CN107331949A - 一种车载天线的设计方法 - Google Patents

一种车载天线的设计方法 Download PDF

Info

Publication number
CN107331949A
CN107331949A CN201710446436.7A CN201710446436A CN107331949A CN 107331949 A CN107331949 A CN 107331949A CN 201710446436 A CN201710446436 A CN 201710446436A CN 107331949 A CN107331949 A CN 107331949A
Authority
CN
China
Prior art keywords
antenna
fan
car
design method
solid metal
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN201710446436.7A
Other languages
English (en)
Inventor
吕文俊
李晴
王生光
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Nanjing Post and Telecommunication University
Nanjing University of Posts and Telecommunications
Original Assignee
Nanjing Post and Telecommunication University
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Nanjing Post and Telecommunication University filed Critical Nanjing Post and Telecommunication University
Priority to CN201710446436.7A priority Critical patent/CN107331949A/zh
Priority to PCT/CN2017/105458 priority patent/WO2018227827A1/zh
Publication of CN107331949A publication Critical patent/CN107331949A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q1/00—Details of, or arrangements associated with, antennas
    • H01Q1/27—Adaptation for use in or on movable bodies
    • H01Q1/28—Adaptation for use in or on aircraft, missiles, satellites, or balloons
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q1/00—Details of, or arrangements associated with, antennas
    • H01Q1/27—Adaptation for use in or on movable bodies
    • H01Q1/32—Adaptation for use in or on road or rail vehicles
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q1/00—Details of, or arrangements associated with, antennas
    • H01Q1/27—Adaptation for use in or on movable bodies
    • H01Q1/34—Adaptation for use in or on ships, submarines, buoys or torpedoes
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q1/00—Details of, or arrangements associated with, antennas
    • H01Q1/36—Structural form of radiating elements, e.g. cone, spiral, umbrella; Particular materials used therewith
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q1/00—Details of, or arrangements associated with, antennas
    • H01Q1/50—Structural association of antennas with earthing switches, lead-in devices or lightning protectors
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q19/00—Combinations of primary active antenna elements and units with secondary devices, e.g. with quasi-optical devices, for giving the antenna a desired directional characteristic
    • H01Q19/10—Combinations of primary active antenna elements and units with secondary devices, e.g. with quasi-optical devices, for giving the antenna a desired directional characteristic using reflecting surfaces

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Astronomy & Astrophysics (AREA)
  • Aviation & Aerospace Engineering (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Remote Sensing (AREA)
  • Aerials With Secondary Devices (AREA)
  • Waveguide Aerials (AREA)

Abstract

本发明公开了一种车载天线的设计方法，属于微波与天线技术领域。通过在金属反射器上方设计具有优角结构的短接辐射单元，并在其内部引入对称开槽结构，实现低阶与高阶谐振模式的同时激发，实现双谐宽带匹配特性。金属反射器既可以安装在车体表面，也可以通过开窗方式嵌入车体内部、通过金属窗框结构与车体连接在一起，在平行于车体的方向上，产生不低于‑6dBi的覆盖增益。在其辐射主瓣内，天线俯仰面、方位面均应具有波动不大于12dB的均匀覆盖特性。

