CN102982584B - 一种车载单元天线和车载单元 - Google Patents

Abstract

本发明实施例公开了车载单元天线和车载单元，应用于电子设备技术领域。本实施例的车载单元天线中，可以通过印刷电路板顶层设置的馈电网络与底层设置的缝隙耦合，再加上天线罩板作为天线屏蔽罩连接到印刷电路板的底层，能有效地将辐射单元接收的空间信号耦合至馈电网络，再通过馈电网络中对电信号的处理电路，并通过天线罩板降低车载单元其他的部分比如外壳、电池、电容、蜂鸣器和开关等元器件对天线的影响，从而提高了车载单元天线的性能，经试验证明，这种形式的车载单元天线具有较高的增益和较大的带宽。由于在本实施例中通过一个板即天线罩板作为天线屏蔽罩，使得车载单元天线整体的体积较小。

Description

一种车载单元天线和车载单元

技术领域

本发明涉及电子设备技术领域，特别涉及车载单元天线和车载单元。

背景技术

随着智能交通的不断发展，电子不停车收费(Electronic Toll Collection，ETC)系统的应用日益广泛，该ETC系统主要包括车载单元(On board Unit，OBU)与路边单元(Road-Side Unit，RSU)，OBU与RSU之间进行射频通信。对于OBU来说，其中包括的用来与RSU进行射频通信的天线性能需要稳定，且对小型化，易于制造和安装等都有特殊要求。

目前的OBU天线大都采用微带圆极化的形式，主要是在印刷电路板(Printed Circuit Board，PCB)上设置有圆极化的辐射贴片、微带线及金属地面，这种形式的OBU天线结构简单，占用面积不大。但是在空间较小的OBU中，天线受到OBU单元外壳、电池、电容、蜂鸣器和开关等元器件的影响较大，使得OBU天线的性能较低。

发明内容

本发明实施例提供一种车载单元天线和车载单元，提高了车载单元天线的性能。

本发明实施例提供一种车载单元天线，包括：印刷电路板和天线罩板，其中：

所述印刷电路板的顶层设置有辐射单元及馈电网络；

所述天线罩板的顶层设置有第二金属层，所述天线罩板的底层连接到所述印刷电路板的底层，所述第二金属层连接到所述车载单元的整机地。

本发明实施例还提供一种车载单元，包括：车载单元天线，其中：

所述车载单元天线，包括：印刷电路板和天线罩板，其中：

所述印刷电路板的顶层设置有辐射单元及馈电网络；

所述天线罩板的顶层设置有第二金属层，所述天线罩板的底层连接到所述印刷电路板的底层，所述第二金属层连接到所述车载单元的整机地。

本实施例的车载单元天线中，可以通过印刷电路板顶层设置的馈电网络与底层设置的缝隙耦合，再加上天线罩板作为天线屏蔽罩连接到印刷电路板的底层，能有效地将辐射单元接收的空间信号耦合至馈电网络，再通过馈电网络中对电信号的处理电路，并通过天线罩板降低车载单元其他的部分比如外壳、电池、电容、蜂鸣器和开关等元器件对天线的影响，从而提高了车载单元天线的性能，经试验证明，这种形式的车载单元天线具有较高的增益和较大的带宽。由于在本实施例中通过一个板即天线罩板作为天线屏蔽罩，使得车载单元天线整体的体积较小。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例提供的一种车载单元天线的立体图；

图2是本发明实施例提供的一种车载单元天线的侧视图；

图3是本发明实施例提供的一种车载单元天线中印刷电路板顶层的结构图；

图4是本发明实施例提供的一种车载单元天线中印刷电路板底层的结构图；

图5是本发明实施例提供的另一种车载单元天线的结构示意图；

图6为本发明实施例提供的天线罩板的具体结构图；

图7是本发明实施例提供的另一种车载单元天线的立体图；

图8是本发明实施例提供的另一种车载单元天线的侧视图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明实施例提供一种车载单元天线100，其结构图如图1到4所示，其中图1是车载单元天线100的立体图，图2是车载单元天线100的侧视图，图3是车载单元天线中印刷电路板顶层的结构图，图4是车载单元天线中印刷电路板底层的结构图，具体地，本实施例中的车载单元天线主要包括：印刷电路板10和天线罩板20，其中：

