CN108987922A - 一种天线 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种天线，用于整车电磁兼容测试的手持式移动设备，所述天线包括基板、中心导体及地平面，其中，中心导体及所述地平面都固定在所述基板的同一贴合面上且处于同一平面，且中心导体的辐射单元为六边形。该天线尺寸小，安装在整车电磁兼容性测试的手持式移动设备上，可以方便的放置于车内被测器件旁，使用方便，而且一根天线覆盖整个测试频段，大幅度减少了测试时间，提高工作效率，同时降低了测试成本，解决了目前天线由于尺寸过大不适于整车测试或需要至少三根天线才能覆盖整个测试频段的问题。

Description

一种天线

技术领域

本发明涉及天线领域，特别涉及一种共平面宽频天线。

背景技术

随着汽车面临的电磁环境的复杂性加剧，使得汽车的电磁兼容问题变得越来越突出和严重。一方面，汽车日常使用受到外部的电磁干扰越来越多，如周围环境中的通讯设备、电力设备、无线电广播等；另一方面，汽车上安装的电子、电器设备也越来越多，车载电子、电器设备工作时，既会对其周围的其它车载电子、电器设备产生电磁干扰，自身也会受到周围其它车载电子、电器设备的电磁干扰的影响。

最新的电磁兼容测试标准中，已经纳入了使用手持式移动设备进行整车电磁兼容性测试(即辐射抗扰性测试)的方法，但是，目前对单件设备进行测试时所使用的手持式移动设备的天线，由于尺寸过大不适于整车测试；国外的测试天线，虽然尺寸适于整车测试，但是价格昂贵、售后维护无法保障，且需要至少三根天线才能覆盖整个测试频段，更换天线还会使得测试时间大大增加，影响测试效率。

发明内容

本发明的目的在于提供一种天线，该天线尺寸小，可用于进行整车电磁兼容性测试的手持式移动设备，而且一根天线覆盖整个测试频段，大幅度减少了测试时间，提高工作效率，同时降低了测试成本。

为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种天线，用于整车电磁兼容测试的手持式移动设备，所述天线包括基板、中心导体及地平面，其中，

所述中心导体，包括馈电单元和辐射单元，所述辐射单元由P0、P1、P1’、P2、P2’、P3六个点连接形成六边形，所述馈电单元连接所述辐射单元；

所述地平面，包括第一地平面和第二地平面，所述第一地平面和所述第二地平面分别设于所述中心导体的馈电单元的两侧；

所述中心导体及所述地平面都固定在所述基板的同一贴合面上且处于同一平面。

优选的，所述馈电单元的其中一端连接所述辐射单元的P0点，所述辐射单元的P3点位于所述P0点正上方且所述P0点和P3点位于同一竖线上，所述P1点、P1’点，关于所述P0点和P3点所在的竖线对称分布，所述P2点、P2’点，关于所述P0点和P3点所在的竖线对称分布；

所述P1、P1’、P2、P2’、P3点均位于所述P0点上方，所述P3点的高度在所述P1、P2点之间，所述P0、P1间距小于所述P2、P3的间距。

进一步的，所述中心导体的高度为天线波长的0.4至0.6倍。

具体的，所述P0、P1点的高度差为3.7～3.78mm，水平间距为25.6～26.4mm；所述P0、P2的高度差为47.6～48.4mm，水平间距为29.65～30.45mm；所述P0、P3的高度差为42.6～43.4mm。

具体的，所述P0、P1点的高度差为3.74mm,水平间距为26mm；所述P0、P2的高度差为48mm，水平间距为30.05mm；所述所述P0、P3的高度差为43mm。

优选的，所述馈电单元和辐射单元一体成型，所述馈电单元的高度为64～65mm。

优选的，所述天线还包括一SMA端口，所述SMA端口的馈电点连接所述馈电单元的另一端，所述SMA端口的地线脚连接所述第一地平面、第二地平面。

优选的，所述基板的相对介电常数为2.94，所述基板的材质选用罗杰斯RT6002。

优选的，所述馈电单元为细长结构的馈电铜带，所述第一地平面和所述第二地平面对称设于所述馈电铜带两侧，且所述馈电铜带与所述第一地平面和所述第二地平面之间留有间隙。

与现有技术相比，本发明提供的天线具有以下有益效果：

本发明提供的天线，包括基板以及固定在基板上的中心导体、地平面和SMA接口，实现了天线的模块化，方便天线从整车电磁兼容测试的手持式移动设备上进行拆卸；中心导体和地平面采用共平面设计，有效的增大了天线支持的电磁波频率带宽；中心导体的馈电单元和辐射单元一体成型，由一整块铜带构成，不仅便于制作，还不会因为馈电单元和辐射单元的拼接产生电磁波的不连续性；其中，辐射单元由P0、P1、P1’、P2、P2’、P3六个点连接形成六边形，调整各个点的位置和距离，使得天线的反射系数小于-10dB，并且得到覆盖1-3GHz频段的电磁波，且中心导体的高度为天线波长的0.4至0.6倍，其尺寸大小适用于整车电磁兼容测试的手持式移动设备，且一根天线覆盖了整车电磁兼容测试所需要的全部频段。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本发明的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1为本发明实施例提供的一种天线结构图；

