CN109643850A - 贴片天线模块 - Google Patents

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Abstract

公开了一种贴片天线模块，该贴片天线模块通过使用一个贴片天线接收位置信息信号和车辆通信信号，由此使该贴片天线模块的安装空间最小化。公开的贴片天线模块包括：电介质；上贴片，该上贴片被形成在电介质的一个表面上以接收位置信息信号；下贴片，该下贴片被形成在电介质的另一表面上；以及馈电引脚，该馈电引脚延伸通过电介质、上贴片和下贴片，并且以预定范围内的长度形成以接收用于车辆通信信号。

Description

贴片天线模块
技术领域
本发明涉及一种用于车辆的贴片天线模块，更特别地涉及一种在用于在道路上的GPS通信和车辆通信的频带中谐振的贴片天线模块。
背景技术
各种类型的天线被安装在车辆中以提高操作的容易性，由此提高移动的效率。
例如，车辆装备有用于使用位置信息的服务的全球导航卫星系统(GNSS，GlobalNavigation Satellite System)天线、用于数字卫星广播服务的卫星数字音频广播服务(SDARS，Satellite Digital Audio Radio Service)天线等。
GNSS天线通过与诸如GPS、格洛纳斯(Glonass)、伽利略(Galileo)等卫星的通信来提供位置信息，并且SDARS天线通过与数字卫星的通信提供高质量的语音广播。
此时，GNSS天线和SDARS天线由嵌入安装在车辆顶板上的鲨鱼鳍天线中的平面贴片天线组成。
同时，近年来，将Vehicle To X(V2X)技术应用于车辆以提高驾驶的安全性的研究正在进行中。
V2X是指适用于道路上的车辆的所有类型的通信方法，诸如为车辆之间通信的车辆到车辆(V2V，Vehicle To Vehicle)、为车辆和基础设施之间的通信的车辆到基础设施(V2I)、为车辆和电网之间的通信的车辆到电网(V2G，Vehicle To Grid)以及为车辆和网络之间的通信的车辆与云端信息(V2N，Vehicle To Nomadic)。
为了使用V2X，在大约5.9GHz频带处谐振的V2X天线应当被安装在车辆中。此时，V2X天线的频带由IEEE 802.11p中规定的WAVE标准来限定。
由于V2X天线应当被安装在车辆外部以便与其它车辆、基础设施、电网和装置流畅地通信，因此，优选地将V2X天线安装到在车辆顶板上安装的鲨鱼鳍天线中。
然而，大量的天线(诸如GNSS天线和SDARS天线)被安装在鲨鱼鳍天线上，使得由于安装空间不足而难以在该鲨鱼鳍天线上进一步安装V2X天线。
发明内容
技术问题
本公开旨在解决上述问题，并且本公开的目的在于提供一种贴片天线模块，该贴片天线模块通过使用一个贴片天线接收用于位置信息的信号和用于车辆通信的信号，从而使安装空间最小化。
技术方案
为了实现上述目的，根据本公开的实施例的贴片天线模块，作为安装在印刷电路板上的贴片天线模块，包括：电介质；上贴片，该上贴片被形成在电介质的一个表面上并用于接收用于位置信息的信号；下贴片，该下贴片被形成在电介质的另一表面上；以及馈电引脚，该馈电引脚用于穿透电介质、上贴片和下贴片，该馈电引脚以预定范围内的长度形成并用于接收用于车辆通信的信号。
此时，馈电引脚的长度可以是从上贴片到印刷电路板的接地表面的长度。馈电引脚包括：头部，该头部被安装在上贴片上；以及主体，该主体用于穿透电介质、上贴片和下贴片，并且馈电引脚的长度可以是主体的长度。
馈电引脚的预定范围内的长度可以形成为4.5mm以上且9.0mm以下。此时，馈电引脚的预定范围内的长度可以优选为5.0mm以上且7.0mm以下，并且馈电引脚的预定范围内的长度可以更优选为5.5mm以上且6.0mm以下。
根据本公开的实施例的贴片天线模块还可以包括插入在下贴片和印刷电路板之间的间隔件。此时，间隔件被形成为具有一厚度，该厚度对应于通过从馈电引脚的长度减去电介质和上贴片以及下贴片的厚度而获得的值，并且间隔件可以是双面胶带。
根据本公开的实施例的贴片天线模块还可以包括：信号线，该信号线具有连接到馈电引脚的一端，并且具有连接到车辆通信信号处理模块的另一端；以及另一信号线，该另一信号线具有连接到馈电引脚的一端，并且具有通过低噪声放大器和带通滤波器连接到印刷电路板的位置信息信号处理模块的另一端。
技术效果
根据本公开，贴片天线模块可以通过使用一个贴片天线接收用于位置信息的信号和用于车辆通信的信号，从而使安装空间最小化。