Description

一种车载天线的设计方法
技术领域
本发明涉及一种车载天线的设计方法，属于微波与天线技术领域。
背景技术
各种安装在高速移动的车辆（或舰艇、飞行器、航天器等）表面的天线，一般可广义统称为“车载天线”。这类天线的一些显著特征包括：（1）天线周围存在较大面积的金属车（或船、舰、机、星）体；（2）天线具有较宽的俯仰面波束和方位面波束，以便充分捕捉来自不同方向上的散射分量、克服无线信号衰落；（3）为了满足车辆之间的通信，要求天线在平行于金属车体的方向上仍然保持足够的辐射电平。
常用的车载天线形态包括单极子天线、贴片天线、倒L或倒F天线等。单极子天线具有增益较高的全向覆盖特性，但是剖面尺寸较大，突兀在车体表面，既影响美观，又容易损坏。贴片天线增益高、剖面低，但工作带宽窄、波束较尖锐，通常在平行于车体方向呈现辐射零点，无法满足车辆间通信的需要；倒L或倒F天线的剖面尺寸介于上述两者之间，具有中等工作带宽的全向覆盖特性，但在平行于车体方向只有较低的辐射电平。
因此，有必要研究一种具备上述天线优点、又能在平行于车体方向上产生足够覆盖能力的新型天线设计方法。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种车载天线的设计方法，由短接辐射单元、一对开槽、馈电点、金属反射器构成该车载天线，利用开槽扰动扇形贴片单元的多个谐振辐射模式，以实现双谐宽带匹配工作特性。该车载天线具有剖面低，结构简单，成本低廉，工艺易实现等特点，因此该天线设计方法可广泛应用到多个领域中。
本发明为解决上述技术问题采用以下技术方案：
一方面，本发明提供一种车载天线的设计方法，在金属反射器的上方设置一个扇形贴片单元，该扇形贴片单元的两个直边通过短路面与金属反射器短接，构成短接辐射单元；在扇形贴片单元上设置两个从其弧形边缘向圆心延伸的开槽，两个开槽关于扇形贴片单元的角平分线对称；在扇形贴片单元上设置馈电点，以激励短接辐射单元。
作为本发明的进一步技术方案，扇形贴片单元为优角结构，角度范围为190°至350°。
作为本发明的进一步技术方案，金属反射器安装在车体表面。
作为本发明的进一步技术方案，金属反射器通过开窗方式嵌入车体内部、通过金属窗框结构与车体连接。
作为本发明的进一步技术方案，两个开槽的长度为高阶谐振模式对应工作波长的1/10至1/2，宽度为高阶谐振模式对应工作波长的1/5至1/40。
另一方面，本发明还提供一种车载天线，由上述任一所述的方法制得。
作为本发明的进一步技术方案，馈电点设置在两个开槽之间。
本发明采用以上技术方案与现有技术相比，具有以下技术效果：本发明利用开槽扰动扇形贴片单元的多个谐振辐射模式，以实现双谐宽带匹配工作特性；本发明实现的车载天线是一种结构简单、剖面低、体积小、制作成本低廉的宽带车载天线，因此该方法可广泛应用到多个领域中。
附图说明
图1是本发明方法设计的天线的正面结构与参考坐标示意图。
图2是本发明方法设计的天线的三维立体结构与参考坐标示意图。
其中，1是扇形贴片单元，21和22是开槽，3是馈电点，4是金属反射器，5是优角结构。
图3是利用IE3D软件计算的天线反射系数特性。
图4是利用IE3D软件计算的天线方向图，其中，（a）是zox平面，（b）是xoy 平面。
图5是利用IE3D软件计算的天线增益图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的技术方案做进一步的详细说明：
本发明提供一种车载天线的设计方法，通过在金属反射器的上方设计具有优角结构的短接辐射单元，并在其内部引入对称开槽结构，实现低阶与高阶谐振模式的同时激发，实现双谐宽带匹配特性。本发明中，金属反射器既可以安装在车体表面，也可以通过开窗方式嵌入车体内部、通过金属窗框结构与车体连接在一起。本发明的天线在平行于车体的方向上（即平行于金属反射器的方向上），产生不低于-6dBi的覆盖增益；在其辐射主瓣内，天线俯仰面、方位面均应具有波动不大于12dB的均匀覆盖特性。
如图1和图2所示，本发明的方法设计的一种车载宽带天线，包括扇形贴片单元1、开槽21和22、馈电点3和金属反射器4。扇形贴片单元1具有一定角度范围的优角结构5，其角度范围为190°至350°。扇形贴片单元1的直边通过短路面与金属反射器4短接，构成短接辐射单元。金属反射器4既可直接安装在车体表面，也通过开窗方式嵌入车体内部、通过金属窗框结构与车体连接在一起。短接辐射单元的内部引入的开槽21和22（即在扇形贴片单元1上设置两个开槽），开槽的一端指向优角结构5的顶点（即扇形贴片单元1的圆心），另一端终止于扇形贴片单元1的弧形边缘，开槽21和22关于优角结构5的角平分线呈对称分布，用以同时激发低阶与高阶谐振模式，实现双谐宽带匹配特性。开槽21和22的长度范围为高阶谐振模式对应工作波长的1/10-1/2，开槽21和22的宽度范围为高阶谐振模式对应工作波长的1/5-1/40。
下面通过具体实施例对本发明的技术方案做进一步的详细说明：
本实施例中，优角结构5为240°、馈电点3按照同轴线馈电方式实施、开槽21和22的长度为高阶谐振模式对应工作波长的1/4、宽度为高阶谐振模式对应工作波长的1/25。如图3所示的采用IE3D软件计算的天线反射系数特性，天线的阻抗带宽为2.48-3.16GHz, 中心频率为2.82GHz, 相对带宽为24.11%，阻抗带宽内具有两个谐振点，表明天线具有双模谐振特性。
按照本实施例的实施方式，对照图1中的参考坐标系，图4中的（a）和（b）分别给出了2.5GHz频率时两个主工作平面（zox面与xoy面）的方向图。其中，（a）中，虚线为E θ 分量，短点线为E φ 分量，实线为E total 分量，由图可知，在zox面的辐射主瓣内，+/-75度仰角范围内增益波动不大于5dB，+/-90度仰角范围内辐射增益波动不大于7.5dB，表明天线既具有单向辐射特性，又具有相对均匀的俯仰覆盖特性；（b）中，虚线为E θ 分量，短点线为E φ 分量，实线为E total 分量，天线的辐射波动不大于1.6dB，仍具有良好的均匀覆盖特性。
图5给出了天线在+z轴和+x轴方向的辐射增益频响曲线，在天线工作频段内，+z方向的平均增益可达1.2dBi，+x方向（平行于反射器方向）的平均增益可达-4.1dBi。由图3-图5可知，天线具有较宽的工作频带，以及在其辐射主瓣内，天线的俯仰面、方位面均具有较高增益的均匀辐射覆盖特性。
综上所述，本发明的方法既能实现超过20%的工作带宽，又具有均匀的俯仰面和方位面波束，还能在平行于车体方向上产生足够强的辐射电平。采用本方法实现的天线具有低剖面特性，具有宽频带、均匀覆盖的工作特性，不仅可以直接共形集成在车辆表面，而且具有结构简单、体积小、剖面尺寸低、工艺简易、便于实现等优点，应用领域十分广泛。
以上所述，仅为本发明中的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉该技术的人在本发明所揭露的技术范围内，可理解想到的变换或替换，都应涵盖在本发明的包含范围之内，因此，本发明的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。

