CN112821052A - 天线、交通工具玻璃板组件和交通工具 - Google Patents
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Abstract
一种天线、交通工具玻璃板组件和交通工具，天线用于设置在玻璃板上，天线包括辐射单元和调谐单元，调谐单元开设有容纳槽，以及位于容纳槽两侧的多个缝隙，辐射单元容置在容纳槽，并与调谐单元具有间隔距离，辐射单元辐射的电磁波至少部分在调谐单元上产生耦合，并通过多个缝隙向外辐射，以使天线辐射的电磁波位于预设频段。通过在调谐单元上开设容纳槽和缝隙，辐射单元容置在容纳槽内，通过对容纳槽和缝隙进行合理设计，有利于改善天线的辐射特性和阻抗特性，提高天线的通信质量，使天线辐射的电磁波位于预设频段。同时，将天线直接设置于玻璃板上的结构，使得天线的剖面低，隐蔽性较高。
Description
技术领域
本发明涉及无线通信领域，尤其涉及一种天线、交通工具玻璃板组件和交通工具。
背景技术
随着人民生活水平的提高，人们对交通工具的便利性以及智能性也有了更进一步的要求。在新一轮的汽车革命中，车联网的概念已经广泛为人们所知。为了满足市场需求，各个厂商已经将车载电视、电话会议、无线遥控、自动驾驶等功能全部集成到车载系统中。人和机器可以互动，从而使得汽车智能化程度更高。实现这个功能的前提是提供全频段的收发装置以及性能良好的天线系统。
目前市场常见的天线系统中，以5G天线为例，其结构主要采用平面印刷型或金属弹片型单极子天线，根据空间尺寸要求合理布局在天线盒子中。受空间尺寸影响，天线间耦合较强，通信质量差，且天线安装在天线盒子内，其隐蔽性差，影响交通工具的美观性。
发明内容
本发明的目的是提供一种天线、交通工具玻璃板组件和交通工具，具有通信质量高，天线剖面低，隐蔽性高的特点。
为实现本发明的目的，本发明提供如下的技术方案，包括：
第一方面，本发明提供一种天线，所述天线用于设置在玻璃板上，所述天线包括辐射单元和调谐单元，所述调谐单元开设有容纳槽，以及位于所述容纳槽两侧的多个缝隙，所述辐射单元容置在所述容纳槽，并与所述调谐单元具有间隔距离，所述辐射单元辐射的电磁波至少部分在所述调谐单元上产生耦合，并通过多个所述缝隙向外辐射，以使所述天线辐射的电磁波位于预设频段。
通过在调谐单元上开设容纳槽和缝隙，辐射单元容置在容纳槽内，通过对容纳槽和缝隙进行合理设计，有利于改善天线的辐射特性和阻抗特性，提高天线的通信质量，使天线辐射的电磁波位于预设频段。同时，将天线直接设置于玻璃板上的结构，使得天线的剖面低，隐蔽性较高。
一种实施方式中，所述缝隙包括多个第一缝隙，多个所述第一缝隙沿第一轴线和第二轴线对称设置，所述第一轴线和所述第二轴线垂直，所述第一轴线与所述容纳槽的延伸方向相同。
一种实施方式中，所述第一缝隙包括依次连接的第一子缝隙、第二子缝隙、第三子缝隙和第四子缝隙，所述第一子缝隙和所述第三子缝隙沿第一方向延伸，所述第二子缝隙和所述第四子缝隙沿第二方向延伸，所述第一方向与所述第一轴线平行，所述第二方向与所述第二轴线平行。
一种实施方式中，所述容纳槽为矩形槽，所述容纳槽的一端贯穿所述调谐单元。
一种实施方式中，所述缝隙还包括2个第二缝隙，2个所述第二缝隙相对所述第一轴线对称设置，且2个所述第二缝隙均与所述容纳槽连通。
一种实施方式中，所述第二缝隙包括依次连接的第五子缝隙和第六子缝隙，所述第五子缝隙沿所述第一方向延伸，所述第六子缝沿所述第二方向延伸，所述第五子缝隙和所述第六子缝隙的整体呈折线形，所述第六子缝隙与所述容纳槽连通。
一种实施方式中，所述辐射单元包括多个沿所述第一方向延伸的矩形子辐射单元，多个所述子辐射单元宽度不同。
一种实施方式中，所述天线还包括馈电微带线，所述馈电微带线与所述辐射单元连接，所述馈电微带线用于馈入预设频率的电信号。
