CN104300201A - 用于无线通信的天线元件 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种改进的天线元件。这种天线元件包括基底、第一导体和第二导体。所述基底具有至少一个第一侧表面。第一导体设置在第一侧表面上，且第一导体包括馈线部和单极部。第二导体至少部分地设置在相同的第一侧表面上，且第二导体包括：设置在第一侧表面上在第一导体的相反侧处邻近第一导体的馈线部的两个接地平面，和两个短桩，所述短桩设置在所述第一侧表面上在所述两个接地平面的相应的相反侧处，并且在基本上平行于所述第一导体的馈线部的方向延伸。第二导体的两个接地平面和两个短桩布置为形成共面波导。

Description

用于无线通信的天线元件

技术领域

本发明涉及用于无线通信的具有共面波导的天线元件。

背景技术

在车对车通信领域中，提供了用于在配备有使能的车载单元的汽车之间的无线通信中的特定天线元件。车载单元可以被构造为检测关于当前交通状况(如堵车、结冰道路、建筑工地)、以及车的具体参数(如速度、移动方向、加速度、车外温度、挡风玻璃、风挡玻璃雨刷器开启)的信息。

该信息随后可以通过空气接口被发送到位于同一地理区域且装备有相应的使能车载单元的其它车辆。随后车载单元的接收器可分析来自于多个汽车的信息，以改善交通安全以及每辆车单独的效率。因此，天线元件的设计必须满足特别是存在于车对车通信领域的技术挑战。

在车对车通信领域的一个技术挑战涉及天线元件的定向辐射模式。具体而言，对于天线元件，在水平平面上提供全向辐射模式是有利的。

对于车对车通信中的天线元件的使用来说，在水平面上的全向辐射模式的要求是固有的。在与汽车相结合时，所述天线元件将被用于与可相对于所述车辆以任何方向定位的其它车辆的无线通信。因此，如果天线元件将实现定向，而不是所需的在水平面上的全向辐射模式，这将是不利的。

在本说明书的内容中，术语“天线元件的全向辐射模式”应理解为天线元件在垂直于天线元件的长度(extent)的所有方向上(即在水平平面中)辐射相等功率的能力。

在车对车通信领域的另一个技术挑战涉及将被结合在现有的车顶天线组件中的天线元件的尺寸和形状。

对于天线元件的合适的尺寸和形状的要求从将所述天线元件结合进包括在现有的车顶天线组件中的必要性中而变得显而易见。在最近几年，车顶天线组件已经发展为允许多种天线单元在汽车上的车顶上具有安装位置。同时车顶天线组件提供了抵御环境影响的保护遮罩，所述环境影响诸如为潮湿的气候和风。因此，将天线元件结合进车顶天线组件中是有利的。

近年来，车顶天线组件都经受频繁的重新设计，以结合例如用于模拟和数字广播的接收、用于GPS接收、用于GSM/3G/4G通信、用于WIFI通信和用于电视接收的天线元件。现在，对于用于车对车通信的天线元件被结合进现有的车顶天线组件，要求它具有一定的尺寸和形状，以仍然几何地装配到车顶天线组件中，即额外地适合各种其它天线元件。

在本说明书的内容中，术语“车对车通信”在欧洲和北美将被理解为在5.8-6GHz频率区域中的无线通信。例如，所需频率为6GHz时的无线电波的波长λ对应于1·λ＝50mm。

过去已经讨论过天线元件的各种设计，但对于在上述车对车通信领域中出现的技术挑战来说这些设计是不利的。在下文中，简要概括了天线元件的近期发展。

US 6337666B1涉及一种被印刷在电介质基底相反侧上的天线元件。在所述电介质基底的一侧上设置有细长的第一偶极子半元件。在电介质基底的相反侧上设置有第二偶极子半元件。虽然天线在水平线上产生全向模式，但是该构造需要在介质基底的两面上打印。特别地，对于第二偶极子半元件对第一偶极子半元件有影响，介质基底必须是薄的(例如0.005”到0.125”)。

US 6559809B1涉及一种两侧平面天线构造。在印刷电路板的一侧上，设置有包括微带馈送(microstrip feed)线部和辐射准备(radiatingpoise)部的导体。另一侧包括与用作平面波导的结构联接的接地平面。如上面已经提到的，在印刷电路板的两侧上的导体的制造是复杂的。而且，两侧必须位于极其接近的位置，即比大致小于一个波长的距离。

