CN111656603A - 天线模块和车辆 - Google Patents

Abstract

一种天线模块(4)包括：具有辐射表面(25a)的一个天线基座(25)，所述天线基座相对于附接有天线罩(22)的开口平面(23)倾斜；以及具有辐射表面(25a)的另一个天线基座25，所述另一个天线基座在与所述一个天线基座(25)不同的方向上倾斜。

Description

天线模块和车辆

技术领域

本发明涉及天线模块和车辆。

本申请要求于2018年2月5日提交的日本专利申请第2018-018330号的优先权，其全部内容通过引用合并于此。

背景技术

作为附接到车辆的天线的传统示例，存在附接到诸如车顶的车身顶表面上的天线(参见专利文献1)。

引文列表

【专利文献】

专利文献1：日本专利特开第2013-106146号。

发明内容

根据一个实施例的天线模块包括：具有第一辐射表面的第一天线，所述第一天线相对于设置有天线罩的放置平面倾斜；和具有第二辐射表面的第二天线，所述第二天线在与所述第一天线不同的方向上倾斜。

根据另一个实施例的车辆是包括上述天线模块的车辆。

附图说明

图1是示出安装有车载通信设备的车辆的视图。

图2是天线模块的截面图。

图3是示出模块本体的透视图。

图4是折曲部的截面图。

图5A是示出辐射表面的法线方向的视图，并且示出了实施例中的天线基座的布置。

图5A是示出辐射表面的法线方向的视图，并且示出了天线基座的布置的另一个示例。

图6是该实施例中的天线模块的端视图。

图7是根据另一个实施例的天线模块的截面图。

具体实施方式

[本公开要解决的问题]

由于上述天线附接到车身顶表面，因此考虑到车辆的高度限制、设计等，要求为了车辆而尽可能减小天线的高度。

在此，可以考虑将天线埋设在车身中，使得天线不从车辆顶表面突出。

然而，例如，在安装平面天线以使其埋设在车身中的情况下，天线的辐射表面被布置为面向竖直方向，因此定向方向受到限制。

鉴于上述情况做出了本公开，并且本公开的目的是提供一种能够确保定向方向在宽范围内的天线模块和车辆。

[本公开的效果]

根据本公开，能够确保定向方向在宽范围内。

首先，列出并描述实施例的内容。

[实施例的概要]

(1)根据一个实施例的天线模块包括：具有第一辐射表面的第一天线，所述第一天线相对于设置有天线罩的放置平面倾斜；和具有第二辐射表面的第二天线，所述第二天线在与所述第一天线不同的方向上倾斜。

在如上所述构造的天线模块中，由于设置了相对于放置平面倾斜的具有辐射表面的第一天线和第二天线，因此也能够适当地发送/接收定向方向与放置平面的法线方向交叉的无线电波。因此，能够确保通过附接在放置平面处的天线罩发送/接收的无线电波的定向方向在宽范围内。

(2)在上述天线模块中，优选的是，所述第一天线和所述第二天线被布置成使得所述第一辐射表面的法线方向与所述第二辐射表面的法线方向在同时存在这两个辐射表面的一侧上彼此交叉。

在这种情况下，这两个天线的辐射表面能够面向所述放置平面的中央侧，并且与来自这两个天线的无线电波在不同方向上辐射以不彼此交叉的情况相比，所发送的/接收的无线电波所穿过的所述放置平面的面积能够减小。

(3)在上述天线模块中，在所述第一天线和所述第二天线中的每一个天线的基端侧上可以设置能够折曲的带状的折曲部。

在这种情况下，所述第一天线和所述第二天线的辐射表面能够容易地倾斜。

(4)优选地，上述天线模块还包括设置有RF电路的电路基板，并且所述第一天线和所述第二天线各自经由所述折曲部连接到所述电路基板。

在这种情况下，能够使用所述电路基板作为基端而使所述第一天线和所述第二天线倾斜。

(5)优选地，上述天线模块还包括箱形壳体，所述壳体的一个面形成放置平面，在所述壳体中存储所述第一天线和所述第二天线，并且所述壳体中具有保持部，所述保持部将所述第一天线和所述第二天线保持在所述第一天线和所述第二天线倾斜的状态中。