图2为本发明实施例提供的一种天线的辐射单元优化模型；

图3为本发明实施例提供的一种天线的反射系数走势图；

图4a～图4b为本发明实施例提供的一种天线远场E面2D辐射示意图；

图5a～图5b是本发明实施例提供的一种天线远场H面2D辐射示意图。

1-基板， 201-中心导体的辐射单元；

202-中心导体的馈电单元， 301-第一地平面；

302-第二地平面； 4-SMA端口。

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，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的前提下所获得的所有其它实施例，均属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要说明的是，“上”、“下”、“左”、“右”、“底部”、“高”、“第一”、“第二”等不一定代表具体方位及数量，仅是基于所述天线结构，为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的元件必须具有特定的方位和特定的连接方式，因此不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是活性连接，或各单元内元器件一一对应连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

实施例一

参照图1或图2，本实施例提供的一种天线，用于整车电磁兼容测试的手持式移动设备，该天线包括基板1、中心导体及地平面。

中心导体及地平面都通过蚀刻等方式固定在基板1的同一贴合面上，以使得中心导体与地平面处于同一平面，构成共平面天线。由于本实施例提供的天线采用共平面结构，有效地增大了天线工作的带宽，在1-3GHz的频率范围内，中心导体的阻抗(即天线的端口阻抗)随频率变化不大，始终接近50Ω，因此，本实施例提供的天线一根即可覆盖1-3GHz频段的电磁波。

中心导体包括一体成型的馈电单元202和辐射单元201，辐射单元201由P0、P1、P1’、P2、P2’、P3六个点连接形成六边形，馈电单元202为细长结构的馈电铜带，连接于辐射单元201底部的P0点，中心导体的馈电单元202和辐射单元201由一整块的铜带构成，结构简单，不但便于制作，更不会由于不同的单元模块的拼接而产生电磁波的不连续性；地平面包括第一地平面301和第二地平面302，并且第一地平面301和第二地平面302对称设于馈电铜带两侧，且馈电铜带与第一地平面301和第二地平面302之间都留有间隙，高频(1-3GHz)电磁波从馈电单元202馈入，馈电单元201分别与第一地平面301和第二地平面302在两侧的缝隙形成电场，由于高频电磁波自身的振荡频率和地平面之间的电势差形成震荡，进而产生辐射。

实施例二

请参阅图1、图2或图3，本实施例提供的一种天线，天线的辐射单元201为六边形，P3点位于P0点正上方，且P0点、P3点和馈电单元201位于同一竖线上，P1点、P1’点关于P0点和P3点所在的竖线呈水平对称分布，P2点、P2’点关于P0点和P3点所在的竖线呈水平对称分布；此外，P1、P1’、P2、P2’、P3点均位于所述P0点上方，P3点的高度在所述P1、P2点之间，P0、P1间距小于所述P2、P3的间距。在天线理论中，辐射单元202若要对称，则至少需要五边形，但是五边形会使辐射单元缺少一个优化参数，故本发明采用六边形的设计，既保证了结构简单，易于加工，又增加了优化参数，提高天线的性能，调整辐射单元201的六个顶点的位置及间距即可控制天线的频带范围、反射系数及极化方向。

由于本实施例提供的天线是1-3GHz的天线，所以天线的主频为1GHz，从天线理论得到设计此天线的长度，即所述中心导体的高度为天线波长的0.4至0.6倍，优选的，本天线的长度可选为1/2波长左右。

另外，请继续参阅图2或图3，六边形的铜带作为中心导体的辐射单元202，那么需要调整P1和P3的位置来使天线的反射系数尽可能的小于-10dB。首先初始化选择P1和P3的位置，然后观察反射系数的结果，得到使得反射系数近似为-10dB的P1和P3的位置，然后使用设计软件CST或HFSS中的优化功能，定义变量和达到的目标量来优化反射系数，使其小于-10dB，反射系数走势见图3，图3中点m1(1.0000，-10.4651)、点m2(2.0000，-16.8475)及点m3(3.0000，-20.2781)分别代表了在1-3GHz频段的起始点、中间点和终点，且由图3还可以看出在整个测试频段1-3GHz内反射系数始终小于-10dB，以保证天线的驻波比VSWR小于2，进一步可减小天线的反射功率，增大天线的发射效率。