在印刷电路板10的顶层设置有辐射单元101和馈电网络，在印刷电路板10的底层设置有第一金属层111和微带线112，这里，第一金属层111上开有缝隙110，且微带线112的一端与第一金属层111连接，微带线112的另一端用于连接车载单元的整机地。

需要说明的是，在印刷电路板10顶层设置的辐射单元101可以包括辐射贴片，主要用于接收和/或发射无线信号，并实现无线信号与电信号之间的转换，而馈电网络是指对电信号进行传输该电信号的电路，有的还可以对电信号进行处理，比如可以将辐射单元101的电信号进行整流和/或检波等处理的电路，有些馈电网络还可以包括编解码或滤波等其它的处理电路，图1到图4、图7中所示的馈电网络只是一种具体的实现结构，并不能代表所有形式的馈电网络。

在印刷电路板10底层设置的第一金属层111可以任意形状的，也可以是任意大小的，在图1中只是以第一金属层111是方形，且该第一金属层111在印刷电路板10顶层的投影正好能覆盖辐射单元101和馈电网络为例说明，这样会使得车载单元天线的使用材料较少；在第一金属层111上开的缝隙110可以是任意形状的缝隙，比如“一”字型缝隙，或“十”字型缝隙，或“×”型缝隙，或“H”型缝隙或圆弧形缝隙等，还可以为不规则的缝隙形状，其中，如果调节该缝隙110各部分的长度，可以起到频率选择的作用，该缝隙110也起到了对电信号进行带通滤波器的作用。

在天线罩板20的顶层设置有第二金属层201，而天线罩板20的底层连接到印刷电路板10的底层，其中第二金属层201连接到车载单元的整机地即接地端。

在具体实现时，可以将整机地埋在印刷电路板10中，这样，为了节省额外的占用空间，第一金属层111连接的微带线112在连接整机地时，可以通过过孔焊接的方式来连接，即在印刷电路板10上微带线112的一端开有连通到整机地的孔，这样导电体可以穿过该孔连接微带线112的一端与整机地；且第二金属层201与整机地的连接也可以通过过孔焊接的方式，即在天线罩板20上开有孔，导电体穿过该孔连接到整机地，这种焊接的方式也可以将两个印刷电路板焊接到一起。

在天线罩板20顶层设置的第二金属层201可以是覆盖在整个天线罩板20的顶层，而在天线罩板20的底层不会设置任何电路或导电体等。

上述天线罩板20的大小和形状可以与印刷电路板10的大小和形状相同，且天线罩板20可以是任意非导电型材质的板，比如和印刷电路板10相同材质的，或塑料材质的，或木质板等。

在本实施例的车载单元天线中，可以通过印刷电路板10顶层设置的馈电网络与底层设置的缝隙110之间产生电磁波，即馈电网络与缝隙110进行缝隙耦合，再加上天线罩板20作为天线屏蔽罩连接到印刷电路板10的底层，能有效地将辐射单元101接收的空间信号耦合至馈电网络，再通过馈电网络中对电信号的处理电路，并通过天线罩板20降低车载单元其他的部分比如外壳、电池、电容、蜂鸣器和开关等元器件对天线的影响，从而提高了车载单元天线的性能，经试验证明，这种形式的车载单元天线具有较高的增益和较大的带宽。由于在本实施例中通过一个板即天线罩板20作为天线屏蔽罩，使得车载单元天线整体的体积较小；且本实施例中该天线罩板20不仅可以作为天线屏蔽罩，且天线罩板20上设置的第二金属层111还可以进行反射电磁波信号，改变电磁场的传播方向，改善车载单元天线的方向图，提高增益。