另外，贴片天线模块可以构成馈电引脚作为车辆通信的天线，从而通过调节馈电引脚的长度容易地调节用于车辆通信的通信频带的谐振频率。
另外，当应用长度大于贴片天线的厚度的馈电引脚时，贴片天线模块可以在贴片天线和印刷电路板之间插入间隔件，从而在接收用于位置信息的信号和用于车辆通信的信号的同时将贴片天线牢固地附接到印刷电路板上。
附图说明
图1是用于说明用于位置信息的通用贴片天线的视图；
图2是用于说明根据本公开的实施例的贴片天线的结构的视图；
图3和图4是用于说明图2的馈电引脚的视图；
图5是用于说明根据本公开的实施例的贴片天线的特性的视图；
图6和图7是用于说明根据本公开的实施例的贴片天线的变型示例的图；以及
图8是用于说明根据本公开的实施例的贴片天线的另一变型示例的视图。
具体实施方式
在下文中，将参照附图描述本公开的最优选的实施例以使本公开所属领域的技术人员可以容易地实践本公开的技术精神。首先，在将附图标记添加到每个附图中的部件时，应当注意的是，即使相同的部件在不同的附图中示出，该相同的部件也由相同的附图标记表示。另外，在本公开的以下描述中，当确定已知配置或功能的详细描述使本公开的主题模糊不清时，将省略该详细描述。
参照图1，用于位置信息的通用贴片天线10被配置成包括：电介质12，该电介质12具有预定的介电常数；上贴片14，该上贴片14被形成在电介质12的一个表面上；下贴片16，该下贴片被形成在电介质12的另一表面上；以及馈电引脚18。在本文中，用于位置信息的贴片天线10是指用于全球导航卫星服务(GNSS)的贴片天线，该贴片天线在GPS频带、Glonass频带、北斗(Beidou)频带、伽利略频带等中谐振。
此时，用于位置信息的贴片天线10的谐振频率受电介质12的介电常数和电极(即，上贴片14)的尺寸的影响，但不受馈电引脚18的长度的影响。在本文中，用于GPS的位置信息的贴片天线10的谐振频率对于GPS约为1.575GHz，对于格洛纳斯约为1.598GHz，对于北斗约为1.559GHz，并且对于伽利略约为1.598GHz。
另一方面，用于车辆通信的贴片天线10的谐振频率不受电介质12的介电常数和电极的尺寸的影响，而仅受馈电引脚18的长度的影响。在本文中，用于车辆通信的贴片天线的谐振频率对于Vehicle To X(V2X)或WAVE具有大约5.850GHz到5.925GHz的带宽。
作为将馈电引脚18的长度改变为4mm、5.2mm、6.4mm和7.6mm的结果，为了根据包括在用于位置信息的贴片天线10中的馈电引脚18的长度的变化来测试V2X频带的谐振频率的变化和GPS频带的谐振频率的变化，GPS频带的谐振频率不根据馈电引脚18的长度的变化而改变，但V2X频带的谐振频率改变。
此时，当馈电引脚18的长度从4mm延长到7.6mm时，GPS频带的谐振频率不改变，但V2X频带的谐振频率降低。
结果，可以看出馈电引脚18本身用作在V2X频带(即，约为5.9GHz)中谐振的单极天线。
此时，V2X频带的频率不受电极尺寸的影响而是稍微受电介质的介电常数的影响，但是由于具有约为20.5的介电常数的电介质12总是用在尺寸为25×25mm的用于位置信息的贴片天线10中，因此介电常数不改变。
因此，可以不考虑对V2X频带的影响。
馈电引脚18用作约为5.9GHz的V2X频带的天线的事实意味着谐振频率是5.9GHz。在单极天线中，当天线的电流方向改变时，形成谐振频率。即，当馈电引脚18和上贴片14连接时，电流方向改变90度，使得馈电引脚18用作V2X频带天线。
根据本公开的实施例的贴片天线模块提供了一种通过使用考虑以上表述的特性的一个贴片天线而在GPS频带和V2X频带(或WAVE频带)中谐振的贴片天线模块。
参照图2，贴片天线模块100被配置为包括电介质110、上贴片120、下贴片130和馈电引脚140。
此时，电介质110、上贴片120、下贴片130和馈电引脚140连接以接收用于位置信息的信号，并且以驱动作为用于发送和接收用于车辆通信的信号的天线。
然而，在接收位置信息信号时，上贴片120是最重要的接收元件(即，用于确定谐振频率的最重要的元件)，并且在发送和接收用于车辆通信的信号时，馈电引脚140是最重要的元件(即，用于确定谐振频率的最重要的元件)，使得在以下说明中描述上贴片120接收用于位置信息的信号，并且馈电引脚140发送和接收用于车辆通信的信号。