之后，再调整辐射单元202中P2点的位置，优化并获得垂直极化的全向天线。在以上优化过程中，P1’点随P1点的位置变化而变化，P2’点随P2点的位置变化而变化，始终保持P1点、P1’点关于P0点和P3点所在的竖线呈水平对称分布，P2点、P2’点关于P0点和P3点所在的竖线呈水平对称分布。

优化之后得到，P0、P1点的高度差(L2-L1)为3.7～3.78mm，P0、P1点的水平间距(W4/2)为25.6～26.4mm；P0、P2点的高度差(L5-L1)为47.6～48.4mm，P0、P2点的水平间距(W5/2)为29.65～30.45mm；P0、P3点的高度差(L4-L1)为42.6～43.4mm；在天线实际制作时，可选择以下优选方案：P0、P1点的高度差为3.74mm,水平间距为26mm；P0、P2的高度差为48mm，水平间距为30.05mm；所述所述P0、P3的高度差为43mm。

再根据天线长度选为1/2波长左右，以及辐射单元201的尺寸，确定馈电单元202的高度L1为64～65mm，宽度W1为0.6～0.8mm，在制作过程，根据上述辐射单元201的尺寸，可以优选馈电单元202的高度为64mm，宽度为0.7mm。

本发明实施例提供的天线，采用上述形状和尺寸，体积小，重量轻，结构简单，便于制作，适用于整车电磁兼容测试的手持式移动设备,进而可对使用手机等手持式移动设备时的整车电磁兼容性进行测试。

实施例三

请继续参阅图1，所述天线还包括一SMA端口4，该SMA端口4的馈电点连接馈电单元202，SMA端口4的地线脚连接第一地平面301和第二地平面302。第一地平面301和第二地平面302是关于馈电单元202呈水平对称的两个直角梯形，分别记为直角梯形ABCD和直角梯形A’B’C’D’，由于直角梯形ABCD和直角梯形A’B’C’D’关于馈电单元202对称，故以下仅通过直角梯形ABCD说明地平面的尺寸和形状，其中，第一地平面301的CD边与馈电单元202平行相邻且留有间隙，间隙宽度W2为0.1-0.3mm，CD边长度L6为63.5～63.9mm，AD边与基板1底部齐平，AD边长度W3为36.05～36.85mm；AB边与基板1的左侧边缘齐平，AB边长度L3为50.09～50.89mm，且保证AB⊥AD，AD⊥CD，AB∥CD；在天线实际制作时，可选择以下优选方案：CD边与馈电单元202的间隙宽度W2为0.2mm，CD边长度为63.8mm，AD边长度为36.45mm，AB边长度为50.49mm。

进一步的，根据中心导体和地平面的形状尺寸，设计基板的形状为长方形，并计算出基板的相对介电常数为2.94，进而基板材质选用罗杰斯RT6002。最后得到的天线的基板宽度为73～74mm，高度L5为111-113mm，在天线实际制作时，可选择天线基板的宽度为73.65mm，高度L5为112mm。因此，本发明实施例提供的一种天线，整体尺寸小，重量轻，适用于整车电磁兼容测试的手持式移动设备,进而可对使用手机等手持式移动设备时的整车电磁兼容性进行测试，加之本实施例提供的天线采用共平面技术，结构简单，非常容易被放置在车内的被测件附近，方便了汽车进行整车电磁兼容测试。

实施例四

请参阅图4a、图4b、图5a和图5b，本发明实施例提供的天线为垂直极化的全向天线，图4a和图4b给出了共平面宽频天线E面2D辐射示意图，其中图4a为共面极化辐射图，图4a中曲线代表Phi＝90度、频率分别取值1GHz、1.5GHz、2GHz、2.5GHz、3GHz时，Theta方向的真实增益(单位：dB)；图4b为交叉极化辐射图，图4b中曲线代表Phi＝90度、频率分别取值1GHz、1.5GHz、2GHz、2.5GHz、3GHz时，Phi方向的真实增益(单位：dB)；图5a和图5b给出了共平面宽频天线H面2D辐射示意图，其中图5a为共面极化辐射图，图4a中曲线代表Theta＝90度、频率分别取值1GHz、1.5GHz、2GHz、2.5GHz、3GHz时，Theta方向的真实增益(单位：dB)；图4b为交叉极化辐射图，图4b中曲线代表Theta＝90度、频率分别取值1GHz、1.5GHz、2GHz、2.5GHz、3GHz时，Phi方向的真实增益(单位：dB)；