还公开了一个不利的实施例，其中印刷电路板天线设置在具有用于射频信号发送的中心导体和用于相应接地电位的外部导体的单侧上。然而，这样的设计被描述为较不灵活的，因为增加了由到馈线接地平面的路径中的共模电流所经历的阻抗。

US 7965242B2(作为US 2010/0328163A1提交的)涉及一种双波段天线，包括双波段带线单极元件。所述单极元件包括射频扼流器，如位于在元件的下部之上的元件的一端处的平面波导带。单极元件的总长度被选择为在第一期望频率谐振。下部的长度被选择为在第二期望频率谐振。该天线还包括用于所述第一期望频率的第一反射器元件和用于第二期望频率的第二反射器元件。

双波段天线被描述为相对于两个分开的频率(例如2.4GHz和5GHz)是有利的。然而，相对于车对车通信的单个频率，该设计是不利的。此外，第一和第二反射器元件防止天线具有全向辐射模式。

Zachou，V.et.al.：″Planar Monopole Antenna with Attached Sleeves″；IEEE Antennas and Wireless Propagation Letters，Vol.5，p.286-289，2006涉及一种天线元件，包括印刷单极，一个或两个套筒连接在印刷单极的每一侧上，并且该印刷单极由共面波导线路供给。开关用于控制所述单极子和套筒的长度，并用于调整天线的谐振频率。在此设计中，第一谐振频率是由单极的长度确定的，而第二谐振频率是由套管的长度及其激活来确定的。

单套筒或双套筒天线构造要求导体(即套筒)设置在单极的面向单极自由端的方向上的每一侧上。因此，本设计的缺点是关于尺寸和形状。

Dong，T.and Chen Y.-P.：″Novel Design of Ultra-Wideband printeddouble-sleeve Monopole Antenna"；Progress In Electromagnetics ResearchLetters，Vol.9，p.165-173，2009涉及一种印刷套筒单极天线元件。天线元件是由共面波导馈送(feed)的。具有不同尺寸的双套筒已被添加到接地平面。由此，天线元件具有超宽频带的阻抗特性。

印刷套筒单极天线元件需要导体(即套筒)设置在单极的面向单极自由端的方向上的每一侧上。因此，本设计的缺点是关于尺寸和形状。

发明内容

在这一方面，本发明的目的是提出一种改进的汇流条(busbar)连接系统，它克服了上述的缺点，即，一种天线元件，其具有全向辐射模式，并且关于用于其被结合进现有的车顶天线组件中的所述尺寸和形状也是有利的。

本发明的目的是通过独立权利要求的主题实现的。有利的实施例须遵守从属权利要求。

根据本发明的第一方面，提出了一种天线元件，具有允许例如在车对车通信领域中进行无线通信的构造。所述天线元件的结构特别适合于使其结合进现有的车顶天线组件内。具体地，所建议的天线元件具有窄的近端，其中围绕该天线元件的单极部分的区域被保留为空。由此，天线元件的基底可被形成为适合现有的车顶天线组件的尺寸和形状，即，以在其近端适合窄部。此外，天线元件的单极部分提供了用于车对车通信领域的全向辐射模式。

根据符合本发明第一方面的实施例，建议天线元件包括基底、第一导体和第二导体。所述基底具有至少第一侧表面。第一导体设置在所述第一侧表面上，并且包括馈线部和单极部。第二导体至少部分地设置在相同的第一侧表面上，并且包括：两个接地平面，这两个接地平面设置在第一侧表面上在第一导体的相反侧处邻近于第一导体的馈线部；以及两个短桩，其设置在第一侧表面上在两个接地平面的相应的相反侧处，并且在平行于所述第一导体的馈线部的方向上延伸。第二导体的两个接地平面和两个短桩被布置为形成共面波导。