电介质110由具有预定的尺寸(即，厚度、宽度)的电介质材料形成。即，电介质110通常通过使用具有诸如高介电常数和低热膨胀系数的特性的陶瓷来形成，以具有预定的介电常数。此时，电介质110由具有约为4T至6T的厚度的陶瓷构成。电介质110的介电常数根据其尺寸和材料确定，并且电介质110的尺寸和材料可以根据上贴片120和下贴片130的尺寸和材料而改变。
电介质110具有电介质通孔112，馈电引脚140被插入到该电介质通孔112中。即，电介质110具有形成在其中的通孔，用于向上贴片120馈电的馈电引脚140插入到该通孔中。
上贴片120被形成在电介质110的一个表面上。即，上贴片120由诸如铜、铝、金和银的具有高导电性的导电材料的薄板形成，并且被形成在电介质110的上表面上。此时，上贴片120被驱动为用于接收GPS信号的辐射器。
上贴片120具有形成在其中的上通孔122，馈电引脚140穿过该上通孔112。即，上贴片120在对应于形成在电介质110中的电介质通孔112的位置处具有形成在电介质中的上通孔122。此时，上贴片120穿透通孔并通过连接到印刷电路板200的馈电端(未示出)的馈电引脚140馈电以形成辐射场。上贴片120通过辐射场接收GPS信号。
下贴片130被形成在电介质110的另一表面上。即，下贴片130由与上贴片120相同材料的薄板形成，并且被形成在电介质110的下表面上。此时，下贴片130具有形成在其中的下通孔132，馈电引脚140穿过该下通孔132。即，下贴片130在对应于形成在电介质通孔112和上通孔122的位置处具有形成在电介质中的下通孔132。
馈电引脚140穿透上通孔122、电介质通孔112和下通孔132，以连接到印刷电路板200的馈电端(未示出)。馈电引脚140将从馈电端施加的电力施加到上贴片120。
馈电引脚140用作在V2X频带中谐振的天线。即，馈电引脚140与上贴片120的馈电操作一起用作在V2X频带中谐振的天线。为此目的，馈电引脚140被形成为具有约为4.5mm以上且9.0mm以下的长度。
在本文中，参照图3，馈电引脚140的长度是指从上贴片120到印刷电路板200的接地平面的距离d，贴片天线模块100被安装在该印刷电路板200上。
此时，参照图4，当馈电引脚140被分成头部142和主体144时，主体144的长度也可以是馈电引脚140的长度。
图5示出了在馈电引脚140从4.0mm至9.5mm长度上以0.5mm的间隔测量V2X频带的频率和电压驻波比(VSWR)的结果。
当馈电引脚18以小于4.5mm的长度或以大于9.0mm的长度形成时，由于中心频率偏离V2X频带很多或者部分信号可能丢失，所以馈电引脚140被形成为具有约为3或更大的电压驻波比并且可以不接收V2X频带中的信号。
因此，馈电引脚140优选地被形成为具有4.5mm以上且9.0mm以下的长度，以便在V2X频带中谐振。此时，馈电引脚140形成3.0或更小的电压驻波比，并形成与5.9GHz之差约为2GHz或更小的中心频率，以驱动作为V2X频带的天线。
同时，当馈电引脚140以4.5mm以上且5.0mm以下的长度、或者大于7.5mm且小于9.0mm的长度形成时，该馈电引脚140可以用作V2X频带的天线，但电压驻波比为3或更大，并且中心频率稍微偏离V2X频带，使得天线性能被降低。
因此，馈电引脚140优选地被形成为具有约为5.0mm以上且7.0mm以下的长度。此时，由于馈电引脚140被形成为具有约为2或更小的电压驻波比并且具有V2X频带中的中心频率，因此可以防止天线性能降低。
另一方面，馈电引脚140更优选地以约为5.5mm以上且6.0mm以下的长度形成。此时，由于馈电引脚140被形成为具有约为1.5或更小的电压驻波比并且具有V2X频带中的中心频率，因此天线性能被优化。
参照图6和图7，贴片天线模块100可以进一步包括间隔件160。即，为了实施V2X频带的天线，当馈电引脚的长度以大于通过将电介质110与上贴片120和下贴片130的厚度相加所获得的厚度(下文中为贴片天线150的厚度)的长度形成时，贴片天线模块100可以进一步包括间隔件160。
间隔件160被插入在下贴片130和印刷电路板200之间。间隔件160由双面胶带或无纺布构成，以补偿馈电引脚140的长度与贴片天线150的厚度之间的差异。
即，当贴片天线150的厚度小于馈电引脚140的长度时，馈电引脚140的一部分暴露于外，并且贴片天线模块100的下表面没有与印刷电路板200紧密接触。当贴片天线150未被安装成与印刷电路板200紧密接触时，即使通过车辆的移动或小冲击，贴片天线150也从印刷电路板200分离。