上述theta，phi是球形坐标系下的参数，phi是方位面(水平面)内的角度，范围0～360度，theta是俯仰面(竖直面)内的角度，范围0～180度，从图中可以看到theta方向的场强增益是远远大于phi方向的场强增益的。这说明此天线是一个垂直极化天线，垂直极化方式则不易产生极化电流，从而避免了能量的大幅衰减，保证了信号的有效传播，在移动通信系统中，一般均采用垂直极化的传播方式，因此，本发明实施例提供的天线的辐射方向与移动通讯设备的计划方向保持一致，确保实验真实反映实际日常应用，即模拟日常生活可能受到的手机等移动设备对车内元器件的电磁辐射，这满足电磁兼容测试所需天线对极化方向的要求。另外，本实施例提供的天线从两个theta面的场强增益可以看到此天线是一个全向天线，这也满足了电磁兼容测试对天线方向性的要求。

在实际应用中，本发明实施例提供的天线既可以作为发射天线，也可以作为接收天线。当汽车整车的电磁兼容测试在做整车的辐射发射测试时，本实施例提供的天线作为接收天线来接收车上控制器等电子设备产生的电磁波，用来模拟车内收音机等电子设备受到的电磁干扰情况；当汽车整车的电磁兼容测试在做整车的辐射抗扰测试时，本实施例提供的天线作为发射天线，把从信号发生器产生的高频信号发射出去，以此来模拟车内用户使用手机等手持式移动通讯设备或其他外界产生的电磁波对车辆的电磁干扰。

因此，本实施例提供的天线辐射图形和真实移动设备天线的方向图一致，确保测试结果准确，又可以实现整车的辐射抗扰测试和辐射发射测试，提高了测试效率。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (9)

1.一种天线，用于整车电磁兼容测试的手持式移动设备，其特征在于，所述天线包括基板、中心导体及地平面，其中，

所述中心导体，包括馈电单元和辐射单元，所述辐射单元由P0、P1、P1’、P2、P2’、P3六个点依次连接形成六边形，所述馈电单元连接所述辐射单元；

所述地平面，包括第一地平面和第二地平面，所述第一地平面和所述第二地平面分别设于所述中心导体的馈电单元的两侧；

所述中心导体及所述地平面都固定在所述基板的同一贴合面上且处于同一平面。

2.根据权利要求1所述的天线，其特征在于，所述馈电单元的其中一端连接所述辐射单元的P0点，所述辐射单元的P3点位于所述P0点正上方且所述P0点和P3点位于同一竖线上，所述P1点、P1’点，关于所述P0点和P3点所在的竖线对称分布，所述P2点、P2’点，关于所述P0点和P3点所在的竖线对称分布；

所述P1、P1’、P2、P2’、P3点均位于所述P0点上方，所述P3点的高度在所述P1、P2点之间，所述P0、P1间距小于所述P2、P3的间距。

3.根据权利要求2所述的天线，其特征在于，所述中心导体的高度为天线波长的0.4至0.6倍。

4.根据权利要求3所述的天线，其特征在于，所述P0、P1点的高度差为3.7～3.78mm，水平间距为25.6～26.4mm；所述P0、P2的高度差为47.6～48.4mm，水平间距为29.65～30.45mm；所述P0、P3的高度差为42.6～43.4mm。

5.根据权利要求3所述的天线，其特征在于，所述P0、P1点的高度差为3.74mm,水平间距为26mm；所述P0、P2的高度差为48mm，水平间距为30.05mm；所述所述P0、P3的高度差为43mm。

6.根据权利要求2所述的天线，其特征在于，所述馈电单元和辐射单元一体成型，所述馈电单元的高度为64～65mm。

7.根据权利要求1所述的天线，其特征在于，所述天线还包括一SMA端口，所述SMA端口的馈电点连接所述馈电单元的另一端，所述SMA端口的地线脚连接所述第一地平面、第二地平面。

8.根据权利要求1所述的天线，其特征在于，所述基板的相对介电常数为2.94，所述基板的材质选用罗杰斯RT6002。

9.根据权利要求1所述的天线，其特征在于，所述馈电单元为细长结构的馈电铜带，所述第一地平面和所述第二地平面对称设于所述馈电铜带两侧，且所述馈电铜带与所述第一地平面和所述第二地平面之间留有间隙。