根据所述天线元件的更具体的实施例，第一侧表面侧向弯曲，曲率具有在λ/4到λ范围内的半径，其中λ对应于天线元件的优选频率的波长。

根据天线元件的另一个更详细的实施例，基底被成形为具有设置在其至少一个横向表面上的第一和第二导体上的截头锥体。

根据天线元件的进一步的更详细的实施例，第一侧表面以相对于基底的基座上以范围为5～30度角度α倾斜。

根据所述天线元件的又一个更详细的实施例，在基底的从基底的顶部突出的部分上提供有第一导体的单极部。

根据天线元件的甚至进一步更详细的实施例，两个短桩分别联接到距第一导体自由端预定距离的两个接地平面处，所述预定距离对应于所述第一导体的单极部的长度。

根据所述天线元件的另一个更详细的实施例，其中，两个短桩经由两个连结部分别电连接到两个接地平面，且两个连结部的长度L3分别确定了两个短桩与两个接地平面之间的侧向间距。

根据天线元件的进一步的更详细的实施例，第一导体的单极部相对于第一导体的馈线(121)部以在5至30度范围内的角度倾斜。

根据天线元件的又一个的更详细的实施例，单极部的长度是λ/4，两个短桩的长度为λ/4，其中λ对应于天线元件的优选频率的波长。

根据天线元件的甚至进一步更详细的实施例，基底还包括相反于第一侧表面的第二侧表面，并且所述第二导体还包括设置在第二侧表面上在相反于在第一侧表面上的馈线部的位置处的第三短桩。

根据天线元件的另一个更详细的实施例，在第一侧表面上的两个短桩和在第二侧表面上的第三短桩相对于垂直于馈线部延伸方向的横截面共同环绕第一导体的馈线部。

根据天线元件的另一个更详细的实施例，其中第二侧表面相对于所述基底的基座以在5至30度范围内的角度倾斜。

根据所述天线元件的又一个更详细的实施例，所述第三短桩的长度为λ/4，其中λ对应于天线元件的优选频率的波长。

根据天线元件的甚至进一步更详细的实施例，其中第三短桩被联接到离第一导体自由端预定距离的两个接地平面，所述预定距离对应于第一导体的单极部的长度。

根据天线元件的另一个更为详细的实施例，其中第三短桩经由设置在基底顶部上的第三连结部而电连接到两个接地平面，并且第三连结部的长度确定第三短桩分别和两个接地平面之间的侧向间距。

附图并入本说明书并构成本说明书的一部分，以图示本发明的几个实施例。这些附图与说明书一起用于解释本发明的原理。附图仅仅是用于说明本发明如何能够制造和使用的优选和替代示例的目的，并且不应当被解释为将仅本发明限制到示出和描述的实施例。

此外，根据本发明，本发明的实施例的一些方面可以单独地或以不同的组合形成解决方案。从如在附图中图示的本发明的多个实施例的下列具体的描述中，进一步的特征和优点将变得显而易见，其中相同的附图标记指示相同的元件。

附图说明

在附图中：

图1示出了根据本发明第一实施例的天线单元的示意图；

图2a和2b示出了根据本发明的第二实施例的天线元件的不同的示意图；和

图3a和3b示出了根据本发明第一实施例的天线元件的仿真结果。

具体实施方式

参照图1，示出了根据本发明的第一实施例的天线元件100。图1示出了天线元件100的示意图。

天线元件100包括作为结构元件的基底110，在基底上设置有第一导体120和第二导体130。天线元件100的固有结构中，为基底110提供介电材料，以防止在第一导体120和第二导体130之间的短路。换言之，基底110提供结构支撑，从而将第一导体120与第二导体130分离，使得两个导体120和130具有导电材料的区别形状。

根据一个示例性实现，基底可设置为对于特定的电容率或介电常数在期望的频率处提供品质因子或耗散因子方面的低损耗。例如，环氧类或聚酰胺类材料为所述第一导体120和第二导体130提供充分的结构支撑。用于基底的其他示例性材料可以是FR4、PC(聚碳酸酯)或ABS(丙烯腈-丁二烯-苯乙烯)。

天线元件100还包括第一导体120。第一导体120包括馈线部121和单极部122。第一导体120设置在第一侧表面上，比如基底110的前表面。

如将在下面更详细地进行说明，第一导体120的馈线部121和单极部122之间的区别是在于其与第二导体130的组合的功能。馈线部121和单极部之间的交叉点被称为天线馈电点(feed point)F。

第一导体120还包括RF输入141，用于经由所述第一导体120的单极部122馈送将要发送的RF信号。换句话说，RF信号经由在第一导体120的馈线部121近端的RF输入141而输入，以被第一导体120的单极部122辐射。RF信号可以通过共面传输线或同轴电缆提供到RF输入141。