在这种情况下，所述第一天线和所述第二天线能够被保持在倾斜状态中。

(6)优选地，所述壳体在所述一个面处具有开口，并且在所述开口的端部边缘处设置有固定部，所述固定部与所述天线罩的周边边缘形成接触并固定所述天线罩。

在这种情况下，所述天线、所述壳体和所述天线罩能够被成一体。

(7)在上述天线模块中，所述第一天线和所述第二天线可以各自是能够形成波束的阵列天线，并且所述天线模块还可以包括控制单元，所述控制单元被构造成将波束的方向控制在这样的范围内，即：所述波束不被位于所述天线罩周围的导体阻挡。

在这种情况下，能够在不妨碍该波束的范围内适当地形成波束。

(8)优选地，所述天线模块用于在车辆中使用。

在这种情况下，所述车辆能够被用作移动站，其中所述天线模块被附接到所述车辆。

(9)根据另一个实施例的车辆是包括根据以上(1)至(8)中任一项的所述天线模块的车辆。

这种构造使得车辆能够被用作移动站。

(10)在上述车辆中，优选地，所述天线模块被附接到设置在所述车辆的车身中的开口，使得所述天线罩的表面与所述车身的表面齐平。

在这种情况下，虽然所述天线模块被设置成不从车辆的车身突出，但是能够确保通过所述放置平面发送/接收的无线电波的定向方向在宽范围内。

(11)优选地，在上述天线模块中，所述第一天线和所述第二天线被倾斜成使得所述第一辐射表面和所述第二辐射表面面向所述放置平面的中央侧。

[实施例的细节]

在下文中，将参考附图描述优选实施例。

以下描述的实施例的至少一些部分可以根据需要组合在一起。

图1是示出安装有车载通信设备的车辆的视图。

在图1中，车载通信设备1被安装到车辆10。车载通信设备1是与移动通信系统的基站2进行无线通信的移动站。作为车辆10，包括普通乘用车、公共汽车、有轨车辆等。

基站2被设置在诸如建筑物的房顶的较高的位置处，并且与地面上的车载通信设备1进行无线通信。

车载通信设备1与基站2之间进行的无线通信例如是符合第五代移动通信系统的无线通信。

在第五代移动通信系统中，例如，使用具有6GHz或更高的特高频的无线电波，因此这种无线电波在传播期间的衰减很大。因此，车载通信设备1和基站2执行波束成形以补偿无线电波的衰减。车载通信设备1能够执行控制，使得波束B的方向被指向基站2。

安装到车辆10的车载通信设备1包括通信装置3和天线模块4。通信装置3通过使用天线模块4与基站2进行无线通信。此外，通信装置3经由无线LAN等与存在于车辆10中的诸如智能电话的移动终端(未示出)进行无线LAN通信。通信装置3具有在车辆10中的这种移动终端与基站2之间的中继通信的功能。

通信装置3将发送基带信号提供给天线模块4。此外，通信装置3接收从天线模块4给出的接收基带信号。

天线模块4连接到通信装置3，并且天线模块4将从通信装置3给出的发送基带信号调制为RF信号，对其执行诸如相位控制和放大之类的信号处理，并且无线地发送通过信号处理而获得的RF信号。另外，天线模块4接收从基站2发送的无线电波，以获得RF信号。然后，天线模块4对该RF信号执行诸如调制、放大和相位控制之类的信号处理，并将通过信号处理而获得的接收基带信号发给通信装置3。也就是说，天线模块4形成车载通信设备1中的前端模块。

