CN105048054A - 共线的am/fm和专用短程通信天线 - Google Patents

共线的am/fm和专用短程通信天线 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种共线的AM/FM和专用短程通信天线。更具体而言，本发明涉及一种用于车辆的天线组件，其包括用于AM/FM信号的AM/FM杆式天线元件以及定位在杆的末端处的WiFi或DSRC天线元件，其中，所述天线组件被安装到车辆顶棚，并且其中，所述WiFi或DSRC天线元件在车辆的车顶线之上延伸。

Description

共线的AM/FM和专用短程通信天线
相关申请的交叉引用
本申请要求2014年5月2日提交的标题为“Co-LinearAM/FMandDSRCAntenna”的美国临时专利申请序号61/987,729的优先权日期的权益。
技术领域
本发明一般涉及一种组合的AM/FM和WiFi天线组件，并且更具体而言，涉及一种用于车辆的组合的AM/FM和专用短程通信(DSRC)系统的杆式天线组件，其中，所述杆式天线组件被定位在车辆顶棚上，并且DSRC系统天线被放置在所述杆式天线组件的顶端处。
背景技术
对车辆行驶而言，交通事故和道路拥堵能够是重大的问题。基于车辆自组织网络(ad-hocnetwork)的主动安全和驾驶员辅助系统是已知的，其允许车辆通信系统，例如专用短程通信(DSRC)系统，给处于具有关于危险路况、驾驶事件、事故等的警告消息的特定区域中的其它车辆传输消息。在这些系统中，对于本领域技术人员而言已知的多跳位置辅助多播路由协议(multi-hopgeocastroutingprotocols)通常被用于扩展警告消息的可达性，即，用于将主动消息传递给可离路况几千米远的车辆，作为一次多跳传输过程。换言之，因为一辆车的传输距离通常是相对较短的，所以通知驾驶员潜在的危险路况的初始消息使用位置辅助多播路由协议来从车辆传送到车辆，使得距离相当远距离的车辆将接收到所述消息。
本文所述类型的车辆对车辆(V2V)和车辆对基础设施(V2I)的通信系统(统称为V2X通信系统)要求最少一个实体，以发送信息给另一个实体。例如，许多车辆对车辆的安全应用能够通过简单地从邻近车辆接收广播消息而在一个车辆上执行。这些消息并不针对任何特定的车辆，而是意在与车辆群体共享。在期望碰撞规避的这些类型的应用中，当两个或更多个车辆彼此通话并且变得可能碰撞时，系统能够警告车辆驾驶员，或可能为驾驶员采取规避动作，例如施加制动。同样，交通控制单元能够观察信息的广播，并且产生关于通过给定的十字路口或道路的交通流量的统计数字。
现代车辆采用各种的和许多类型的天线来接收和传输信号用于不同的通信系统，例如地面无线电(AM/FM)、蜂窝式电话、卫星广播、DSRC、GPS等。通常，用于这些系统的天线被安装到车辆的顶棚，以便提供最大的接收能力。此外，这些天线中的许多通常被集成到安装到车辆的顶棚的常见结构和壳体中。
车辆的设计和风格通常要求车辆的顶棚具有弯曲的构型。将用于DSRC系统的天线安装到车辆的顶棚的后部部分是已知的。在此构型中，DSRC天线因车辆顶棚的凸起的中央部而可至少部分地从前方视野受阻，从而降低了天线性能，这是因为有更多来自所述天线的辐射从车辆的后部脱离，而更少的辐射从车辆的前部脱离。
发明内容
本公开描述了用于车辆的杆式天线组件，其包括用于AM/FM信号的AM/FM杆式天线以及定位在所述杆式天线组件的末端处的WiFi天线元件，例如DSRC天线元件，其中，所述天线组件被安装到车辆顶棚，并且其中，DSRC天线元件在车辆的车顶线(roofline)之上延伸。
本发明还包括下述方案：
1.一种可操作来安装到结构的天线组件，所述天线组件包括：
构型成与所述结构相邻地安装的基部；
包括安装到所述基部的下端和与所述基部相反的上端的杆，所述杆包括至少AM和/或FM天线元件；以及
与所述基部相反地耦接到所述杆的末端部，所述末端部包括主WiFi天线元件。
2.根据方案1所述的天线组件，其特征在于，所述主WiFi天线元件为专用短程通信系统天线元件。