一种实施方式中，所述天线还包括柔性基板，所述辐射单元和所述调谐单元均形成在所述柔性基板上，所述柔性基板用于设置在所述玻璃板上。
一种实施方式中，所述天线还包括保护罩，所述保护罩设置于所述玻璃板上，所述保护罩罩住所述辐射单元和所述调谐单元。
一种实施方式中，当所述天线的阻抗带宽小于或等于－10dB时，所述预设频段介于2.515GHz－2.675GHz之间。
第二方面，本发明提供一种交通工具玻璃板组件，所述交通工具玻璃板包括玻璃板和第一方面任一实施方式所述的天线，所述天线设置于所述玻璃板表面。通过在交通工具玻璃板组件中加入本发明提供的天线，使得交通工具玻璃板组件具有较高的通信质量，且天线直接设置于玻璃板上，剖面低，隐蔽性高，使得交通工具玻璃板组件更加美观。
第三方面，本发明提供一种交通工具，所述交通工具包括壳体和第二方面实施方式所述的交通工具玻璃板组件，所述交通工具玻璃板组件安装于所述壳体上。通过在交通工具中采用本发明提供的交通工具玻璃板组件，使得交通工具的通信系统的通信质量更高，且外观上更加美观。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为一种实施例的天线结构俯视图；
图2为一种实施例的交通工具玻璃板组件的结构示意图；
图3为一种实施例的交通工具玻璃板组件的剖视图；
图4为另一种实施例的交通工具玻璃板组件的剖视图；
图5为一种实施例的天线的工作频段分析图；
图6为一种实施例的天线远场测试图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施方式中的附图，对本发明实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式仅仅是本发明一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本发明中的实施方式，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本发明保护的范围。
请参考图1和图2，本发明提供一种天线100，天线100用于设置在玻璃板200上，天线100包括辐射单元110和调谐单元120，调谐单元120开设有容纳槽121，以及位于容纳槽121两侧的多个缝隙122，辐射单元110容置在容纳槽121，并与调谐单元120具有间隔距离，辐射单元110辐射的电磁波至少部分在调谐单元120上产生耦合，并通过多个缝隙122向外辐射，以使天线100辐射的电磁波位于预设频段。具体地，天线100可以直接印刷在玻璃板200表面，也可通过胶粘设置于玻璃板200上。调谐单元120为金属层结构，优选地，可采用银浆在玻璃板200上印刷出金属涂层，然后通过图案化处理，采用激光刻蚀工艺刻蚀出容纳槽121、多个缝隙122和辐射单元110，辐射单元110容置于容纳槽121中，以向外部空间辐射电磁波，多个缝隙122围绕容纳槽121和辐射单元110设置，且多个缝隙122沿预设路径延伸，以对电磁波进行改善，从而形成能够辐射预设频段电磁波的天线100。本实施例中，当天线100的阻抗带宽小于或等于－10dB时，其预设频段介于2.515GHz－2.675GHz之间。可以理解的是，其他实施例中，调谐单元120也可以为如金、铜等其他低损失材料制成的金属层，容纳槽121、缝隙122和辐射单元110也可采用诸如化学刻蚀、离子刻蚀等方法形成，此处不作过多限定。
通过在调谐单元120上开设容纳槽121和缝隙122，辐射单元110容置在容纳槽121内且与调谐单元120存在间隔距离，通过对容纳槽121和缝隙122进行合理设计，有利于改善天线100的辐射特性和阻抗特性，提高天线100的通信质量，使天线100辐射的电磁波位于预设频段。同时，将天线100直接设置于玻璃板200上的结构，使得天线100的剖面低，隐蔽性较高。