进一步地，在具体的实施例中，车载单元天线中印刷电路板10顶层设置的辐射单元101可以包括辐射贴片，而馈电网络可以包括整流检波电路，具体包括二极管103，和四个检波电容102，其中：

辐射贴片可以包括同心的两个半圆，主要用来接收和/或发射无线信号，并转化为电信号；二极管103的一端连接辐射贴片的一边，且第一检波电容102的一端和第二检波电容102的一端分别连接辐射贴片的一边；二极管103的另一端、上述第一检波电容102的另一端、第二检波电容102的另一端、第三检波电容102的一端及第四检波电容102的一端串联连接起来；第三检波电容102的另一端和第四检波电容102的另一端分别导电连接到印刷电路板10底层的第一金属层111，具体可以在印刷电路板10顶层设置第三检波电容102的另一端和第四检波电容102的另一端处分别打孔，并通过穿过孔的导电体，将第三检波电容102的另一端和第四检波电容102的另一端分别与第一金属层111连接，这种连接方式方便且不需要占用太多的空间。

在这种情况下，如果在印刷电路板10底层设置第一金属层111上开的缝隙110是“一”字型缝隙，可以将该缝隙110设置于辐射贴片的直径在印刷电路板10底层的投影区域，这样在调整第一金属层111上的缝隙110的大小时，为了保证车载单元天线的整体性能，可以适当地对辐射贴片的大小进行调整，这样一定大小和长度的缝隙110需要对应一定大小的辐射贴片，才能使得车载单元天线的性能保持较好的状态。在实际应用中，如果该缝隙111是“十”字型缝隙时，对应的辐射贴片的边长可以是普通“一”字型缝隙对应的辐射贴片的70％以下，这样车载单元天线的体积可以进一步地减小。

参考图5和6所示，图5为另一种车载单元天线200的结构示意图，图6为天线罩板的结构图，在另一个具体的实施例中，车载单元天线除了可以包括上述的印刷电路板10、天线罩板20及电路板上的结构外，还可以在天线罩板20的延伸部分包括读卡线圈天线30，该读卡线圈天线30与车载单元天线中天线罩板20顶层的第二金属层201隔离，为了进一步地节省空间，可以将读卡线圈天线30设置在天线罩板20的延伸部分即从天线罩板20延伸出的一块电路板，而读卡线圈天线30与第二金属层201之间，通过天线罩板20上延伸处打的孔202(即在第二金属层201左边的一排孔202)隔离。

其中读卡线圈天线30是读写用户卡片信息的关键部分，其读卡线圈尺寸大小及性能好坏对于用户卡片与读卡电路部分的通信具有重要作用。为此，一个抗外来干扰信号和小型化的结构对于读卡线圈天线具有重要意义，在本发明实施例中，天线屏蔽罩即天线罩板20上延伸处的孔202对于其它干扰电磁信号具有良好隔离作用。且由于读卡线圈天线30和天线罩板20使用同一板且互为延伸关系，这样在生产过程中，可以在一个板的一部分设置读卡线圈天线30，再另一部分设置第二金属层201使得该板的另一部分可以作为天线罩板20，生产成本较低，制作简易；且在另外的实施例中，天线罩板20也可以是车载单元中其它板状结构延伸出的部分，例如可以将车载单元中接触式读卡部分所在板的延伸部分作为天线罩板20等，具体天线罩板20作为哪个结构的延伸部分，是由车载单元的具体结构决定的，只要在延伸作为天线罩板20时比较方便都是可以的。

需要说明的是，上述的印刷电路板10和天线罩板20可以是任何材质，比如环氧玻璃布层压板等。

在具体的实现过程中，采用如图1到图4中的车载单元天线，且选取低成本且轻薄的环氧玻璃布层压板即FR4的板材作为上述的印刷电路板10和天线罩板20，且将印刷电路板10设置为1.6毫米(mm)厚度的FR4板材，天线罩板20设置为0.8mm厚度的FR4板材；将印刷电路板10顶层上设置的将辐射贴片的半径设定为6mm，调整印刷电路板10底层的第一金属层111上开的槽缝110的长度为10mm，这样整个车载单元天线面积为15mm×18mm。将该车载单元天线应用于一个内部空间较小的OBU中，并连同OBU外壳、电池、电容、蜂鸣器和开关等元器件，在微波暗室测试天线的性能，得到天线带宽为5.72GHz～5.93GHz，在该带宽范围内，方向图规整，增益大于4.5dBi，效率大于65％且正向轴比小于3dB，与现有的普通微带圆极化的形式的车载单元天线相比，性能具有明显的优势。