3.根据方案1所述的天线组件，其特征在于，所述主WiFi天线元件为IEEE802.11协议的天线元件。
4.根据方案3所述的天线组件，其特征在于，所述主WiFi天线元件为IEEE802.11p协议的天线元件。
5.根据方案1所述的天线组件，其特征在于，所述主WiFi天线元件为同轴套筒天线元件。
6.根据方案1所述的天线组件，其特征在于，所述基部包括至少一个天线元件。
7.根据方案6所述的天线组件，其特征在于，所述基部包括多个天线元件。
8.根据方案7所述的天线组件，其特征在于，所述多个天线元件包括蜂窝式电话天线元件、卫星广播天线元件、GPS天线元件以及副WiFi天线元件中的一个或多个。
9.根据方案1所述的天线组件，还包括副WiFi天线元件。
10.根据方案9所述的天线组件，其特征在于，所述副WiFi天线元件为分集式天线元件。
11.根据方案9所述的天线组件，其特征在于，所述副天线元件被设置在所述基部或所述杆中。
12.根据方案1所述的天线组件，其特征在于，所述杆包括第一杆部和第二杆部，其中，所述第一杆部包括所述AM/FM天线元件，并且所述第二杆部包括数字音频广播天线元件。
13.根据方案12所述的天线组件，其特征在于，所述第一杆部被耦接到所述基部，所述第二杆部被耦接到所述第一杆部，并且所述末端部被耦接到所述第二杆部。
14.根据方案12所述的天线组件，其特征在于，所述第二杆部被耦接到所述基部，所述第一杆部被耦接到所述第二杆部，并且所述末端部被耦接到所述第一杆部。
15.根据方案1所述的天线组件，其特征在于，所述结构为车辆结构。
16.根据方案15所述的天线组件，其特征在于，所述结构为车辆的顶板。
17.根据方案16所述的天线组件，其特征在于，所述天线组件相对于所述顶板成一定角度。
18.一种可操作来安装到车辆的顶板的天线组件，所述天线组件包括：
构型成与所述顶板相邻地安装的基部，其中，所述基部包括多个天线元件，所述多个天线元件包括蜂窝式电话天线元件、卫星广播天线元件、GPS天线元件和分集式天线元件中的一个或多个；
包括安装到所述基部的下端和与所述基部相反的上端的杆，所述杆包括至少AM和/或FM天线元件；以及
与所述基部相反地耦接到所述杆的末端部，所述末端部包括专用短程通信系统天线元件。
19.一种天线组件，包括：
构型成与顶板相邻地安装的基部，所述基部包括多个天线元件，所述多个天线元件包括蜂窝式电话天线元件、卫星广播天线元件和GPS天线元件中的一个或多个；
包括安装到所述基部的下端和与所述基部相反的上端的杆，所述杆包括具有AM/FM天线元件的第一杆部和具有数字音频广播天线元件的第二杆部；以及
与所述基部相反地耦接到所述杆的末端部，所述末端部包括主专用短程通信系统天线元件。
20.根据方案19所述的天线组件，还包括副天线元件或分集式天线元件。
通过以下描述和所附权利要求，并结合附图，本发明的另外的特征将变得显而易见。
附图说明
图1是包括具有AM/FM杆式天线的已知天线组件的车辆的等距后视图；
图2是安装到车辆顶棚的天线组件的侧视图，所述天线组件包括AM/FM杆式天线和定位在杆的末端处的DSRC天线元件；以及
图3是与图2中所示的天线组件分离的DSRC天线元件的侧视图。
具体实施方式
对涉及一种天线组件的本发明的实施例的以下讨论本质上仅仅是示例性的，并且决不意在限制本发明或者其应用或使用，所述天线组件包括AM/FM杆式天线以及安装到杆的末端的WiFi天线，例如DSRC天线。例如，本文中的讨论是特定于车辆天线组件的。但是，所述天线组件可以具有用于其它移动平台的应用。
