CN112585876B - 用于车辆的天线组件 - Google Patents

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Abstract

公开一种天线组件(25)，其包括基部(60)、调制解调器(50)、顶盖(40)和壳体(30)。基部(60)由铝材料构成。调制解调器(50)布置在基部(60)上。顶盖(40)用于基部(60),并且顶盖(40)包括布置在外表面上的至少一个天线元件(41)。壳体(30)覆盖顶盖(40)和基部(60)。顶盖(40)用作用于调制解调器(50)的电磁屏蔽件。通信缆线(135)在一端处连接到调制解调器(5)，并在另一端处延伸到且连接到带有车辆调制解调器的车辆内部路由器(125)。

Description

用于车辆的天线组件
技术领域
本发明涉及一种用于车辆的天线组件。
背景技术
在用于车辆的无线通信系统中，用于车辆的调制解调器通常远离天线很大距离放置，以防止来自调制解调器的电磁信号与天线干扰。这通常需要长的同轴缆线排布穿过车辆。
相关领域中采用的术语的通用定义在下面给出。
蓝牙技术是未授权2.4千兆赫兹带中操作的标准短程无线电链路。
码分多址(“CDMA”)是二代和三代蜂窝网络中使用的扩频通信系统，并且在美国专利号4901307中描述过。
GSM，用于移动通信的全球系统是二代数字蜂窝网络。
通用移动通信系统(“UMTS”)是无线标准。
长期演进(“LTE“)是用于移动电话和数据终端的高速数据的无线标准通信，并且基于GSM/EDGE和UMTS/HSPA通信网络技术.
LTE频带包括698-798MHz(带12、13、14、17)；791-960MHz(带5、6、8、18、19、20)；1710-2170MHz(带1、2、3、4、9、10、23、25、33、34、35、36、37、39)；1427-1660.5MHz(带11、21、24)；2300-2700MHz(带7、38、40、41)；3400-3800MHz(带22、42、43)。
天线阻抗和阻抗匹配的质量最为共同的特征在于回路损耗或电压驻波比。
表面安装技术(“SMT”)是用于制造电子电路的工艺，其中部件直接安装或放置在印刷电路板(“PCB”)的表面上。
Figure GDA0003057469950000021
5 LTE带包括：LTE700/1700/2100(698-806MHz/1710-1785MHz/1920-2170MHz)；LTE 850/1800/2100(824-894MHz/1710-1880MHz/1920-2170MHz)；和LTE700/850/1800/1900/2100(698-806MHz/824-894MHz/1710-1880MHz/1850-1990MHz/l 920/2170)。
三星
Figure GDA0003057469950000022
Sill LTE带包括：LTE800/1800/2600(806-869MHz/l 710-1880MHz/2496-2690MHz。
诺基亚
Figure GDA0003057469950000023
920LTE带包括：LTE 700/1700/2100(698-806MHz/1710-1785MHz/1920-2170MHz)；LTE 800/900/1800/2100/2600(806-869MHz/880-960MHz/l710-1880MHz/l920-2170MHz/2496-2690MHz)。
将调制解调器连接到车辆上的天线的长同轴缆线由于同轴缆线的长度导致信号损失。因此，需要将调制解调器临近用于车辆系统的天线放置。
发明内容
本发明的一个方面是一种天线组件，其包括基部、调制解调器、顶盖和壳体。基部由铝材料构成。调制解调器布置在基部上。顶盖用于基部，并且顶盖包括布置在外表面上的至少一个天线元件。壳体覆盖顶盖和基部。顶盖用作用于调制解调器的电磁屏蔽件。
本发明的另一方面是一种用于车辆的无线通信组件，其包括基部、调制解调器、顶盖、壳体、路由器和边缘计算装置。基部由铝材料构成并附接到车辆。调制解调器布置在基部上。顶盖用于基部，并且顶盖包括布置在外表面上的至少一个天线元件。壳体覆盖顶盖和基部。顶盖用作用于调制解调器的电磁屏蔽件。