根据为所需的6GHz频率构造的天线元件100的示例性实施方式，第一导体120的馈线部121是矩形的，并具有41mm的长度L8和1mm的宽度L1；第一导体120的单极部122也是矩形的，具有11mm的长度L5和相同的1mm的宽度L1；因此第一导体120的馈线部121和单极部122具有相同的宽度。

天线元件100还包括第二导体130。第二导体130包括两个接地平面131和132以及至少两个短桩133和134。第二导体130至少部分地设置在基底110的第一侧表面上。

两个接地平面131和132被设置在第一侧表面上在第一导体的相反侧处邻近于第一导体120的馈线部121。相应地，两个接地平面中的第一个131设置在馈线部121的右侧，且两个接地平面中的第二个132设置在第一导体120的馈线部121的左侧。术语“左侧”和“右侧”参照第一导体120的前侧朝上方向。

第二导体130还包括接地连接142，用于对第二导体130的两个接地平面131和132供应GND信号。换句话说，GND信号经由在第二导体130的接地平面131和132中的任一个的近端处的接地连接142而输入，以提供用于第一导体120的参考电压。GND信号可以经由共面传输线或同轴电缆连接到GND连接142。

进一步根据构造用于所需的6GHz频率的示例性实施方式，两个接地平面131和132都是矩形的，分别具有41mm的长度L8和为3mm的宽度L2。

根据一个示例性实现，两个接地平面131和132可以被等距离地设置在第一导体120的馈线部121的相反侧上。换句话说，第一导体120的馈线部121与第二导体130的两个接地平面131和132之间的距离在两个相反侧是相同的。

进一步根据构造用于所需的6GHz频率的示例性实施方式，第一导体120的馈线部121与第二导体130的接地平面131和132之间的距离在两个相反侧上均具有0.5mm的宽度。

两个短桩133和134也是第二导体130的一部分。因此，隐含地表达了这两个短桩被电连接到第二导体130的相应的两个接地平面131和132。根据一个示例性实现，短桩133和134可以经由两个连结部135和136被分别电连接到第二导体130的两个接地平面131和132。

进一步，两个短桩133和134被设置在基底110的第一侧表面上在相应的两个接地平面131和132的相反侧处。相应地，两个短桩的第一个133设置在两个接地平面的第一个131的右侧，并且两个短桩的第二个134设置在两个接地平面的第二个132的左侧。术语“左侧”和“右侧”指的是所述第二导体130的正面朝上方向。

特别地，由于两个接地平面131和132设置在第一导体120的馈线部121的相反侧，并且两个短桩133和134设置在两个接地平面131和132的相应的相反侧处，可以清楚看到两个短桩133和134被设置在第一导体120的馈线部121的相反侧处。

换句话说，第二导体130的两个短桩133和134设置在朝向天线元件100的近端的位置，且没有到达临近(即相邻)第一导体120的单极部122的区域。因此，天线元件100的结构在第一导体120的单极部122的相反侧保留了一个打开的空间。

第二导体130的两个短桩133和134在基本上平行于第一导体120的馈线部121的方向上延伸。由于单极部122与第一导体的馈线部121成为一条线，两个短桩133和134也在基本上平行于单极部122的方向上延伸。

进一步根据构造用于所需的6GHz频率的示例性实施方式，第二导体130的两个短桩133和134都是矩形的，具有8mm的长度L7和1mm的宽度L4。

根据一个示例性实现，两个短桩133和134可以在离第一导体120的自由端预定距离处分别联接到两个接地平面131和132。所述预定距离对应于第一导体120的单极部122的长度。

第一导体120的自由端对应于天线元件100的远端，同样对应于单极部122的顶端(即顶点)。换言之，在示例性实现中，两个短桩133和134可以在天线馈电点F附近(即靠近馈线部121和单极部122之间的交叉点)分别联接到两个接地平面131和132。

根据进一步的示例性实现，两个短桩133和134可以经由两个连结部135和136而分别电连接到两个接地平面131和132。更详细地，两个连结部中的一个135将两个短桩的第一个133电连接至两个接地平面的第一个131，而两个连结部中的另一个136将两个短桩的第二个134电连接至两个接地平面的第二个132。