一种实施例中，请参考图1和图2，缝隙122包括多个第一缝隙1221，多个第一缝隙1221沿第一轴线A和第二轴线B对称设置，第一轴线A和第二轴线B垂直，第一轴线A与容纳槽121的延伸方向相同。具体地，第一轴线A为调谐单元120沿第一方向X的对称轴，第二轴线B为调谐单元120沿第二方向Y的对称轴，第一方向X与第一轴线A平行，第二方向Y与第二轴线B平行。本实施例中，第一缝隙1221的数量为4个，且对称设置于容纳槽121的周围。当容置于容纳槽121内部的辐射单元110向外部空间辐射电磁波时，对称设置的四个第一缝隙1221对一定频段内的电磁波进行阻抗匹配调节，达到改善天线100辐射特性的目的。
一种实施例中，请参考图1和图2，第一缝隙1221包括依次连接的第一子缝隙122a、第二子缝隙122b、第三子缝隙122c和第四子缝隙122d，第一子缝隙122a和第三子缝隙122c沿第一方向X延伸，第二子缝隙122b和第四子缝隙122d沿第二方向Y延伸。通过采用弯折技术使第一缝隙1221由第一子缝隙122a、第二子缝隙122b、第三子缝隙122c和第四子缝隙122d依次连接而成，且相邻子缝隙沿不同的方向延伸，以形成曲折的电流通道，从而在保证第一缝隙1221等效长度较小的同时，延长电流的流通路径，这相当于在天线100的等效电路中引入级联电感，使得谐振频率较低，在减小天线100的尺寸的同时，又改善了频率特性。
一种实施例中，请参考图1和图2，第一子缝隙122a的长度D1为4.3±0.2mm，即第一子缝隙122a的长度D1可以为4.1mm－4.5mm之间，第二子缝隙122b的长度D2为7.2±0.2mm之间，即第二子缝隙122b的长度D2可以为7.0mm－7.4mm之间，第三子缝隙122c的长度D3为6.4±0.2mm之间，即第三子缝隙122c的长度D3可以为6.2mm－6.6mm之间，第四子缝隙122d的宽度W1为1.3±0.2mm，即第四子缝隙122d的宽度W1可以为1.1mm－1.5mm之间，以使第一缝隙1221的等效总长度为12±0.2mm，即11.8mm－12.2mm之间，等效宽度为1.3±0.2mm。通过对第一缝隙122的长度和宽度进行合理设计，使其满足上述条件，可以根据需求取得一个特定频率且阻抗匹配的天线100。
一种实施例中，请参考图1和图2，容纳槽121为矩形槽，容纳槽121的一端贯穿调谐单元120，缝隙还包括2个第二缝隙1222，2个第二缝隙1222相对第一轴线A对称设置，且2个第二缝隙1222均与容纳槽121连通，以为辐射单元110提供辐射孔径。通过在调谐单元120上开设矩形容纳槽121，且在容纳槽121两侧对称地设置第一缝隙1222，2个第一缝隙1222均与容纳槽121连通的结构，以为辐射单元110提供辐射孔径，使得天线100辐射的电磁波更加均匀，有助于提高通信质量。
一种实施例中，请参考图1，第二缝隙1222包括依次连接的第五子缝隙122e和第六子缝隙122f，第五子缝隙122e沿第一方向X延伸，第六子缝隙122f沿第二方向Y延伸，第五子缝隙122e和第六子缝隙122f的整体呈“L”形或者其它折线形，第六子缝隙122f与容纳槽121连通。通过使第二缝隙1222由第五子缝隙122e和第六子缝隙122f连接而成，且第五子缝隙122e和第六子缝隙122f的延伸方向不同，当电流流过第二缝隙1222时，电流路径变长，有利于增加天线100的频段，改善其辐射特性。同时，第二缝隙1222沿第一方向X的长度不变，有利于实现天线100的结构小型化。
一种实施例中，请参考图1和图2，第五子缝隙122e沿第一方向X的长度D4为13.7±0.2mm，即第五子缝隙122e的长度D4可以为13.5mm－13.9mm之间，第五子缝隙122e沿第二方向Y的宽度W2为2±0.2mm，即第五子缝隙122e的宽度W2可以为1.8mm－2.2mm之间，。通过对第五子缝隙122e的长度D4和宽度W2进行合理设计，使其满足上述条件，以达到使天线100满足阻抗匹配特性，以及使天线100的工作频段满足预设频段的目的。