因此，间隔件160被形成为具有与通过从馈电引脚140的长度减去贴片天线150的厚度而获得的值相对应的厚度，使得贴片天线150被安装成与印刷电路板200紧密接触。例如，当电介质110的厚度为4mm且馈电引脚140的长度为5.2mm时，间隔件160被形成为具有约为1.2mm的厚度。
间隔件160具有形成在其中的间隔件通孔162，馈电引脚140穿过该间隔件通孔162。此时，间隔件160在对应于电介质通孔112、上通孔122和下通孔132的位置处具有形成在电介质中的间隔件通孔162。
结果，对贴片天线模块100而言，可以在实施V2X频带的天线的同时将贴片天线模块100牢固地附接到印刷电路板200。
参照图8，贴片天线模块100可以进一步包括低噪声放大器180和带通滤波器190。即，贴片天线模块100通过使用一个贴片天线150用作用于位置信息的天线和用于车辆通信的天线(即，V2X、WAVE)。贴片天线150所接收的信号沿信号线172、174分支，以传输到车辆通信信号处理模块220和位置信息信号处理模块240。
此时，由于位置信息信号处理模块240仅执行单向通信(即，接收)，因此低噪声放大器180和带通滤波器190连接到与位置信息信号处理模块240连接的信号线174。
相反，由于车辆通信信号处理模块220执行双向通信(即，发送和接收)，因此低噪声放大器180或带通滤波器190未连接到该车辆通信信号处理模块220，并且车辆通信信号处理模块220和馈电引脚140直接连接。
如以上所描述的，贴片天线模块可以通过使用一个贴片天线接收用于位置信息的信号和用于车辆通信的信号，从而使安装空间最小化。
另外，贴片天线模块可以构成馈电引脚作为车辆通信的天线，从而通过调节馈电引脚的长度而容易地调节用于车辆通信的通信频带的谐振频率。
另外，当应用长度大于贴片天线的厚度的馈电引脚时，贴片天线模块可以在贴片天线和印刷电路板之间插入间隔件，从而在接收用于位置信息的信号和用于车辆通信的信号的同时将贴片天线牢固地附接到印刷电路板上。
如上所述，虽然已经描述了根据本公开的优选的实施例，但是应当理解的是，在不脱离本公开的范围的情况下，本公开所属领域的技术人员可以将本公开的优选的实施例变型为各种形式，并且可以实现本公开的优选的实施例的各种变型和改变。

Claims (10)

1.一种贴片天线模块，安装在印刷电路板上，所述贴片天线模块包括：
电介质；
上贴片，所述上贴片被形成在所述电介质的一个表面上并用于接收用于位置信息的信号；
下贴片，所述下贴片被形成在所述电介质的另一表面上；以及
馈电引脚，所述馈电引脚用于穿透所述电介质、所述上贴片和所述下贴片，所述馈电引脚以预定范围内的长度形成并用于接收用于车辆通信的信号。
2.根据权利要求1所述的贴片天线模块，
其中，所述馈电引脚的长度是从所述上贴片到所述印刷电路板的接地表面的长度。
3.根据权利要求1所述的贴片天线模块，
其中，所述馈电引脚包括：
头部，所述头部被安装在所述上贴片上；以及
主体，所述主体用于穿透所述电介质、所述上贴片和所述下贴片，
其中，所述馈电引脚的长度是所述主体的长度。
4.根据权利要求1所述的贴片天线模块，
其中，所述馈电引脚的预定范围内的所述长度是4.5mm以上且9.0mm以下。
5.根据权利要求1所述的贴片天线模块，
其中，所述馈电引脚的预定范围内的所述长度是5.0mm以上且7.0mm以下。
6.根据权利要求1所述的贴片天线模块，
其中，所述馈电引脚的预定范围内的所述长度是5.5mm以上且6.0mm以下。
7.根据权利要求1所述的贴片天线模块，还包括插入在所述下贴片和所述印刷电路板之间的间隔件。
8.根据权利要求7所述的贴片天线模块，
其中，所述间隔件被形成为具有一厚度，所述厚度对应于通过从所述馈电引脚的长度减去所述电介质和所述上贴片以及所述下贴片的厚度而获得的值。
9.根据权利要求7所述的贴片天线模块，
其中，间隔件是双面胶带。
10.根据权利要求1所述的贴片天线模块，还包括：
信号线，所述信号线具有连接到所述馈电引脚的一端，并且具有连接到车辆通信信号处理模块的另一端；以及
另一信号线，所述另一信号线具有连接到所述馈电引脚的一端，并且具有通过低噪声放大器和带通滤波器连接到所述印刷电路板的位置信息信号处理模块的另一端。
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