本发明的又一方面是一种天线组件，其包括基部、调制解调器、顶盖、壳体和通信缆线。基部由铝材料构成，基部包括主体、内表面、侧壁和从内表面延伸的多个散热元件。调制解调器布置在基部内并位于多个散热元件上。调制解调器包括通信芯片、GNSS接收部件、安全访问模块或移动电话通信部件中的至少一个。顶盖包括布置在外表面上的至少一个天线元件。通信缆线在一端处连接到调制解调器并且在另一端处延伸到并连接到带有车辆调制解调器的车辆内部路由器。顶盖和基部用作用于调制解调器的电磁屏蔽件。通过通信缆线从车辆内部路由器到调制解调器的连接允许车辆内部调制解调器以调制解调器的通信协议操作。
本发明的再一方面是一种用于车辆的无线通信组件，其包括基部、调制解调器、顶盖、壳体、车辆内部路由器和通信缆线。基部由铝材料构成，基部包括主体、内表面、侧壁和从内表面延伸的多个散热元件。调制解调器布置在基部内并位于多个散热元件上。调制解调器包括通信芯片、GNSS接收部件、安全访问模块或移动电话通信部件中的至少一个。顶盖包括布置在外表面上的至少一个天线元件。通信缆线在一端处连接到调制解调器并在另一端处延伸到并连接到带有车辆调制解调器的车辆内部路由器。顶盖和基部用作用于调制解调器的电磁屏蔽件。通过通信缆线从车辆内部路由器到调制解调器的连接允许车辆内部调制解调器以调制解调器的通信协议操作。
由于调制解调器和天线相对临近，本发明消除了将调制解调器连接到天线的缆线上信号损失。
本发明还通过单个缆线替换多个同轴缆线。
附图说明
图1是用于车辆的天线组件的分解视图。
图2是用于车辆的天线组件的基部部分的顶部平面图。
图3是图2的基部部分的侧立视图。
图4是用于车辆的天线组件的壳体的侧立视图。
图5是用于车辆的天线组件的局部剖切的侧立视图。
图6是用于车辆的天线组件的顶部平面图。
图7是用于车辆的天线组件的顶盖的顶部平面图。
图8是用于车辆的天线组件的调制解调器的顶部平面图。
图9是连接到车辆的内部调制解调器的天线组件的框图。
图10是连接到车辆的内部调制解调器的天线组件的框图。
图11是具有天线组件的车辆的图示。
图12是带有连接到车辆的内部调制解调器的天线组件的车辆的图示。
具体实施方式
天线组件25在图1中示出。天线组件25优选地包括基部60、调制解调器50、顶盖40和壳体30。替代地，天线组件包括基部60、调制解调器50、路由器(未示出)、顶盖40和壳体30。基部60优选地由铝材料构成。调制解调器50布置在基部60上。顶盖40覆盖基部60和调制解调器50，并且顶盖40优选地包括布置在外表面上的至少一个天线元件。射频缆线70附接到调制解调器50并通过螺栓71固定到基部60。壳体30覆盖顶盖40和基部60。顶盖40用作用于调制解调器50的电磁屏蔽件，以维持基部60内部的电磁信号，从而防止与天线信号干扰。
如图2和3所示，基部60包括具有内表面62的主体61。侧壁63限定内部隔室65，其中容纳多个第一散热元件66a-66e和多个第二散热元件67a-67e。孔口64延伸穿过主体61以便至少一个缆线进出。基部60优选地由压铸铝材料构成，以防止来自调制解调器50的电磁信号与顶盖40上的天线干扰。以此方式，调制解调器50能够临近顶盖50上的天线放置，而不使得电磁信号与顶盖40上的天线干扰。
多个第一散热元件66a-66e和多个第二散热元件67a-67e散发通过调制解调器50的操作产生的热量。
除了用作电磁屏蔽件之外，侧壁63还提供用于在其上放置顶盖40的结构。
如图3所示，基部60优选地具有0.5英寸-1.0英寸范围的高度H2，0.05英寸-0.15英寸范围的高度H1，以及0.15英寸-0.3英寸范围的高度H3。基部优选地具有2.5英寸-3.5英寸范围的宽度以及6.0英寸-8.8英寸范围的长度L1。孔口64横向优选为1.0英寸-1.35英寸。