天线模块4被附接到例如设置在车辆10的车顶10a中的开口10b，以用于发送和接收RF信号。天线模块4以埋设状态附接，以便与车顶10a的表面几乎齐平。

图2是天线模块4的截面图。

在图2中，天线模块4包括模块本体20、存储该模块本体20的壳体21、和天线罩22。

壳体21是由树脂等制成的构件，并且形成为箱形，该箱形的一面具有矩形开口21a。壳体21被附接到车顶10a的开口10b，使得开口21a向车辆外部敞开。

壳体21的尺寸被设定为使得例如该平面尺寸为大约100毫米至200毫米，并且高度尺寸为大约几十毫米。

天线罩22是由树脂等制成的矩形板状的构件，并封闭壳体21的开口21a。

天线罩22保护模块本体20免受外部影响，同时允许由模块本体20发送/接收的无线电波从其穿过。

天线罩22被放置在由开口21a限定的开口平面23(放置平面)处。

天线罩22的周边边缘被固定到壳体21的端部边缘21d。端部边缘21d保持天线罩22，使得天线罩22被附接并固定在开口平面23处。

天线罩22的表面22a被形成为几乎与车顶10a的表面齐平。

这里，齐平是指基本上齐平，并且例如包括天线罩22具有相对于沿着车顶10a的表面形状的弯曲表面稍微突出的弯曲表面的情况，以及天线罩22从车顶10a的表面稍微突出或凹陷的情况，这取决于每个零件的附接方法、制造方法等。

图3是示出模块本体20的透视图。

如图2和图3中所示，模块本体20包括四个天线基座25(第一天线、第二天线)和电路基板26。

每个天线基座25通过例如层叠绝缘材料(诸如玻璃纤维织物基环氧树脂材料)而被形成为矩形板状。在天线基座25的辐射表面25a(第一辐射表面、第二辐射表面)上，设置有多个辐射元件27。每个辐射元件27例如是平面天线。

每个天线基座25都由所示多个辐射元件27形成阵列天线，并且每个天线基座25都能够独立地进行波束成形。

所述四个天线基座25经由带状折曲部28连接到电路基板26。

每个折曲部28例如由能够变形以折曲(屈曲)的柔性介电膜形成。

图4是折曲部28的截面图。

如图4中所示，天线基座25包括第一介电层29、第二介电层30、第三介电层31、第四介电层32和第五介电层33。辐射元件27被安装在介电层的第一介电层29上，该第一介电层的顶表面形成辐射表面25a。

第二介电层30从天线基座25的端表面突出以延伸到电路基板26侧。折曲部28由第二介电层30的从天线基座25的端表面延伸至电路基板26侧的部分形成。也就是说，折曲部28与第二介电层30一体地形成。

这里，第一介电层29、第三介电层31、第四介电层32和第五介电层33由诸如玻璃纤维基环氧树脂材料的绝缘材料形成，同时，第二介电层30由介电膜形成。因此，折曲部28由介电膜形成。

折曲部28层叠在电路基板26的介电层36上，并且形成电路基板26的层的一部分。因此，折曲部28与电路基板26一体地形成。

因此，折曲部28与天线基座25和电路基板26一体地形成，并且折曲部28连接天线基座25和电路基板26。

在第一介电层29和第二介电层30之间形成由导体制成的馈电线路37。

馈电线路37是用于向辐射元件27馈电的线路。在图4中，示出了一条馈电线路37的截面，但是在折曲部28中，对应于设置在天线基座25上的辐射元件27形成了多个馈电线路37。

馈电线路37经由通孔等(未示出)连接到辐射元件27。馈电线路37从天线基座25穿过折曲部28，并且跨越电路基板26形成。

另外，在第二介电层30与第三介电层31之间设置有由导体制成的接地样式38。接地图案38也从天线基座25穿过折曲部28，并且跨越电路基板26形成。

接地图案38经由通孔等(未示出)连接到天线基座25的接地图案34。另外，接地图案38经由通孔等(未示出)连接到形成在电路基板26的介电层36处的接地图案39。

接地图案38被设置成跨越天线基座25、折曲部28和电路基板26而与馈电线路37相对。因此，馈电线路37用作微带线路。在图2和图3中，未示出馈电线路37。

折曲部28连接天线基座25和电路基板26，以便允许通过馈电线路37在天线基座25和电路基板26之间馈电。

如图2和图3中所示，电路基板26是矩形板状基板，并且由诸如玻璃纤维基环氧树脂材料的绝缘材料形成。用于执行上述用于发送/接收RF信号的信号处理的RF电路41被安装到电路基板26。在本实施例中，电路基板26具有基本上正方形板状。电路基板26被固定到壳体21的底部21b的内表面21b1。