Claims (7)

1.一种车载天线的设计方法，其特征在于，在金属反射器（4）的上方设置一个扇形贴片单元（1），该扇形贴片单元（1）的两个直边通过短路面与金属反射器（4）短接，构成短接辐射单元；在扇形贴片单元（1）上设置两个从其弧形边缘向圆心延伸的开槽（21，22），两个开槽（21，22）关于扇形贴片单元（1）的角平分线对称；在扇形贴片单元（1）上设置馈电点（3），以激励短接辐射单元。
2.根据权利要求1所述的一种车载天线的设计方法，其特征在于，扇形贴片单元（1）为优角结构，角度范围为190°至350°。
3.根据权利要求1所述的一种车载天线的设计方法，其特征在于，金属反射器（4）安装在车体表面。
4.根据权利要求1所述的一种车载天线的设计方法，其特征在于，金属反射器（4）通过开窗方式嵌入车体内部、通过金属窗框结构与车体连接。
5.根据权利要求1所述的一种车载天线的设计方法，其特征在于，两个开槽（21，22）的长度为高阶谐振模式对应工作波长的1/10至1/2，宽度为高阶谐振模式对应工作波长的1/5至1/40。
6.一种车载天线，其特征在于，由权利要求1至5中任一所述的方法制得。
7.根据权利要求6所述的一种车载天线，其特征在于，馈电点（3）设置在两个开槽（21，22）之间。
CN201710446436.7A 2017-06-14 2017-06-14 一种车载天线的设计方法 Pending CN107331949A (zh)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201710446436.7A CN107331949A (zh) 2017-06-14 2017-06-14 一种车载天线的设计方法
PCT/CN2017/105458 WO2018227827A1 (zh) 2017-06-14 2017-10-10 一种车载天线的设计方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201710446436.7A CN107331949A (zh) 2017-06-14 2017-06-14 一种车载天线的设计方法

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN107331949A true CN107331949A (zh) 2017-11-07

Family

ID=60195067

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201710446436.7A Pending CN107331949A (zh) 2017-06-14 2017-06-14 一种车载天线的设计方法

Country Status (2)

Country Link
CN (1) CN107331949A (zh)
WO (1) WO2018227827A1 (zh)

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110444867A (zh) * 2019-08-21 2019-11-12 南京邮电大学 一种圆极化贴片天线
CN110518359A (zh) * 2019-08-21 2019-11-29 南京邮电大学 一种扇形双谐偶极子天线
CN110518344A (zh) * 2019-08-21 2019-11-29 南京邮电大学 一种自平衡式宽带宽波束磁偶极子天线
CN110600864A (zh) * 2018-06-12 2019-12-20 启碁科技股份有限公司 天线结构
US10819025B2 (en) 2018-06-04 2020-10-27 Wistron Neweb Corp. Antenna structure