在另一个示例性实现中，两个连结部135和136的宽度L3可以分别确定两个短桩133和134以及两个接地平面131和132之间的侧向间距。换句话说，两个连结部的第一个135的宽度L3确定两个短桩的第一个133和两个接地平面的第一个131之间的侧向间距，两个连结部的第二个136的宽度L3确定两个短桩的第二个134和两个接地平面的第二个132的侧向间距。

进一步根据构造用于所需的6GHz频率的示例性实施方式，第二导体130的两个连结部135和136都是矩形的，并且具有1mm的长度L6和4mm的宽度L3。

如从下面的描述将变得明显的，第二导体130的两个短桩133和134和两个接地平面131和132一起形成共面波导。

在本说明书的内容中，术语“共面”或“平面”不得限制本发明为一个平坦表面(即平面)上，而应当解释为涉及任何表面、特别是包括弯曲表面的意义。在这方面，表述“接地平面和短桩一起形成共面波导”是指这样的事实，即两者都共同位于相同的(例如，弯曲的)表面，从而形成波导。

根据又一个示例性实现，基底110的第一侧表面可以侧向弯曲，其中第一导体120、第二导体130的两个接地平面131和132和两个短桩133和134设置在基底110的第一侧表面上。术语“侧向弯曲”关于天线元件100的纵向延伸而解释，例如第一导体120的纵向延伸。例如，曲率可具有在10mm至50mm范围内的半径R1。

现在，参考第一实施例的天线元件100的操作。在下文中，更详细地描述了通过天线元件100的RF信号发送操作。然而，天线元件100的操作不限于此。尤其是，天线元件100可类似地用于接收操作，即，天线元件是由一个外部辐射信号而激励。

RF信号输入到第一导体120的RF输入141，GND信号输入到第二导体130的接地连接142。由于第二导体130的接地平面131和132，第一导体120的馈线部121操作为共面传输线，以将在RF输入141接收到的RF信号运送至天线馈电点F。

在天线馈电点F处在第一导体120的馈线部121和第二导体130的两个接地平面131和132之间的间隙的电压，由RF信号产生，导致RF电流在第一导体120的单极部122上流动。由第一导体120的馈线部121所携带的差分电流沿着第二导体130的最接近于馈线部121的接地平面部131和132的表面返回到RF输入141。

第一导体120的单极部122辐射的能量也可能诱发共模电流，所述共模电流沿导体的最接近于馈线部121的两个接地平面131和132的表面远离天线馈电点F流动。这可能出现问题，如由于两个接地平面131和132的有限的宽度和长度而导致来自其的不必要的RF辐射。

一般来说，很好理解的是，如果共模电流允许沿两个接地平面131和132流动，则可能出现问题，如由于两个接地平面131和132有限的宽度和长度而导致来自其的不必要的RF辐射。

为了消除或减少来自两个接地平面131和132的不必要的RF辐射，使用了两个短桩133和134。共模电流可倾向于在两个短桩133和134的另一侧的周围流动(即到离馈线部131最远的短桩的表面)，并返回到两个短桩133和134的远端。

在设计天线元件时，可以选择两个短桩133和134的长度，以阻碍共模电流返回到RF输入141的流动。通过考虑两个接地平面131和132以及两个短桩133和134形成共面波导(CPW)传输线，可以解释阻抗效应。根据这个模型，两个接地平面131和132形成CPW的中心导体，两个短桩133和134形成CPW的外导体。波导通过连结部135和136在其远端处短路。

如果CPW的有效长度大约为四分之一波长(例如，在所希望的频带的中心频率处)，则在CPW开口处的阻抗(例如在两个短桩133和134的近端)在工作频率上可以是近乎无穷大的。

这个阻抗抵抗共模电流沿两个接地平面131和132回流到源端，导致在馈线辐射降低或消除的意义下，天线倾向于更平衡。在这种情况下，期望的是第一导体120的单极部122也具有大约四分之一波长的有效长度。然而，单极部和馈线部的有效长度可以是多个所需频率的波长的四分之一。

应当理解的是，根据实施例的天线元件的操作的任何描述在此仅为说明性用途。特别地，这种解释本身不能代表或对如在上述的各种实现中阐述的任何构造强加任何限制。

概括地说，天线元件100具有几何地安装进车顶天线组件的尺寸和形状。示例性地，车顶天线组件可以具有示出为在图1中虚线所示的尺寸。

更详细地说，天线元件100的结构允许基底110的窄的近端。天线元件100的单极部122的两侧的区域被留空，使得第二导体130(即短桩133和134)没有任何部分设置在靠近单极部122处。与此同时，短桩133和134可以实现为与单极部122具有相同的长度，即λ/4。因此，天线元件100可以有利地结合到车顶天线组件。