本发明实施例还提供一种车载单元，该车载单元可以包括：上述实施例中所述的车载单元天线，其中：

车载单元天线的具体结构在此不进行赘述，而车载单元天线中印刷电路板10底层上微带线112一端连接第一金属层111，另一端连接上述整机地。且在本实施例的车载单元中可以包括上述图5中所示的读卡线圈天线30，也可以不用包括该读卡线圈天线30，具体是否需要包括主要由实际的应用决定。

可以理解，在车载单元中除了包括整机地和上述实施例上述所述的车载单元天线的结构外，还可以包括其他的一些必须单元比如射频前端电路、运算处理单元、用于存储用户卡片等信息的存储单元、显示人机界面的显示屏、用于为车载单元提供电源的供电单元和外壳等。

本实施例的车载单元中采用上述性能较强的车载单元天线，从而使得车载单元的性能也较为稳定。

本发明实施例还提供另一种车载单元天线300，其结构图如图7到8所示，其中图7是车载单元天线300的立体图，图8是车载单元天线300的侧视图，具体地，本实施例中的车载单元天线主要包括：印刷电路板50和天线罩板60，其中：

在印刷电路板50的顶层设置有辐射单元501和馈电网络502，在印刷电路板50的底层可以不设置任何元器件或导电体等，也可以为了使得车载单元天线具有较大的带宽，可以在印刷电路板50的底层设置第一金属层和微带线，且在第一金属层上开有缝隙，微带线的一端与第一金属层连接，微带线的另一端用于连接车载单元的整机地。

需要说明的是，在印刷电路板50顶层设置的辐射单元501可以包括辐射贴片，主要用于接收和/或发射无线信号，并实现无线信号与电信号之间的转换；而馈电网络502是指对电信号进行处理的电路，比如可以直接传输辐射单元501转化的电信号，具体可以包括微带线，该微带线的一端连接辐射贴片，另一端用于连接车载单元的射频前端电路。

在天线罩板60的顶层设置有第二金属层601，而天线罩板60的底层连接到印刷电路板50的底层，其中第二金属层601连接到车载单元的整机地。

在天线罩板60顶层设置的第二金属层601可以是覆盖在整个天线罩板60的顶层，而在天线罩板60的底层不会设置任何电路或导电体等；在实现印刷电路板50底层与天线罩板60底层的连接时，为了节省额外占用的空间，可以使用焊接等方式，具体地，通过穿孔焊接的方式将印刷电路板50的底层与天线罩板60的底层焊接到一起。

上述天线罩板60的大小和形状可以与印刷电路板60的大小和形状相同，也可以不同，且天线罩板60是可以是任意非导电材质的板，比如与印刷电路板50相同材质的板，或塑料或木质板等。

在本实施例的车载单元天线中，可以通过印刷电路板50顶层设置的辐射天线501及馈电网络502，再加上天线罩板60作为天线屏蔽罩连接到印刷电路板50的底层，能有效地将辐射单元501接收的空间信号传输到馈电网络，并通过天线罩板60降低车载单元其他的部分比如外壳、电池、电容、蜂鸣器和开关等元器件对天线的影响，从而提高了车载单元天线的性能。由于在本实施例中通过一个板即天线罩板60作为天线屏蔽罩，使得车载单元天线整体的体积较小；且本实施例中该天线罩板60不仅可以作为天线屏蔽罩，且天线罩板60上设置的第二金属层601还可以进行反射电磁波信号，改变电磁场的传播方向，改善车载单元天线的方向图，提高增益。