一种实施例中，请参考图1和图2，辐射单元110的等效总长度D5为13.1±0.2mm，即辐射单元110的等效总长度D5可以为12.9mm－13.3mm之间，且辐射单元110包括多个沿第一方向X延伸的矩形子辐射单元，多个子辐射单元宽度不同。具体地，本实施例中，辐射单元110由4个长度和宽度均不相同矩形子辐射单元沿第一方向X组合而成，4个矩形子辐射单元的组合长度为D5，即13.1±0.2mm，其等效宽度W3为2.2±0.2mm，即等效宽度W3可以为2.0mm－2.4mm之间。通过对辐射单元110的长度和宽度进行合理设计，有利于使天线100满足带宽宽、体积小和易于集成的要求。
一种实施例中，请参考图2和图3，天线100还包括馈电微带线130，馈电微带线130与辐射单元110连接，且馈电微带线130从玻璃板200的夹层中引出，位于玻璃板200的边缘处馈电，以馈入预设频率的电信号。优选地，本发明采用特性阻抗约为50Ω，结构为共面波导馈电的微带线结构，依靠地板和信号线共面的特性，直接在玻璃板200表面上馈电，减少因玻璃板200间添加异物所引起的废品率过高的问题，可以较好应用在频率很高的微波集成电路中。此外，直接馈电的方式也可有效改善输入阻抗的匹配特性。
一种实施例中，请参考图2和图4，天线100还包括柔性基板400，辐射单元110和调谐单元120均形成在柔性基板400上，柔性基板400用于设置在玻璃板200上。其中，辐射单元110和调谐单元120可通过LDS(Laser Directstructuring，激光直接成型技术)工艺成型于柔性基板400的表面，柔性基板400可以采用传统的柔性基板生产方式加工制成，并通过压合技术将其压合于玻璃板200表面。通过对在天线100中加入柔性基板400，本领域技术人员可以灵活设计柔性基板400的尺寸大小、形状结构等参数，使天线100满足多种需求。且当玻璃板200受到冲击时，柔性基板400能够起到一定的缓冲保护作用。
一种实施例中，请参考图1和图2，天线100还包括保护罩300，保护罩300设置于玻璃板200上，保护罩300罩住辐射单元110和调谐单元120。优选地，保护罩300通过胶体粘接于玻璃板200表面。通过在天线100中设置保护罩300，可对天线100辐射出的电磁波进行反射，以定向辐射能量、同时，保护罩300还可起到遮挡天线100的辐射单元110、固定馈电微带线130的作用。优选地，考虑到美观化的市场需求，尽可能降低天线的剖面高度，本实施例中，保护罩300的高度约为5mm。
如图5所示为基于安捷伦矢量网络分析仪的结果，从其测试结果来看，天线阻抗带宽小于或等于－10dB时，可覆盖所需工作频段介于2.515－2.675GHz之间。如图6所示为天线100在微波暗室测得的远场结果。从测试结果来看，天线100呈现良好的定向性，其前后比优于15dB，峰值增益可达5dB。
本发明提供一种交通工具玻璃板组件，请参考图2，交通工具玻璃板组件包括玻璃板200和本发明提供的天线100，天线100设置于玻璃板200表面。特别地，玻璃板200优选扁平玻璃、浮法玻璃、石英玻璃、硼硅酸盐玻璃、钠钙玻璃或透明塑料，更优选刚性透明塑料，特别是聚乙烯、聚丙烯、聚碳酸酯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚苯乙烯、聚酰胺、聚酯、聚氯乙烯和/或它们的混合物。
一种实施例中，请参考图2，玻璃板200的介电常数约为7.1，损耗正切角约为0.03。此外，本实施例中玻璃板200的尺寸(长＊宽＊高)优选为：310mm＊310mm＊4mm。通过对玻璃板200的介电常数、损耗正切角和尺寸大小进行合理设计，使其满足上述条件，有利于改善天线100的辐射性能。