另外，天线元件100也同样实现了全向辐射模式的优点。具体而言，包括从第二导体130伸出的单极部122的天线元件100的结构提供了一种改进的能力，以在垂直于天线元件100的长度的所有方向上辐射相等功率。

现在参看图2a和2b，示出了根据本发明的第二实施例中的天线元件200。具体地，图2a示意性示出天线元件200的正视图，图2b示意性示出天线元件200的后视图。

天线元件200是基于图1的天线元件100，其中相应的部分给出相应的附图标记和术语。相应部件的描述为了简明起见已被删去。图2a和2b的天线元件200不同于天线元件100之处在于它具有一个三维的而不是平面的形状。

天线元件200包括在其上设置有第一导体120和第二导体230的用作结构元件的三维基底210。天线元件100的固有结构中，基底110提供为介电材料，以防止在第一导体120和第二导体230之间的短路。

具体而言，天线元件200的基底210成形为截头锥体，其中第一导体120和第二导体230设置在它们中的至少一个的侧表面上。然而，截头锥体的形状仅是基底210的一个示例性实现；基底210可以替代地成形为截头的棱锥、圆柱、长方体或立方体。

在截头锥体的情况下，基底210的第一侧表面被侧向弯曲。术语“侧向弯曲”应当关于天线元件200的纵向轴线而解释，例如第一导体120的纵向轴线。例如，曲率R1可以具有在50mm到150mm范围内的半径。

此外，对于截头形状的基底210，第一导体220和第二导体230至少部分地设置于其上的第一侧表面相对于基底200的基座的基座而倾斜。例如，第一侧表面可具有相对于基底210的基座的在60至85度范围内的角度(90°-α)，使得所述倾斜具有在5至30度范围内的角度α。

如关于第一实施例已经说明的，第一导体120包括馈线部121和单极部122。第一导体120设置在第一侧表面上，比如前表面上，使得第一导体120沿成形为截头锥体的基底210的纵向轴线延伸。因此，由于第一侧表面相对于基底210的基座是倾斜的，第一导体120也被布置为相对于基底210的基座倾斜的构造。

天线元件200的第一导体120的单极部122被设置在基底210的从基底210的顶部突出的一部分上。特别是，基底210额外地包括支撑构件211，该支撑构件从基底的顶部的边缘突出以支撑第一导体的单极部122。例如如图2b所示，支撑构件211设置在基底210的顶部，使得其具有相对于基底210的顶部的角度γ。

因此，第一导体120的馈线部121设置在基底210的第一侧表面上，以跨越其基座和顶部之间的整个表面。因此，第一导体120的馈线部121的长度对应于基底210的侧表面的高度。术语“高度”指的是截头形状的基底210的纵向长度。

在一个示例性实现中，支撑构件212对准基底210，使得所述支撑构件沿着基底210的侧表面在纵向方向上延伸。在这种情况下，支撑构件212相对于基底210的顶部的角度γ对应于基底的侧表面相对于基底210的基座的角度α。

在一个不同的示例性实现中，支撑构件211可以相对于基底210的顶部倾斜，使得支撑构件211相对于基底210的顶部的角度γ不同于基底的侧表面相对于基底210的基座的角度α。在这种情况下，支撑构件212可以提供有相对于基底顶部的角度γ，该角度补偿了侧表面相对于基底210的基座的角度α的倾斜，例如使得γ＝-α。

天线元件200进一步包括第二导体230。第二导体230包括两个接地平面131和132以及三个短桩133、134和238。第二导体230至少部分地设置在基底210的第一侧表面上。

第二导体230的两个接地平面131和132设置在第一侧表面上在第一导体的相反侧处邻近于第一导体120的馈线部121。进一步，两个短桩133和134设置在基底210的第一侧表面上在相应的两个接地平面131和132的相反侧处。

特别地，在天线元件200中，基底210还包括相反于第一侧表面的第二侧表面，并且第二导体230还包括第三短桩238，其设置在第二侧面板上在相反于第一侧表面上的第一导体120的馈线部121的位置处。