图1是包括弯曲的车辆顶棚12的车辆10的后向等距视图，其中，顶棚12的前部和后部低于顶棚12的中部。天线组件14就在车辆10的后窗16之上被安装到顶棚12的后部。天线组件14包括基部18和杆20。对具有此构型的已知的天线设计中的一些而言，杆20通常包括用于AM/FM无线电接收的辐射天线元件，并且基部18可以收容支持蜂窝式电话、卫星广播、GPS、DSRC等的一个或多个其它天线元件。杆20在车辆10的顶棚12之上延伸，并且因此具有在顶棚12的弯曲部分之上的到车辆10的前部的良好视线。但是，基部18与顶棚12非常接近地安装，并且因此可在顶棚12的最高部分之下，从而可能引起对朝向车辆10的前部的天线辐射的阻碍。对于其用于传输和接收的天线方向图方向向上的那些天线元件，例如卫星广播和GPS，顶棚12的弯曲可不存在性能问题。此外，对于可以以相对较低的频率操作的那些基于地面的应用，例如蜂窝式电话，顶棚12的弯曲对阻碍天线的辐射方向图具有较小的影响。但是，对于以相对较高的频率(例如，用于V2X通信系统的5.9GHz)与处于相同道路上的以及沿道路的基础设施上的其它车辆通信的那些天线，例如WiFi天线和DSRC天线，弯曲的车辆顶棚12能够降低天线沿车辆10的前向方向的辐射影响，这能够存在性能问题。应当注意的是，DSRC协议也称为IEEE802.11p，其是IEEE802.11“WiFi”无线协议的一部分。虽然在本文中本发明被讨论为特定地采用DSRC(IEEE802.11p)协议，但本发明并不限于该特定的无线协议，并且确实具有用于其它IEEE802.11WiFi协议的应用。
图2是安装到车辆的顶板32的天线组件30的侧视图，其中，天线组件30相对于车辆的前向方向以一定的角度(例如70°)向后成角度倾斜。天线组件30使用例如定位在顶板32之外的垫片36、O型环或垫圈38以及定位在车辆的顶板32内的紧固螺母40来安装在顶板32中的开口34内，如图所示。天线组件30包括与垫片36相邻地安装的基部50以及与垫片36相反地安装到基部50的较宽的杆部52，如图所示。较窄的杆部54与基部50相反地安装到较宽的杆部52，并且末端部56与较宽的杆部52相反地安装到较窄的杆部54。
天线组件30包括适当地构型和定位成接收和传输用于特定应用的期望波长的信号的若干个天线元件。例如，基部50收容用于蜂窝式电话天线元件、GPS天线元件、卫星广播天线元件等的任何组合的一个或多个辐射天线元件，所述天线元件全部可以是例如支持用于应用的特定频带的贴片式(patchtype)天线元件。在一个非限制性实施例中，较宽的杆部52收容用于数字音频广播(DAB)信号的合适长度的DAB天线元件，例如可在欧洲使用的DAB天线元件。较窄的杆部54包围用于AM和/或FM地面无线电广播的合适长度的杆式天线元件，例如单极天线或偶极天线。末端部56收容WiFi天线元件，例如DSRC天线元件，并且因此在顶板32之上延伸得足够高，使得对合理地弯曲的车辆顶棚而言，所述DSRC天线元件从车辆的前部是可见的。在一个替代实施例中，DAB天线元件能够被放置在AM/FM天线元件的顶部上，使得它与DSRC天线元件相邻。
应当注意的是，本发明的天线组件在本文中被讨论为安装到车辆顶棚。但是，杆式天线有时被安装到其它车辆结构，例如车辆保险杠。本发明将具有用于安装到各种车辆结构的其它类型的杆式天线的应用，其中，DSRC天线被安装在较宽的杆部52或较窄的杆部54内。
天线元件被合适地封装和构型在天线组件30内以及用于特定应用的外壳体内。每个天线元件都将被电耦接到适合的导体，使得用于传输的信号被提供给特定的天线元件，并且通过特定的天线元件接收的信号被传送到接收器(未示出)。例如，连接器组件60被提供用于DAB天线元件，连接器组件62被提供用于AM/FM天线元件，并且连接器组件64被提供用于DSRC天线元件。尽管未明确地示出，但还将提供用于蜂窝式电话天线元件、GPS天线元件和卫星广播天线元件中的任何或全部天线元件的连接。连接器66也被用于给例如用于AM/FM天线元件的低噪声放大器(LNA)(未示出)提供电压电位。还可以提供附加的同轴电缆和/或同轴线用于其它的无线服务，例如GPS和/或SiriusXMTM卫星广播。
各种DSRC和WiFi技术实施多个天线在本领域中是已知的。这样的天线能够支持附加的无线电或为单无线电提供冗余的分集能力。除上文中讨论的天线外，天线组件30还能够支持用于这些目的的副天线元件或分集式天线元件。分集式DSRC/WiFi天线元件或副DSRC/WiFi天线元件能够位于基部50、较宽的杆部52和较窄的杆部54中的任何一者中。能够从分集式天线元件或副天线元件提供单独的同轴电缆(未示出)给单独的无线电或者给DSRC无线电的副天线输入或分集式天线输入。对DSRC无线电的副输入还能够被用于DSRC系统的非安全信道，而主天线元件专用于DSRC系统的安全专用(safetyonly)信道。