如图7所示，顶盖40包括第一天线元件42、第二天线元件43和第三天线元件41。优选地，第一天线元件42是用于蜂窝通信的多带天线，诸如Thill的题为“Multi-ElementAntenna For Multiple bands Of Operation And Method Therefor”的美国专利号10109918中公开那样，该专利通过引用整体合并于此。替代地，第一天线元件42是用于蜂窝通信的多带天线，诸如He的题为“Multi-Band LTE Antenna”的美国专利号9362621中公开那样，该专利通过引用整体合并于此。替代地，第一天线元件是5G次6GHz天线或毫米波天线。
优选地，第二天线元件43选自包括WiFi 2G天线、WiFi 5G天线、DECT天线、ZigBee天线和Zwave天线的组。WiFi 2G天线优选为2400-2690兆赫兹。WiFi 5G天线优选为5.8千兆赫兹天线。替代地，第二天线元件43以5.15GHz或5.85GHz操作。用于第二天线元件43的其他可能频率包括5150MHz、5200MHz、5300MHz、5400MHz、5500MHz、5600MHz、5700MHz、5850MHz和2.4GHz。第二优选元件43优选地以802.11通信协议操作。更优选地，第二天线元件43以802.11通信协议操作。替代地，第二天线元件43以802.11b通信协议操作。替代地，第二天线元件43以802.1lg通信协议操作。替代地，第二天线元件43以802.11a通信协议操作。替代地，第二天线元件43以802.1lac通信协议操作。
第三天线元件41优选为GPS/GLONASS模块。
本领域普通技术人员将理解到可以使用其他通信类型来用于第一天线元件42、第二天线元件43和/或第三天线元件41，而不偏离本发明的范围和精神。
顶盖40优选地由铝材料构成，至少在底表面上。替代地，顶盖40由能够用作电磁信号的屏蔽件的材料构成。
调制解调器50优选地包括计算部件、通信芯片55、开关、天线开关电路、GNSS接收部件56、安全访问模块53、一端电话通信部件54和电源中的至少一个。计算部件优选地包括CPU51、存储器52和交互(I/F)部件。调制解调器50优选地用于包括3G、4G、4G HPUE和5G技术的蜂窝协议操作。HPUE是大功率用户设备，并且更特别是用于蜂窝网络的用户设备的特殊级别，诸如LTE蜂窝网络。
优选地，壳体30由聚丙烯材料构成。如图4、5和6所示，壳体30优选地具有50-90毫米(mm)范围、更优选60-80mm范围且最优选65mm-75mm范围的高度H4。壳体30优选具有100-250mm范围、更优选150-200mm范围且最优选160-190mm范围的长度L2。壳体30优选地具有50-100mm范围、更优选60-90mm范围且最优选65-85mm范围的宽度W1。内部宽度W2优选为70-80mm。宽度W3优选为10-15mm。壳体30具有侧壁32、冠部33以及后壁31。壳体30的壁优选地具有2-7mm范围、且最优选5mm的厚度。
本发明的另一实施方式在图9-12给出。天线组件系统用作现有安装路由器升级到5G次6GH或添加故障转移调制解调器的远程调制解调器+天线+穿行通信系统。为了用新内部调制解调器将现有路由器升级为5G，技术必须是：从车辆移除路由器；拆开路由器以移除调制解调器；安装新的调制解调器；将路由器安装到车辆内；并测试路由器以验证新的调制解调器正确操作。
为了使用本发明的天线组件将现有路由器升级到5G，技术必须利用已经安装的同轴缆线(如图9所示)：松开车辆顶部上的现有天线；切断同轴缆线；将同轴连接器添加到两个缆线；使用一个同轴缆线用来为天线组件和穿行以太网通信供电；使用第二同轴缆线用于GPS/GNSS；将同轴-以太网组合器和电源接入器连接到路由器的剩余以太网WAN端口到12V电源(这将组合以太网和电源并使其在同轴缆线上输送)并到点火感测(ignitionsense)；构造路由器以使用以太网端口作为WAN(如果没有如此构造的话)；测试路由器以验证它在新的调制解调器上通信；移除现有天线和缆线；从路由器断开同轴缆线；将接入器模块连接到路由器以太网、车辆动力和点火感测；将组合器模块以太网连接器连接到路由器；构造路由器以使用以太网端口作为WAN(如果没有如此构造的话)；并且测试路由器以验证它在新的调制解调器上通信。