例如，基底210的第二侧表面可以相对于基底210的基座(或相对于顶部)以5～30度范围内的角度β倾斜。

对于天线元件200，第一侧表面上的两个短桩133和134以及第二侧表面上的第三短桩238相对于基本上垂直于天线元件200的长度方向的横截面共同环绕第一导体120的馈线部121。术语“纵向方向”必须被理解为对应于第一导体120的馈线部121延伸的方向(除了角α)。

具体而言，第三短桩238在距离第一导体120的自由端预定的距离处被联接到两个接地平面131和132，所述预定距离对应于第一导体120的单极部122的长度L5。

更具体地，第三短桩238经由设置在基底210顶部上的第三连结部237电连接到两个接地平面131和132，并且第三连结部237的长度L9分别确定第三短桩238和两个接地平面131和132之间的侧向间距。

根据为所需的6GHz频率构造的天线元件200的示例性实现，第一导体120的馈线部121是矩形的，具有41mm的长度L8和1mm的宽度L1；第一导体120的单极部122也是矩形的，具有11mm的长度L5，并具有相同的1mm的宽度L1；两个接地平面131和132都是矩形的，分别具有41mm的长度L8和3mm的宽度L2；在两个相反侧上的馈线部121和两个接地平面131和132之间的距离为0.5mm的宽度。

进一步对于构造用于所需的6GHz频率的示例性实施方式，第二导体230的两个短桩133和134都是矩形的，具有8mm的长度L7和1mm的宽度L4。第二导体230的第三短桩238也是矩形的，具有8mm的长度L11和3mm的宽度L9。第二导体130的两个连结部135和136都是矩形的，并且具有1mm的长度L6和4mm的宽度L3。第二导体230的第三连结部237是多边形的，具有5mm的长度L10和在2至18mm范围内的宽度。

对于各种实施方式，按照下面的表1中指定的值选择的天线元件200的尺寸被证明是有利的。该值已被表达为取决于于所需频率的波长λ的函数。例如，在所需的6GHz频率上，波长对应于：λ＝50mm。

表1

第一导体120	0.3mm≤L1≤λ/10
			λ/4≤L5≤3/8λ
	λ/4≤L8
		第二导体230	L1≤L2≤λ/8
	λ/20≤L3≤λ/8
			1.0mm≤L4≤λ/8
	L6≤λ/4
			L7＝λ/4
	L8≈λ/4
			L9＜λ/4
	L10＜λ/4
			L11≈λ/4
基底210	λ/4≤L12
			R1≥λ/4
	R2≥λ/4
			α可以是任意的
	β＜30°
			γ＜30°

概括地说，天线元件200具有几何地安装进车顶天线组件中的尺寸和形状。具体而言，天线元件200的结构允许基底210的窄的近端。

为此目的，基底210成形为例如截头锥体，只有从支撑构件210的顶端伸出的薄支撑构件211用于结构上支撑单极部122。因此，天线元件200的单极部122的所有侧的区域都是空的。然而，短桩133、134和238仍然可以实现为与单极部122具有相同的长度，例如λ/4。因此，天线元件可有利地结合到车顶天线组件中。

另外，天线元件200也同样实现了全向辐射模式的优点。具体而言，包括从第二导体230伸出的单极部122的天线元件200的结构提供一种改进的能力，以在垂直于天线元件200的长度的所有方向上辐射相等的功率。

现在参考图3a和3b，示出了根据本发明第一实施例的天线元件100的天线模式的仿真结果。

天线元件100被垂直地放置在一个无穷大的接地平面上。图3a示出在垂直平面上的天线增益；图3b示出在水平平面上的天线增益。

图3b显示了在水平平面内的天线元件100的天线增益类似于方位模式产生水平的全向模式并且变化小于2dB。在x-y平面上90度方向上(θ(Theta)＝90度)的主瓣幅值为8.8dB。

此外，图3a表示在垂直平面内的天线元件100的天线增益在x-z平面中90度(φ(Phi)＝90度)的主瓣方向上的主瓣幅值为8.8dB。主瓣具有9.3度的角宽度(在3dB测量)。另外，在y-z平面上大约50度的旁瓣方向处的旁瓣水平是5.2dB。