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20060097922A1 (en) * 2004-11-09 2006-05-11 The Mitre Corporation Method and system for a single-fed patch antenna having improved axial ratio performance
CN101826650A (zh) * 2010-05-05 2010-09-08 东南大学 双频双极化印刷天线
CN205355251U (zh) * 2016-01-21 2016-06-29 桂林电子科技大学 基于谐振式反射器的宽带定向天线

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2007243416A (ja) * 2006-03-07 2007-09-20 Chiba Univ 通信用アンテナ
CN102544713B (zh) * 2012-02-24 2013-11-06 重庆信科设计有限公司 基于平面双层扇形电磁缝隙结构的频率可重构超宽带天线
CN103855466B (zh) * 2014-03-25 2016-08-17 电子科技大学 一种具有窄陷波带宽的三阻带超宽带天线
KR101709074B1 (ko) * 2015-11-13 2017-02-23 현대자동차주식회사 안테나 및 이를 포함하는 차량
CN105977619B (zh) * 2016-05-09 2018-07-20 南京邮电大学 一种宽带扇形圆极化天线

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20060097922A1 (en) * 2004-11-09 2006-05-11 The Mitre Corporation Method and system for a single-fed patch antenna having improved axial ratio performance
CN101826650A (zh) * 2010-05-05 2010-09-08 东南大学 双频双极化印刷天线
CN205355251U (zh) * 2016-01-21 2016-06-29 桂林电子科技大学 基于谐振式反射器的宽带定向天线

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
QING LI等: "Planar Quasi-Isotropic Magnetic Dipole Antenna Using Fractional-Order Circular Sector Cavity Resonant Mode", 《IEEE ACCESS》 *
SUMITHA MATHEW等: "A Compact Tri-Band Dual-Polarized Corner-Truncated Sectoral Patch Antenna", 《IEEE TRANSACTIONS ON ANTENNAS AND PROPAGATION》 *

Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US10819025B2 (en) 2018-06-04 2020-10-27 Wistron Neweb Corp. Antenna structure
CN110600864A (zh) * 2018-06-12 2019-12-20 启碁科技股份有限公司 天线结构
CN110444867A (zh) * 2019-08-21 2019-11-12 南京邮电大学 一种圆极化贴片天线
CN110518359A (zh) * 2019-08-21 2019-11-29 南京邮电大学 一种扇形双谐偶极子天线
CN110518344A (zh) * 2019-08-21 2019-11-29 南京邮电大学 一种自平衡式宽带宽波束磁偶极子天线
WO2021031670A1 (zh) * 2019-08-21 2021-02-25 南京邮电大学 一种扇形双谐偶极子天线
CN110518359B (zh) * 2019-08-21 2022-04-12 南京邮电大学 一种扇形双谐偶极子天线

Also Published As

Publication number Publication date
WO2018227827A1 (zh) 2018-12-20

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN107331949A (zh) 一种车载天线的设计方法
CN105490016B (zh) 基于谐振式反射器的宽带定向天线
US6097343A (en) Conformal load-bearing antenna system that excites aircraft structure
CN107615588B (zh) 贴片天线系统
Bai et al. Modified compact antipodal Vivaldi antenna for 4–50-GHz UWB application
JP6706722B2 (ja) ホーン・アンテナ
TWI245454B (en) Low sidelobes dual band and broadband flat endfire antenna
US10148005B2 (en) Volumetric electromagnetic components
US8248319B2 (en) Broadband circularly-polarized spidron fractal antenna
CN106299628A (zh) 一种天线和无线路由器
CN108565539A (zh) 天线及无人飞行器
CN205355251U (zh) 基于谐振式反射器的宽带定向天线
EP3154126A1 (en) Ground phase manipulation in a beam forming antenna
US7592966B2 (en) Broadband antenna and assembly combination thereof
CN110224230A (zh) 一种加腔体反射器的高增益宽带定向振子天线
US7589683B2 (en) Broadband blade antenna assembly
CN107482307A (zh) 一种高前后比的模叠加微带八木天线
EP3888183A1 (en) Digital beamforming fin antenna assembly
CN113140904B (zh) 双极化天线
CN214068897U (zh) 天线和电子设备
CN211655059U (zh) 天线装置及无人机
CN111180888B (zh) 一种聚束随机超材料孔径天线
CN109494451B (zh) 一种天线及无人飞行器
CN105281038B (zh) 双频天线
CN113067143A (zh) 一种天线及遥控器

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
RJ01 Rejection of invention patent application after publication
RJ01 Rejection of invention patent application after publication

Application publication date: 20171107