用于DSRC无线电的分集式天线元件或副天线元件也能够被用于传输模式中，其中，副天线元件被用于填补可因主天线元件的辐射限制而存在的辐射间隙(radiationgap)。两个天线元件的组合使DSRC系统能够优化辐射功率电平，同时满足所有的性能需求。
WiFi天线元件或主DSRC天线元件和副DSRC天线元件能够是用于本文所讨论的目的的任何合适的天线元件，例如以5.9GHz操作用于V2X通信系统的天线元件。图3是适于DSRC天线元件的同轴套筒天线70的侧视图，其中，天线70将被安装在末端部56内。天线70包括安装到天线基部支架74的同轴电缆72，其中，电缆72包括外导体76和从支架74延伸的内导体78，如图所示。从支架74延伸的内导体78的长度形成天线70的辐射元件，并且被设定成用于所关注的特定频带的期望的长度。
如本领域技术人员将会很好地理解的，为了描述本发明而在本文中讨论的若干和各种的步骤和过程，可以表示通过计算机、处理器或使用电现象操纵和/或变换数据的其它电子计算装置来执行的操作。那些计算机和电子装置可以采用各种易失性和/或非易失性的存储器，包括具有存储于其上的可执行程序的非临时性计算机可读介质，所述可执行程序包括能够通过计算机或处理器执行的各种代码或可执行指令，其中，存储器和/或计算机可读介质可以包括所有形式和类型的存储器和其它计算机可读介质。
前述讨论仅仅公开和描述了本发明的示例性实施例。通过这样的讨论以及通过附图和权利要求，本领域技术人员将会容易地认识到，能够在其中做出各种改变、修改和变型，而不脱离在所附权利要求中限定的本发明的精神和范围。

Claims (10)

1.一种可操作来安装到结构的天线组件，所述天线组件包括：
构型成与所述结构相邻地安装的基部；
包括安装到所述基部的下端和与所述基部相反的上端的杆，所述杆包括至少AM和/或FM天线元件；以及
与所述基部相反地耦接到所述杆的末端部，所述末端部包括主WiFi天线元件。
2.根据权利要求1所述的天线组件，其特征在于，所述主WiFi天线元件为专用短程通信系统天线元件。
3.根据权利要求1所述的天线组件，其特征在于，所述主WiFi天线元件为IEEE802.11协议的天线元件。
4.根据权利要求3所述的天线组件，其特征在于，所述主WiFi天线元件为IEEE802.11p协议的天线元件。
5.根据权利要求1所述的天线组件，其特征在于，所述主WiFi天线元件为同轴套筒天线元件。
6.根据权利要求1所述的天线组件，其特征在于，所述基部包括至少一个天线元件。
7.根据权利要求6所述的天线组件，其特征在于，所述基部包括多个天线元件。
8.根据权利要求7所述的天线组件，其特征在于，所述多个天线元件包括蜂窝式电话天线元件、卫星广播天线元件、GPS天线元件以及副WiFi天线元件中的一个或多个。
9.一种可操作来安装到车辆的顶板的天线组件，所述天线组件包括：
构型成与所述顶板相邻地安装的基部，其中，所述基部包括多个天线元件，所述多个天线元件包括蜂窝式电话天线元件、卫星广播天线元件、GPS天线元件和分集式天线元件中的一个或多个；
包括安装到所述基部的下端和与所述基部相反的上端的杆，所述杆包括至少AM和/或FM天线元件；以及
与所述基部相反地耦接到所述杆的末端部，所述末端部包括专用短程通信系统天线元件。
10.一种天线组件，包括：
构型成与顶板相邻地安装的基部，所述基部包括多个天线元件，所述多个天线元件包括蜂窝式电话天线元件、卫星广播天线元件和GPS天线元件中的一个或多个；
包括安装到所述基部的下端和与所述基部相反的上端的杆，所述杆包括具有AM/FM天线元件的第一杆部和具有数字音频广播天线元件的第二杆部；以及
与所述基部相反地耦接到所述杆的末端部，所述末端部包括主专用短程通信系统天线元件。
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