在一个具体的实施例中，车载单元天线除了可以包括上述的印刷电路板50、天线罩板60及电路板上的结构外，还可以在天线罩板60的延伸部分包括读卡线圈天线，该读卡线圈天线与车载单元天线中天线罩板60顶层的第二金属层601隔离，为了进一步地节省空间，可以将读卡线圈天线设置在天线罩板60的延伸部分即从天线罩板60延伸出的一块电路板，而读卡线圈天线与第二金属层601之间，通过天线罩板60上延伸处打的孔(比如在第二金属层601左边的一排孔)隔离。

天线屏蔽罩即天线罩板60上延伸处的孔对于其它干扰电磁信号具有良好隔离作用，且由于读卡线圈天线和天线罩板60使用同一板且互为延伸关系，这样在生产过程中，可以在一个板的一部分设置读卡线圈天线，再另一部分设置第二金属层601使得该板的另一部分可以作为天线罩板60，生产成本较低，制作简易；且在另外的实施例中，天线罩板60也可以是车载单元中其它板状结构延伸出的部分，例如可以将车载单元中接触式读卡部分所在板的延伸部分作为天线罩板60等，具体天线罩板60作为哪个结构的延伸部分，是由车载单元的具体结构决定的，只要在延伸作为天线罩板60时比较方便都是可以的。

本发明实施例还提供另一种车载单元，该车载单元可以包括：图7和图8对应实施例中所述的车载单元天线，其中：

车载单元天线的具体结构在此不进行赘述，而车载单元天线中印刷电路板50顶层的馈电网络502连接到射频前端电路，天线罩板60顶层的第二金属层602连接车载单元的整机地；且在本实施例的车载单元中可以包括读卡线圈天线，也可以不用包括该读卡线圈天线，具体是否需要包括主要由实际的应用决定。

可以理解，在车载单元中还可以包括其他的一些必须单元比如射频前端电路、运算处理单元、用于存储用户卡片等信息的存储单元、显示人机界面的显示屏、用于为车载单元提供电源的供电单元和外壳等。

以上对本发明实施例所提供的车载单元天线和车载单元进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的装置及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (8)

1.一种车载单元天线，其特征在于，包括：印刷电路板和天线罩板，其中：

所述印刷电路板的顶层设置有辐射单元及馈电网络；

所述天线罩板的顶层设置有第二金属层，所述天线罩板的底层连接到所述印刷电路板的底层，所述第二金属层连接到所述车载单元的整机地；

在所述印刷电路板的底层设置有第一金属层和微带线；所述第一金属层上开有缝隙，所述微带线的一端与所述第一金属层连接，所述微带线的另一端用于连接所述车载单元的整机地，第一金属层在印刷电路板顶层的投影能覆盖辐射单元。

2.如权利要求1所述的车载单元天线，其特征在于，所述辐射单元包括辐射贴片，所述馈电网络包括微带线，所述微带线一端连接所述辐射贴片，另一端用于连接所述车载单元的射频前端电路。

3.如权利要求1所述的车载单元天线，其特征在于，所述第二金属层连接到所述车载单元的整机地具体为：在所述天线罩板上设置所述第二金属层处开有孔，导电体穿过所述孔连接所述第二金属层与所述车载单元的整机地。

4.如权利要求1至3中任一项所述的车载单元天线，其特征在于，还包括读卡线圈天线，所述读卡线圈天线是所述天线罩板的延伸部分，所述读卡线圈天线与所述第二金属层隔离。

5.如权利要求4所述的车载单元天线，其特征在于，所述天线罩板是印刷电路板或塑料板或木质板。

6.如权利要求4所述的车载单元天线，其特征在于，所述读卡线圈天线与第二金属层之间，通过所述天线罩板上延伸处的孔隔离。

7.如权利要求1至3、6中任一项所述的车载单元天线，其特征在于，所述天线罩板是印刷电路板或塑料板或木质板。

8.一种车载单元，其特征在于，包括：如权利要求1到7任一项所述的车载单元天线。