图9示出车辆的现有天线900的移除以及本发明的天线组件25的安装。图10-12示出车辆1100的天线组件和现有路由器125之间的连接。天线组件25优选地包括基部60、调制解调器50、CPU51、组合器92、功率调节器94以及位于壳体30内的多个天线元件31、32、43和44。四个同轴缆线131、132、133和135从天线组件25连接到车辆上的连接器。同轴缆线135连接到接入器105，同轴缆线132和133连接到路由器125的WiFi连接器161和162。同轴缆线131连接到路由器125的GPS/GNSS连接器160。接入器105包括重设按钮95、SIM卡96、USB连接97和功率调节单元。路由器125优选地包括调制解调器130、以太网或USB WAN连接器170、LTE连接器163、164、点火感测和12伏连接器171，点火感测缆线185和12伏缆线190与其连接。
使用本发明，不需要移除、打开现有路由器、移除和更换调制解调器模块、关闭路由器、重新安装路由器、测试路由器和调制解调器。
使用本发明，安装更加快速且风险更低(对于路由器或调制解调器没有打开路由器造成的静态放电的意外伤害)。
在5G中带频率处，信号损失通常比传统蜂窝更高，并且如果没有通过本发明消除，这些损失也得以消弱。使用嵌入天线壳体的调制解调器避免了缆线损失并由此延长覆盖范围。
本发明的天线组件的用户可以继续使用与其现有路由器一起使用的软件。
组合器92优选地从路由器输入广域网连接，以便从互联网发送和接收数据，并且在点火关闭时点火感测使得单元休眠并汲取最小功率。组合器92也输入12伏，为天线组件25供电，允许组合器92进行功率调节和浪涌保护，并且将功率传递到天线壳体60内的调制解调器50。组合器92还输入用于调制解调器50远程的运营商(AT&T,Verizon等)用户识别模块的SIM卡，使其可以容易在车辆1100的行李箱内访问。所有这些在现有同轴缆线上或以太网+其他电线上被组合和发送到天线组件25。

Claims (35)

1.一种天线组件，包括：
基部，所述基部由铝材料构成，所述基部包括主体、内表面、侧壁和从所述内表面延伸的多个散热元件；
调制解调器，所述调制解调器布置在所述基部内并在所述多个散热元件上，所述调制解调器包括通信芯片、全球导航卫星系统(“GNSS”)接收部件、安全访问模块和移动电话通信部件中的至少一个；
用于所述基部的顶盖，所述顶盖包括布置在所述顶盖的外表面上的至少一个天线元件；
壳体，所述壳体覆盖所述顶盖和基部；
通信缆线，所述通信缆线在一端处连接到所述调制解调器并在另一端处延伸到并连接到带有车辆内部调制解调器的车辆内部路由器；
其中所述顶盖和所述基部用作用于调制解调器的电磁屏蔽件；
其中通过所述通信缆线从车辆内部路由器到所述调制解调器的连接允许车辆内部调制解调器以所述调制解调器的通信协议操作。
2.根据权利要求1所述的天线组件，其中，所述通信协议是5G通信协议。
3.根据权利要求1所述的天线组件，其中，所述车辆内部调制解调器位于所述车辆内。
4.根据权利要求1所述的天线组件，其中，所述基部由压铸铝材料构成。
5.根据权利要求1所述的天线组件，其中，所述顶盖包括基部电路板。
6.根据权利要求1所述的天线组件，其中，所述顶盖包括电池电路板。
7.根据权利要求1所述的天线组件，其中，所述顶盖包括WiFi电路板。
8.根据权利要求1所述的天线组件，其中，所述顶盖包括GPS/GLONASS模块。
9.根据权利要求1所述的天线组件，其中，所述基部具有2.5英寸-3.5英寸范围的宽度和6.0英寸-8.0英寸范围的长度。
10.根据权利要求1所述的天线组件，其中，所述基部具有0.5英寸-1.0英寸范围的高度。
11.一种用于车辆的无线通信组件，包括：
基部，所述基部由铝材料构成，所述基部包括主体、内表面、侧壁和从所述内表面延伸的多个散热元件；
调制解调器，所述调制解调器布置在所述基部内并在所述多个散热元件上，所述调制解调器包括通信芯片、全球导航卫星系统(“GNSS”)接收部件、安全访问模块或移动电话通信部件中的至少一个；
用于所述基部的顶盖，所述顶盖包括布置在所述顶盖的外表面上的至少一个天线元件；
壳体，所述壳体覆盖所述顶盖和基部；
车辆内部路由器，其中所述车辆内部路由器带有定位在所述车辆内的车辆内部调制解调器；
