CN108832314B - 一种新型低剖面高增益车载天线 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种新型低剖面高增益车载天线。车载天线包括金属层、匹配电路和汽车金属壳体，金属层顶边开有一环形缺口，环形缺口内圈长度决定天线工作频率区间的中心频率，金属层经匹配电路后和信号源连接，金属层和匹配电路安装在汽车金属壳体车顶部位，以充分利用金属壳体进行信号的辐射和收集。本发明与传统鲨鱼鳍天线、玻璃天线相比剖面低，并且充分利用汽车车体作为天线的底，具有更高的增益，并且天线工作频率可在大范围内通过调谐电路进行调节，不受车体结构影响，具有安装便捷，适用范围广的优点，可替代目前的多种车载通信天线。

Description

一种新型低剖面高增益车载天线
技术领域
本发明涉及了一种天线，具体是涉及了一种新型低剖面高增益车载天线。
背景技术
随着无线通信的快速发展，天线作为信号发射与接收的载体，在无线通信中有着重要的应用。随着无线通信系统性能的不断提高，通信界对天线设计提出了高增益，小型化以及低成本等一系列要求。
车载天线作为车内人员与外界通讯的重要媒介，其性能好坏直接影响到通讯质量。一般来说天线剖面越高，天线的增益等参数将会更优秀；但是为了降低空气阻力，汽车外形通常是流线型，这就限制了车载天线的剖面等参量，进而限制了车载天线的增益等性能。为了平衡天线的增益以及尺寸，近年来鲨鱼鳍天线得到了较为广泛的应用，其流畅的外形可以在一定程度上降低突出的天线带来的风阻，其较高的天线剖面有利于容纳较高增益的天线，但对于低频波段，鲨鱼鳍天线带来的增益不尽如人意。
发明内容
为了解决背景技术中存在的问题，进一步提高天线的增益，同时降低天线剖面，本发明提供了一种新型低剖面高增益车载天线。
本发明采用的技术方案是：
本发明包括金属层、匹配电路和汽车金属壳体，金属层垂直水平面置于汽车金属壳体上，金属层为等腰梯形，等腰梯形的顶边附近开有一环形缺口，环形缺口经矩形通槽的两侧延伸到等腰梯形的顶边边缘，所述金属层经匹配电路后和信号源连接，匹配电路经平行馈线连接到信号源。
所述平行馈线穿过汽车车顶上的馈线安装点后连接到汽车内部的信号源，所述馈线安装点为开设在汽车车顶的汽车金属壳体上的小孔，平行馈线的两根线分别焊接固定在小孔内的两侧。
所述匹配电路包括四个电容，第一个电容并联在信号源的两端，第一个电容的两端分别经第二个电容和第三个电容并联到第四个电容两端，第四个电容两端连接到矩形槽两侧的金属层上。
经过匹配电路的信号与环形缺口内圈相并联形成谐振回路，在车载天线的工作频率处形成谐振，谐振频率点的电场会沿金属层开口两侧的金属边沿传播，直至传到汽车金属壳体，形成表面波传播。
环形缺口内圈长度决定了所述车载天线工作频率区间的中心频率，并通过改变各个电容值调整中心频率上下限，中心频率上下限即为车载天线的工作频率区间，通过改变各个电容值实现了匹配电路与环形缺口之间的电磁谐振，进而改变了谐振发射频率范围，即为车载天线的工作频率区间。
车载天线工作时，信号源发出信号传送到匹配电路，匹配电路的电容视为一个电容，金属层的环形缺口内圈视为一个电感，电容和电感相并联形成谐振回路，车载天线工作频率下的信号通过谐振回路得到增强，金属层外边沿视为一行波导线，金属层与汽车金属壳体相连构成一个行波天线，金属层将增强后的信号引出通过汽车金属壳体发射出去。
所述信号源为车载收音机、蓝牙、导航系统。
所述金属层厚度为0.018-0.035mm。
所述金属层为覆铜板。
本发明带来的有益效果：
本发明与一般汽车天线将汽车金属壳体作为天线的地不同，是将汽车金属壳体纳为天线辐射体，这样就能提高车载天线实际口径，进而提升车载天线的增益；可以利用比鲨鱼鳍天线更低的剖面的基础上，实现与一般鲨鱼鳍天线、玻璃天线相同甚至是更高的增益。
本发明的车载天线工作频率可在大范围内通过调谐电路进行调节，不受车体结构影响。具有安装便捷，适用范围广的优点，可替代目前多种车载通信天线。
附图说明
图1是本发明实例整体示意图。
图2是本发明天线匹配电路具体示意图。
图3是本发明安装示意图。
图4是本发明实例S参数结果图。
图5是本发明实例在谐振频率处远场方向图。
图中：1.金属薄层，2.环形缺口，3.匹配电路，4.汽车金属壳体，5.小孔，6.电容，7.信号源。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步说明。
如图1所示，本发明包括金属层1、匹配电路3和汽车金属壳体4，金属层1垂直水平面置于汽车金属壳体4上，金属层1为等腰梯形，等腰梯形的顶边附近开有一环形缺口2，环形缺口2经矩形通槽的两侧延伸到等腰梯形的顶边边缘，使得等腰梯形的顶边分为两半部分，金属层1经匹配电路3后和信号源7连接，匹配电路3经平行馈线连接到信号源7。
平行馈线穿过汽车车顶上的馈线安装点后连接到汽车内部的信号源7，馈线安装点为开设在汽车车顶的汽车金属壳体4上的小孔5，平行馈线的两根线分别焊接固定在小孔5内的两侧。馈线安装点布置在汽车金属壳体4上，以汽车金属壳体4作为天线的地，以实现接地的便捷设置。