本发明提供一种交通工具，请参考图2，交通工具包括壳体和本发明实施例提供的交通工具玻璃板组件，交通工具玻璃板组件安装于壳体上。具体地，该交通工具可以是汽车、轮船、飞机等任意形式的交通工具，以汽车为例，交通工具玻璃板组件用于安装在壳体上作为前挡风玻璃、后挡风玻璃或侧窗玻璃，且交通工具玻璃板组件与壳体围合形成容纳空间，容纳空间用于容纳人或物。通过在交通工具中采用本发明提供的交通工具玻璃板组件，既实现了在交通工具中安装天线100实现无线通信功能，且由于本发明实施例提供的天线100通信质量高，体积小，从而使得交通工具外形更加美观，易于满足较高的智能化要求。
以上所揭露的仅为本发明的一种较佳实施例而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例的全部或部分流程，并依本发明权利要求所作的等同变化，仍属于发明所涵盖的范围。
Claims (13)
1.一种天线，其特征在于，所述天线用于设置在玻璃板上，所述天线包括辐射单元和调谐单元，所述调谐单元开设有容纳槽，以及位于所述容纳槽两侧的多个缝隙，所述辐射单元容置在所述容纳槽，并与所述调谐单元具有间隔距离，所述辐射单元辐射的电磁波至少部分在所述调谐单元上产生耦合，并通过多个所述缝隙向外辐射，以使所述天线辐射的电磁波位于预设频段。
2.如权利要求1所述的天线，其特征在于，所述缝隙包括多个第一缝隙，多个所述第一缝隙沿第一轴线和第二轴线对称设置，所述第一轴线和所述第二轴线垂直，所述第一轴线与所述容纳槽的延伸方向相同。
3.如权利要求2所述的天线，其特征在于，所述第一缝隙包括依次连接的第一子缝隙、第二子缝隙、第三子缝隙和第四子缝隙，所述第一子缝隙和所述第三子缝隙沿第一方向延伸，所述第二子缝隙和所述第四子缝隙沿第二方向延伸，所述第一方向与所述第一轴线平行，所述第二方向与所述第二轴线平行。
4.如权利要求1所述的天线，其特征在于，所述容纳槽为矩形槽，所述容纳槽的一端贯穿所述调谐单元。
5.如权利要求2所述的天线，其特征在于，所述缝隙还包括2个第二缝隙，2个所述第二缝隙相对所述第一轴线对称设置，且2个所述第二缝隙均与所述容纳槽连通。
6.如权利要求5所述的天线，其特征在于，所述第二缝隙包括依次连接的第五子缝隙和第六子缝隙，所述第五子缝隙沿所述第一方向延伸，所述第六子缝沿所述第二方向延伸，所述第五子缝隙和所述第六子缝隙的整体呈折线形，所述第六子缝隙与所述容纳槽连通。
7.如权利要求3所述的天线，其特征在于，所述辐射单元包括多个沿所述第一方向延伸的矩形子辐射单元，多个所述子辐射单元宽度不同。
8.如权利要求1所述的天线，其特征在于，所述天线还包括馈电微带线，所述馈电微带线与所述辐射单元连接，所述馈电微带线用于馈入预设频率的电信号。
9.如权利要求1所述的天线，其特征在于，所述天线还包括柔性基板，所述辐射单元和所述调谐单元均形成在所述柔性基板上，所述柔性基板用于设置在所述玻璃板上。
10.如权利要求1所述的天线，其特征在于，所述天线还包括保护罩，所述保护罩设置于所述玻璃板上，所述保护罩罩住所述辐射单元和所述调谐单元。
11.如权利要求1所述的天线，其特征在于，当所述天线的阻抗带宽小于或等于－10dB时，所述预设频段介于2.515GHz－2.675GHz之间。
12.一种交通工具玻璃板组件，其特征在于，所述交通工具玻璃板包括玻璃板和如权利要求1至11任一项所述的天线，所述天线设置于所述玻璃板表面。
13.一种交通工具，其特征在于，所述交通工具包括壳体和如权利要求12所述的交通工具玻璃板组件，所述交通工具玻璃板组件安装于所述壳体上。
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