通信缆线，所述通信缆线在一端处连接到所述调制解调器，并且在另一端处延伸到并连接到带有所述车辆内部调制解调器的所述车辆内部路由器；
其中所述顶盖和所述基部用作用于所述调制解调器的电磁屏蔽件；
其中通过所述通信缆线从带有所述车辆内部调制解调器的所述车辆内部路由器到所述调制解调器的连接允许带有所述车辆内部调制解调器的所述车辆内部路由器以所述调制解调器的通信协议操作。
12.根据权利要求11所述的无线通信组件，其中，所述通信协议是5G通信协议。
13.根据权利要求11所述的无线通信组件，其中，所述顶盖包括GPS/GLONASS模块。
14.根据权利要求11所述的无线通信组件，其中，所述基部由压铸铝材料构成。
15.根据权利要求11所述的无线通信组件，其中，所述顶盖包括基部电路板。
16.根据权利要求11所述的无线通信组件，其中，所述顶盖包括电池电路板。
17.根据权利要求11所述的无线通信组件，其中，所述顶盖包括WiFi电路板。
18.一种天线组件，包括：
基部，所述基部由铝材料构成，所述基部包括主体、内表面、侧壁和从所述内表面延伸的多个散热元件；
调制解调器，所述调制解调器布置在所述基部内并直接接触所述多个散热元件，所述调制解调器包括通信芯片、全球导航卫星系统接收部件、安全访问模块和移动电话通信部件中的至少一个；
用于所述基部的顶盖，所述顶盖包括由铝材料构成的底表面和布置在所述顶盖的外表面上的用于蜂窝通信的多带天线；以及
壳体，所述壳体覆盖所述顶盖和所述基部；
其中所述顶盖和所述基部用作用于所述调制解调器的电磁屏蔽件，允许所述调制解调器邻近所述多带天线放置，而没有来自所述多带天线的电磁信号的干扰；
其中所述多个散热元件散发通过所述调制解调器的操作产生的热量。
19.根据权利要求18所述的天线组件，还包括连接到所述调制解调器的射频缆线。
20.根据权利要求18所述的天线组件，其中，所述基部由压铸铝材料构成。
21.根据权利要求18所述的天线组件，其中，所述顶盖包括基部电路板。
22.根据权利要求18所述的天线组件，其中，所述顶盖包括电池电路板。
23.根据权利要求18所述的天线组件，其中，所述顶盖包括WiFi电路板。
24.根据权利要求18所述的天线组件，其中，所述顶盖包括全球定位卫星/全球导航卫星系统模块。
25.根据权利要求18所述的天线组件，其中，所述基部具有2.5英寸-3.5英寸范围的宽度以及6.0英寸-8.0英寸范围的长度。
26.根据权利要求18所述的天线组件，其中，所述基部具有0.5英寸-1.0英寸范围的高度。
27.一种用于车辆的无线通信组件，包括：
基部，所述基部由铝材料构成，附接到所述车辆，所述基部包括主体、内表面、侧壁和从所述内表面延伸的多个散热元件；
调制解调器，所述调制解调器布置在所述基部内并直接接触所述多个散热元件，所述调制解调器包括通信芯片、全球导航卫星系统接收部件、安全访问模块和移动电话通信部件中的至少一个；
用于所述基部的顶盖，所述顶盖包括由铝材料构成的底表面和布置在所述顶盖的外表面上用于蜂窝通信的多带天线；以及
壳体，所述壳体覆盖所述顶盖和基部；
其中所述顶盖和所述基部用作用于所述调制解调器的电磁屏蔽件，允许所述调制解调器邻近所述多带天线放置，而没有来自所述多带天线的电磁信号的干扰；
其中所述多个散热元件散发通过所述调制解调器的操作产生的热量。
28.根据权利要求27所述的无线通信组件，还包括连接到所述调制解调器的射频缆线。
29.根据权利要求27所述的无线通信组件，其中，所述基部由压铸铝材料构成。
30.根据权利要求27所述的无线通信组件，其中，所述顶盖包括基部电路板。
31.根据权利要求27所述的无线通信组件，其中，所述顶盖包括电池电路板。
32.根据权利要求27所述的无线通信组件，其中，所述顶盖包括WiFi电路板。
33.根据权利要求27所述的无线通信组件，其中，所述顶盖包括全球定位卫星/全球导航卫星系统模块。
34.根据权利要求27所述的无线通信组件，其中，所述基部具有2.5英寸-3.5英寸范围的宽度和6.0英寸-8.0英寸范围的长度。
35.根据权利要求27所述的无线通信组件，其中，所述基部具有0.5英寸-1.0英寸范围的高度。
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