如图2所示，匹配电路3包括四个电容6，第一个电容6并联在信号源7两端，第一个电容6的两端分别经第二个电容6和第三个电容6并联到第四个电容6两端，第四个电容6两端连接到矩形槽两侧的金属层1上。经过匹配电路3的信号与环形缺口2内圈相并联形成谐振回路，在车载天线的工作频率处形成谐振，谐振频率点的电场会沿金属层1开口两侧的金属边沿传播，直至传到汽车金属壳体4，形成表面波传播。
本发明的实施例及其实施过程如下：
金属层1选用覆铜板，厚度为1mm，铜箔厚度是0.018mm，外形可以视为一个等腰梯形，下边长100mm，上边长20mm，高为20mm，中间有一环形缺口2；环形缺口2主体为一圆形缺口，半径为9mm，中心点距离上边沿10mm，环形缺口2主体上方有一矩形缺口，宽度为4mm，两端分别与匹配电路3两个输出引脚相连；匹配电路3由四个电容6首尾相连环形配置，电容值均为1pF；金属层1与匹配电路3安装在汽车金属壳体4上。
本发明实施例使用金属块模拟汽车金属壳体4，长度为1000mm，宽度为400mm，高度为200mm，汽车金属壳体4尺寸不会影响到工作频率，只会影响方向图以及增益大小。
车载天线工作时，首先是以车体内部信号收集装置收集车内手机等无线通信信号，然后作为信号源7发出信号，传送到匹配电路3，此时匹配电路3环形分布的电容6可以视为一个电容整体C，而金属层1的环形缺口2内圈，可以视为一个电感L，此时LC相并联形成谐振回路，特定频率的信号会根据这个谐振回路而增强，而金属层1外边沿可以视为一行波导线，将增强的信号引出，与汽车金属壳体4相连，构成一个行波天线。
本发明实施例的低剖面高增益车载天线效果较为显著，图4是低剖面高增益车载天线仿真S参数示意图，可以看到，按照上述设计，天线工作频率是1.08GHz；图5是低剖面高增益车载天线的仿真远场方向图，可以看到天线增益是3.08dB，E面的波束宽度是152.1°，H面的波束宽度是80.0°。
现有汽车天线的高度为50mm。本实施例选择与同高度单极子天线做对比，本发明方案的高度为20mm，增益是3.08dB，而高度是20mm的汽车天线单极子天线增益是1.48dB，由此，进一步反映了本发明的车载天线实现了低剖面高增益的效果。
本发明实施例工作频段是1.08GHz，如果要在其他频率工作，需要根据工作频率调整金属层1、环形缺口2的尺寸以及匹配电路3的电容值。
以上所述，仅是本发明在1.08GHz特定频率的较佳实例而已，并非对本发明做任何形式上的限定，任何熟悉本专业的技术人员可能利用上述揭示的技术内容加以变更或修饰为等同变化的等效实例，但是凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上事例所做的任何的简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种新型低剖面高增益车载天线，其特征在于：包括金属层(1)、匹配电路(3)和汽车金属壳体(4)，所述金属层(1)垂直水平面置于汽车金属壳体(4)上，所述金属层(1)为等腰梯形，等腰梯形的顶边开有一环形缺口(2)，环形缺口(2)两端通过矩形通槽与等腰梯形顶边的两端相连，所述金属层(1)经匹配电路(3)后和信号源(7)连接，匹配电路(3)经平行馈线连接到信号源(7)；所述匹配电路(3)包括四个电容(6)，第一个电容(6)并联在信号源(7)的两端，第一个电容(6)的两端分别经第二个电容(6)和第三个电容(6)并联到第四个电容(6)两端，第四个电容(6)两端连接到矩形槽两侧的金属层(1)上。
2.根据权利要求1所述的新型低剖面高增益车载天线，其特征在于：经过匹配电路(3)的信号与环形缺口(2)内圈相并联形成谐振回路，在车载天线的工作频率处形成谐振，谐振频率点的电场会沿金属层(1)开口两侧的金属边沿传播，直至传到汽车金属壳体(4)，形成表面波传播。
3.根据权利要求1所述的新型低剖面高增益车载天线，其特征在于：所述平行馈线穿过汽车车顶上的馈线安装点后连接到汽车内部的信号源(7)，所述馈线安装点为开设在汽车车顶的汽车金属壳体(4)上的小孔(5)，平行馈线的两根线分别焊接固定在小孔(5)内的两侧。
4.根据权利要求3所述的新型低剖面高增益车载天线，其特征在于：所述环形缺口(2)内圈长度决定了车载天线的工作频率区间的中心频率，并通过改变各个电容值调整中心频率上下限，即为所述车载天线的工作频率区间。
5.根据权利要求1所述的新型低剖面高增益车载天线，其特征在于：所述信号源(7)为车载收音机、蓝牙、导航系统。
6.根据权利要求1所述的新型低剖面高增益车载天线，其特征在于：所述金属层(1)厚度为0.018-0.035mm。
7.根据权利要求1所述的新型低剖面高增益车载天线，其特征在于：所述金属层(1)为覆铜板。
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