳印制电路板6的底部部分9一起形成内天线壳体10，该天线壳体能够与从底部部分9向下突出的插塞连接器16整体地制造、安置，并且不依赖鳍形盖板5进行安装。
如果鳍形外部盖板5翻卷超过该内天线壳体10，则布置在防护盖板11上的卡钩12就会卡入，并且附加地通过在防护盖板11的另一端上的摆动装置14 使得鳍形外部盖板5与内天线壳体10相连接。于是同时地或者相继地，鳍形外部盖板5的布置在底部上的配合销23能够在最后安装时卡入车辆外表面的相应的配合开口中。
图2以图2A到2E示出了根据图1的多波段鳍形天线1的示意性的分解立体图。对此，图2A所示为鳍形外部盖板5的示意性立体图，该外部盖板5翻卷超过多波段鳍形天线1的内天线壳体10。内天线壳体10由三个组件即在图2B中示出的防护盖板11、通过图2C示出的配备有天线振子2到4的印制电路板6和按照图2D的底部部分9组装而成。
在图2B中示出的防护盖板11在前端面上具有两个卡钩12，图2A中示出的鳍形外部盖板5能够卡入这些卡钩中。此外，防护盖板11在与卡钩12相对的侧面上具有摆动轴14，在图2A中示出的鳍形外部盖板5能够插入该摆动轴中，并且该鳍形外部盖板5能够围绕所述摆动轴摆动，以便与卡钩12接合。此外，在图2B中示出的防护盖板11具有多个卡接板13，这些卡接板能够与在图2D中示出的底部部分9的相应的卡钩12接合，以便形成如图1所示的内天线壳体10。
在防护盖板11和底部部分9组装在一起时，在图2C中示出的天线印制电路板6被夹紧。对此，配备的天线印制电路板6在其顶面20上具有也在图1中示出的三个天线振子2、3、和4，其中在电话和RKE天线2的底脚区域18内的槽19中，GPS天线3设置在屏蔽板8的屏蔽基座上。SDARS天线4与该结构间隔开地位于屏蔽板8的另一基座上。
屏蔽板8包围了布置在印制电路板6的顶面20上的适配和放大电路以及收发器、接收器和/或调谐器。在这里，屏蔽板防止串扰，并且同时改善多波段鳍形天线的EMV特性。
图2E所示为插塞连接器15和16的示意性立体图，这些插塞连接器能够从下方插入底部部分9的相应槽25中，并且能够安装在布置于天线印制电路板6的背面21上的相应的插塞接点22上。
图3所示为天线印制电路板6的背面21的示意性立体图。在背面21上布置了多个集成电路，这些集成电路可以是接收器、调谐器和/或收发器。此外可以看到插塞接点22和24，它们穿过底部部分9的在图2D中示出的槽25，从而在图2E中示出的插塞连接器15和16能够从底部部分9的底面插到在这些插塞接点上。
图4所示为不带天线振子且不带屏蔽板的天线印制电路板6的顶面20的示意性立体图。然而在图4中可以清楚地看到在图1和2C中示出的箱形屏蔽板的轮廓26和27，其中还能够看到隔板的轮廓，尤其是用于SDARS天线的屏蔽板的轮廓27。
这些轮廓是在印制电路板6的顶面20上的铜印制导线，屏蔽板能够拧到或者钎焊到该印制电路板上，并且然后与接地触点相连接。此外，在图4中可以看到与此处尚未安装的天线振子配合作用的其它适配和放大电路。
公开一种用于车辆的多波段鳍形天线（1）。对此，该多波段鳍形天线（1）具有由AM/FM天线、电话和RKE天线（2）、GPS天线（3）、SDARS天线（4）、层叠贴片天线、DAP天线、WLAN天线、WIMAX天线或DRM天线构成的组中的至少一个发送和接收天线振子（2、3、4）。这些天线振子（2、3、4）能够布置在车辆外表面上的共同的鳍形外部盖板（5）之下。鳍形外部盖板（5）在内部具有天线印制电路板（6），天线振子（2、3、4）布置在该天线印制电路板上。带有收发器、调谐器或接收器的电子适配和放大器电路（7）既布置在天线印制电路板（6）的顶面上，又布置在其底面上。屏蔽板（8）使得带有收发器、调谐器或接收器的电子适配和放大器电路（7）相对于天线振子（2、3、4）屏蔽，这些遮蔽板布置在天线印制电路板（6）的顶面上。在该多波段天线上附加地存在至少一个数字化数据连接机构。