从天线基座25通过折曲部28延伸到电路基板26的馈电线路37连接到RF电路41。也就是说，每个辐射元件27经由馈电线路37连接到RF电路41。

内表面21b1基本上平行于开口平面23形成。因此，电路基板26基本上平行于开口平面23固定。

另外，电路基板26基本上平行于水平平面固定。因此，开口平面23也基本上平行于水平平面。在此，水平平面是指当车辆10处于水平状态时的水平平面。

在壳体21的底部21b的外表面21b2上设置有用于连接RF电路41和通信装置3的连接器42。

折曲部28连接到电路基板26的每个侧端。因此，天线基座25经由折曲部28连接到电路基板26的每个侧端。

通过折曲(屈曲)折曲部28，天线基座25相对于电路基板26倾斜。注意，当车辆10停在水平道路上时，电路基板26基本上水平地固定。

如上所述，每个天线基座25经由折曲部28连接到电路基板26，因此，每个天线基座25能够使用电路基板26作为基端而倾斜。

每个天线基座25被固定到壳体21，以便相对于在此处附接有天线罩22的开口平面23倾斜。

天线基座25经由支架43固定到从内表面21b1的边缘立起的倾斜部21c。天线基座25基本上平行于倾斜部21c固定到倾斜部21c。

因此，每个天线基座25的辐射表面25a相对于开口平面23倾斜。

天线基座25使用电路基板26的各个侧端作为基端，通过在天线基座的辐射表面25a彼此面对的方向上立起而倾斜。因此，天线基座25在彼此不同的方向上倾斜。

天线基座25在彼此不同的方向上倾斜的状态是指下述的天线基座25的法线方向彼此不同的状态。

因此，由于在每个天线基座25的基端侧上设置有能够折曲的折曲部28，因此与例如天线基座25的辐射元件27被安装到电路基板26的情况相比，天线基座25的辐射表面25a能够容易倾斜，并且因此天线基座25和电路基板26一体地形成。

另外，将天线基座25固定在倾斜状态，使得辐射表面25a的法线方向在辐射表面25a侧上彼此交叉。因此，每个天线基座25的辐射表面25a围绕电路基板26在水平平面方向上面向四个方向(即，前、后、右和左)中的一个方向，并且在竖直平面方向上相对于水平方向倾斜地向上面向。

因此，在水平平面方向上，天线模块4能够通过天线基座25以共享的方式适应于定向方向，并且在垂直平面方向上，天线基座25的辐射表面25a倾斜地向上面向，从而定向方向能够指向设置在较高位置处的基站2。

注意，辐射表面25a的法线方向是指与辐射表面25a正交的方向。

图5A和图5B是示出辐射表面的法线方向的视图。图5A示出了本实施例中的天线基座25的布置。

如图5A中所示，本实施例中的每个天线基座25倾斜，使得辐射表面25a面向开口平面23的中央侧。

因此，一个天线基座25的法线方向D1(图中的左侧)和另一个天线基座25的法线方向D2(图中的右侧)在辐射表面25a侧彼此交叉。

也就是说，一个天线基座25和另一个天线基座25倾斜，使得它们的波束(定向方向)彼此交叉。

图5B示出了天线基座25的布置的另一个示例。

在图5B中，每个天线基座25倾斜，使得辐射表面25a面向与开口平面23的中央侧相反的一侧。

因此，一个天线基座25的法线方向D1(图中的左侧)和另一个天线基座25的法线方向D2(图中的右侧)在与辐射表面25a侧相反的一侧上彼此交叉。

也就是说，在图5B中，一个天线基座25和另一个天线基座25倾斜，使得它们的波束(定向方向)不彼此交叉。

在图5A和图5B中，已经描述了天线基座25被布置为彼此相对并且其间具有电路基板26的情况。然而，这同样适用于天线基座25被布置成在电路基板26上彼此相邻的情况。

在本实施例中，如图5A中所示，天线基座25以倾斜的状态固定，使得天线基座25的辐射表面25a的法线方向彼此交叉。因此，天线基座25的辐射表面25a能够面向开口平面23的中央侧，并且与例如来自天线基座25的无线电波在不同方向上辐射而不彼此交叉的情况相比，能够使所发送的/接收的无线电波穿过的开口平面23的面积减小。

在本实施例中，由于设置了具有辐射表面25a的所述多个天线基座25(所述多个天线基座25相对于开口平面23在彼此不同的方向上倾斜)，因此也能够适当地发送/接收定向方向与开口平面23的法线方向交叉的无线电波。因此，能够确保通过附接在开口平面23处的天线罩22发送/接收的无线电波的定向方向在宽范围内。