总之，各种实施例的天线元件有利地具有在水平面上的全向辐射模式。这允许该天线元件在车对车通信领域中使用，其中重要的是，无线通信可以在任何水平方向上接合。

此外，各种实施例的天线元件允许通过三维表面金属化技术，如模制互连装置技术(MID)与激光直接结构(LOS)或3D打印组合的方式生产。

附图标记

附图标记	描述
		100、200	天线元件
110、210	基底
		120	第一导体
121	馈线部
		122	单极部
F	馈电点
		130	第二导体
131、132	接地平面
		133、134	短桩
135、136	连结部
		141	RF输入
142	接地连接
		211	支撑构件
237	连结部
		238	第三短桩

Claims (15)

1.一种天线元件，包括：

基底(110；210)，具有至少一个第一侧表面；

第一导体(120)，设置在所述第一侧表面上，所述第一导体包括馈线部(121)和单极部(122)；

第二导体(130)，至少部分地设置在相同的第一侧表面上，其中，所述第二导体包括：

两个接地平面(131，132)，其被设置在所述第一侧表面上在所述第一导体的相反侧处邻近所述第一导体的馈线部，和

两个短桩(133，134)，其被设置在所述第一侧表面上在所述两个接地平面的相应的相反侧处，并且在基本上平行于所述第一导体的馈线部的方向上延伸；以及

其中所述第二导体(130)的两个接地平面(131，132)和两个短桩(133，134)被布置为形成共面波导。

2.根据权利要求1所述的天线元件，其中所述第一侧表面侧向弯曲，所述弯曲具有在λ/4到λ的范围内的半径(R1)，其中λ对应于所述天线元件的优选频率的波长。

3.根据权利要求1或2所述的天线元件，其中所述基底(210)被成形为截头锥体，所述第一和第二导体设置在所述截头锥体的至少一个侧表面上。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的天线元件，其中所述第一侧表面相对于基底的基座以5至30度范围内的角度(α)倾斜。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的天线元件，其中所述第一导体的单极部设置在所述基底(211)的从所述基底的顶部突出的部分上。

6.根据权利要求1至5中任一项所述的天线元件，其中所述两个短桩(133，134)在离所述第一导体的自由端的预定距离处分别联接到所述两个接地平面(131，132)，所述预定距离对应于所述第一导体(120)的单极部(122)的长度。

7.根据权利要求1至6中任一项所述的天线元件，其中所述两个短桩分别经由两个连结部(135，136)电连接到所述两个接地平面，并且

所述两个连结部(135，136)的长度(L3)分别确定所述两个短桩(133，134)和两个接地平面(131，132)之间的侧向间距。

8.根据权利要求1至7中任一项所述的天线元件，其中所述第一导体的单极部(122)相对于所述第一导体的馈线部(121)以5至30度范围内的角度倾斜。

9.根据权利要求1至8中任一项所述的天线元件，其中所述单极部的长度约为λ/4，所述两个短桩的长度约为λ/4，其中λ对应于所述天线元件的优选频率的波长。

10.根据权利要求1至9任一项所述的天线元件，其中：

所述基底进一步包括相反于所述第一侧表面的第二侧表面，以及

所述第二导体进一步包括第三短桩(238)，所述第三短桩(238)设置在所述第二侧表面上在相反于所述第一侧表面上的馈线部(121)的位置上。

11.根据权利要求10所述的天线元件，其中在所述第一侧表面上的两个短桩(133，134)和在所述第二侧表面上的第三短桩(238)相对于基本上垂直于所述馈线部延伸方向的横截面共同环绕所述第一导体(120)的馈线部(121)。

12.根据权利要求10或11所述的天线元件，其中所述第二侧表面相对于所述基底的基座以5至30度范围内的角度倾斜。

13.根据权利要求10至12中任一项所述的天线元件，其中所述第三短桩的长度约为λ/4，其中λ对应于所述天线元件的优选频率的波长。

14.根据权利要求10至13中任一项所述的天线元件，其中所述第三短桩(238)在距离所述第一导体(120)的自由端的预定距离处联接到所述两个接地平面(131，132)，所述预定距离对应于所述第一导体的单极部(122)的长度。

15.根据权利要求10至14中任一项所述的天线元件，其中所述第三短桩(238)经由设置在所述基底的顶部的第三连结部(237)电连接到所述两个接地平面(131，132)，以及

所述第三连结部(237)的长度(L3)确定所述第三短桩(238)分别和所述两个接地平面(131，132)之间的侧向间隔。