附图标记清单
1 多波段鳍形天线
2 电话和RKE天线
3 GPS天线
4 SDARS天线
5 鳍形外部盖板
6 天线印制电路板
7 电路
8 屏蔽板
9 天线壳体的底部部分
10 天线壳体
11 防护盖板
12 卡钩
13 卡接板
14 摆动轴
15 插塞连接器
16 插塞连接器
17 电话天线板
18 板的底脚区域
19 槽
20 天线印制电路版板的顶面
21 天线印制电路版板的背面
22 插塞接点
23 配合销
24 插塞接点
25 槽
26 轮廓
27 轮廓
Claims (13)
1. 一种带有至少一个发送和接收天线振子的多波段鳍形天线，其中所述发送和接收天线振子布置在共同的鳍形外部盖板（5）之下，其中所述鳍形外部盖板（5）在内部还具有：
- 天线印制电路板（6），所述发送和接收天线振子布置在该天线印制电路板上；
- 布置在所述天线印制电路板（6）的顶面和底面上的、带有收发器、调谐器或接收器的电子适配或放大器电路（7）；
- 使得带有收发器、调谐器或接收器的适配或放大器电路（7）相对于印制电路板顶面上的发送和接收天线振子屏蔽的屏蔽板（8），其中所述屏蔽板（8）布置在天线印制电路板（6）的顶面上。
2. 根据权利要求1所述的鳍形天线，所述鳍形天线由下述天线振子构成的组中的至少一个发送和接收天线振子：
- AM/FM天线；
- 电话和RKE天线（2）；
- GPS天线（3）；
- SDARS天线（4）；
- 层叠贴片天线；
- DAP天线；
- WLAN天线；
- WIMAX天线；和
- DRM天线。
3. 根据权利要求1或权利要求2所述的鳍形天线，其中带有发送和接收天线振子和电子电路（7）的所述天线印制电路板（6）布置在天线壳体（10）的底部部分（9）上。
4. 根据权利要求2或权利要求3所述的鳍形天线，其中天线壳体（10）的包围所述天线振子（2、3、4）的防护盖板（11）布置在所述天线振子（2、3、4）和所述鳍形外部盖板（5）之间。
5. 根据权利要求3或权利要求4所述的鳍形天线，其中所述底部部分（9）与车辆外表面中的开孔接合。
6. 根据权利要求4或权利要求5所述的鳍形天线，其中所述防护盖板（11）与所述底部部分（9）通过卡钩（12）和卡接板（）13接合。
7. 根据权利要求4至6中任一项所述的鳍形天线，其中配备的天线印制电路板（6）被所述底部部分（9）支撑，并且被所述防护盖板（11）遮盖。
8. 根据权利要求4至7中任一项所述的鳍形天线，其中所述防护盖板（11）具有摆动轴（18），所述鳍形外部盖板（5）可摆动地安装在该摆动轴上。
9. 根据权利要求1至5中任一项所述的鳍形天线，其中插塞连接器（15、16）自底部部分（9）穿出并且伸入到车辆中，并且通过电缆束的引线与车辆的通信设备相连接。
10. 根据权利要求2至9中任一项所述的鳍形天线，其中所述电话和RKE天线（2）具有伸入到鳍形外部盖板（5）中的板（17），该板竖直地置于所述天线印制电路板（6）上，并且在其底脚区域（18）内具有槽（19），GPS天线（3）作为贴片天线布置在该槽内。
11. 根据权利要求2至10中任一项所述的鳍形天线，其中GPS贴片天线（3）布置在屏蔽板（8）上，该屏蔽板包围放大器和/或天线适配电路（7）。
12. 根据权利要求2至11中任一项所述的鳍形天线，其中SDARS天线（4）作为贴片天线与GPS天线（3）间隔开地布置在天线印制电路板（6）上的屏蔽板（8）上，其中所述屏蔽板（8）包围放大器和/或天线适配电路（7）。
13. 根据前述权利要求中任一项所述的鳍形天线，其中带有发送和接收天线振子的放大器和天线适配电路（7）被屏蔽板（8）包围地布置在天线印制电路板（6）的顶面（20）上，其中收发器、调谐器或接收器布置在天线印制电路板（6）的底面（21）上。
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