本实施例的天线模块4包括倾斜部21c(保持部)，用于在天线基座25的辐射表面25a相对于开口平面23倾斜的状态下保持天线基座25。因此，天线基座25能够被适当地保持。

在倾斜部21c的上端处形成上述端部边缘21d(固定部)，天线罩22的周边边缘被固定到该端部边缘。因此，由于在倾斜部21c处形成端部边缘21d，因此能够使天线基座25、包括倾斜部21c的壳体21、和天线罩22成一体。

如上所述，本实施例的天线模块4用于在车辆中使用。因此，设置有天线模块4的车辆10能够良好地用作移动站。

在本实施例中，天线模块4被附接到开口10b，使得天线罩22与车顶10a的表面齐平，该开口被形成在作为车辆10的车身的车顶10a中。

因此，虽然将天线模块4设置成不从车辆10的车身突出，但是能够确保通过附接到开口平面23的天线罩22发送/接收的无线电波的定向方向在宽范围内。

图6是本实施例中的天线模块4的端视图。

如上所述，本实施例中的每个天线基座25都能够进行波束成形。另外，RF电路41具有基于来自通信装置3的命令来控制波束方向的功能。

在这里，如图6中所示，天线模块4被埋设车顶10a的表面中，因此，由每个天线基座25的辐射表面25a形成的波束的竖直平面方向需要相对于水平方向向上指向，以避免与辐射表面25a相对的天线基座25。

在本实施例中，由于使用具有6GHz或更高的特高频无线电波，因此无线电波被诸如金属的导体阻挡。因此，穿过天线基座25的最上端25a1和由钢板形成的车顶10a的端部边缘10a1的线L下方的范围(箭头Y侧)是非视线区域，其中从天线基座25看，该范围不可能形成朝向外部的波束。

因此，本实施例中的RF电路41被配置成将波束控制在这样的范围内，即：该波束不会被作为天线模块4周围的导体的车顶10a妨碍(阻挡)。

更具体地，不管来自通信装置3的命令如何，RF电路41将波束方向控制在这样的范围内，即：能够获得有效波束的范围，而无需将波束在大多数波束被引导到非视线区域中的方向上引导。

因此，能够在不妨碍(阻挡)波束的范围内适当地形成波束。

优选地，每个天线基座25相对于水平平面的角度被设定在45度至60度的范围内，并且例如被设定为50度或55度。

如果将天线基座25相对于水平平面的角度设定为大于60度，则天线模块4的高度尺寸增大，另外，天线基座25的位置从车顶10a进一步降低，使得增加了波束被车顶10a妨碍的范围。另一方面，如果天线基座25相对于水平平面的角度小于45度，则天线基座25能够被引导的定向方向与水平平面之间的角度增大，使得天线基座25的定向方向被限制在接近车辆10的向上方向的范围内。

因此，每个天线基座25相对于水平平面的角度优选被设定在45度至60度的范围内。

在本实施例中，已经作为示例示出了每个天线基座25经由折曲部28连接到电路基板26的情况。然而，每个天线基座25不需要经由折曲部28连接到电路基板26。

图7是根据另一个实施例的天线模块4的截面图。

在本实施例的天线模块4中，RF电路41被设置在壳体21的外部，并且一对天线基座25经由折曲部28彼此连接。

从折曲部28延伸出与形成在折曲部28处的馈电线路37相连接的线路50。线路50连接到连接器51，该连接器51被设置在壳体21的外部，并且RF电路41连接到该连接器。

该一对天线基座25和RF电路41经由线路50和连接器51连接，使得能够通过其馈电。

同样在本实施例中，设置了相对于开口平面23倾斜的具有辐射表面25a的一个天线基座25和在与所述一个天线基座25的方向不同的方向上倾斜的具有辐射表面25a的另一个天线基座25。因此，能够确保通过附接在开口平面23处的天线罩22发送的/接收的无线电波的定向方向在宽范围内。

[其它]

注意，本文公开的实施例在所有方面中仅是示例性的，并且不应被理解为限制性的。

在以上实施例中，已经作为示例示出了每个天线基座25被构造为阵列天线并且能够进行波束成形的情况。然而，一些或全部天线基座25可以被构造为不具有波束成形功能的平面天线。

在以上实施例中，已经作为示例示出了设置四个天线基座25的情况和设置两个天线基座25的情况。然而，可以设置三个天线基座25，或者可以设置五个或更多个天线基座25。在这种情况下，电路基板26优选根据天线基座25的数目被形成为多边形。这是因为天线基座25能够连接到电路基板26的各个侧端。

在上述实施例中，已经作为示例示出了通过可折曲的介电膜形成折曲部28的情况。然而，代替介电膜，折曲部28可以由铰链等形成，该铰链等以可旋转的方式连接电路基板26和天线基座25并且允许通过其馈电。

在上述实施例中，已经作为示例示出了天线模块4被设置到车辆10的车顶10a的情况。然而，天线模块4可以被设置到车辆10的除了车顶10a之外的车身(特别是向上的表面)，并且例如可以被设置到行李箱、引擎盖等。

本发明的范围由权利要求书的范围而不是以上说明书来限定，并且意图包括等同于权利要求书的范围的含义以及该范围内的所有变型。

附图标记列表

1车载通信设备

2基站

3通信装置

4天线模块

10车辆

10a车顶

10a1端部边缘

10b开口

20模块本体

21壳体

21a开口

21b底部

21b1内表面

21b2外表面

21c倾斜部

21d端部边缘

22天线罩

22a表面

23开口平面

25天线基座(第一天线、第二天线)

25a辐射表面(第一辐射表面、第二辐射表面)

25a1最上端

26电路基板

27辐射元件

28折曲部

29第一介电层

30第二介电层

31第三介电层

32第四介电层

33第五介电层

34接地图案

36介电层

37馈电线路

38接地图案

39接地图案

41RF电路

42连接器

43支架

50线路

51连接器

Claims (11)

1.一种天线模块，包括：

具有第一辐射表面的第一天线，所述第一天线相对于设置有天线罩的放置平面倾斜；以及

具有第二辐射表面的第二天线，所述第二天线在与所述第一天线不同的方向上倾斜。

2.根据权利要求1所述的天线模块，其中，

所述第一天线和所述第二天线被布置成使得所述第一辐射表面的法线方向与所述第二辐射表面的法线方向在存在这两个辐射表面的一侧上彼此交叉。

3.根据权利要求1或2所述的天线模块，其中，

在所述第一天线和所述第二天线中的每一个天线的基端侧上设置有能够折曲的带状的折曲部。

4.根据权利要求3所述的天线模块，还包括电路基板，RF电路被设置到所述电路基板，其中，

所述第一天线和所述第二天线各自经由所述折曲部被连接到所述电路基板。

5.根据权利要求1至4中的任一项所述的天线模块，还包括：箱形壳体，所述壳体的一个面形成所述放置平面，在所述壳体中存储所述第一天线和所述第二天线，其中，

在所述壳体中具有保持部，所述保持部将所述第一天线和所述第二天线保持在所述第一天线和所述第二天线倾斜的状态下。

6.根据权利要求5所述的天线模块，其中，

所述壳体在所述一个面处具有开口，并且

在所述开口的端部边缘处设置有固定部，所述固定部与所述天线罩的周边边缘形成接触并固定所述天线罩。

7.根据权利要求1至6中的任一项所述的天线模块，其中，

所述第一天线和所述第二天线各自是能够形成波束的阵列天线，

所述天线模块还包括控制单元，所述控制单元被构造成将所述波束的方向控制在这样的范围内，即：所述波束不被位于所述天线罩周围的导体阻挡。

8.根据权利要求1至7中的任一项所述的天线模块，其中，

所述天线模块用于在车辆中使用。

9.一种车辆，所述车辆包括根据权利要求1至8中的任一项所述的天线模块。

10.根据权利要求9所述的车辆，其中，

所述天线模块被附接到设置在所述车辆的车身中的开口，使得所述天线罩的表面与所述车身的表面齐平。

11.根据权利要求1所述的天线模块，其中，

所述第一天线和所述第二天线被倾斜成使得所述第一辐射表面和所述第二辐射表面面向所述放置平面的中央侧。

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