CN112909490B - 一种应用于车载的玻璃天线及车辆玻璃 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种应用于车载的玻璃天线及车辆玻璃，包括设置在玻璃内部的天线单元，所述玻璃的外侧设置有微带传输线，所述天线单元通过缝隙耦合的方式与微带传输线电联接，所述微带传输线用于通过外部馈线与控制装置电联接。本发明的天线单元通过缝隙耦合的方式与微带传输线电联接，实现高效率耦合馈电，玻璃不存在夹缝可以避免漏水的风险，而且不破坏玻璃自身的特性，结构简单，工艺易实现。

Description

一种应用于车载的玻璃天线及车辆玻璃
技术领域
本发明涉及智能交通设备技术领域，具体涉及一种应用于车载的玻璃天线及车辆玻璃。
背景技术
天线玻璃化与车体共形是未来汽车部件的一种发展趋势，该种趋势将会带来美观以及提升风阻性能等优点。现阶段天线与玻璃结合的馈电方式一般有三种。(1)同轴馈电方式，对于内置玻璃天线而言，需要对玻璃钻孔，同轴线通过钻孔与天线单元连接。(2)微带线馈电方式，将微带与天线辐射体直接相连，馈线需从夹层玻璃边缘引出。(3)口径耦合馈电方式，通常以非接触的方式通过缝隙耦合馈在辐射单元上。
上述三种馈电方式，主要存在以下一些缺点：(1)同轴馈电方式能够高效率馈电，但同轴内芯需要与辐射体直接焊接相连，故需要对夹层玻璃的内片进行钻孔，钻孔可能导致玻璃的特性发生改变，对玻璃的破坏较严重，风险加大。(2)微带线馈电方式需要将微带与天线辐射体直接相连，而辐射体若放置在夹层玻璃中间，则微带线也应夹在玻璃中间，故馈线需从夹层玻璃边缘引出，由于夹层中有馈线存在，夹缝无法完全密封，可能存在漏水风险，缩短天线使用寿命。(3)口径耦合馈电方式，口径直接耦合在辐射单元上，虽然可以避免上述的漏水问题和钻孔对玻璃特性的改变，但是馈电结构与辐射单元设计相关联，单个结构通用性不强。
发明内容
为解决上述问题，本发明提供了一种应用于车载的玻璃天线及车辆玻璃；天线单元通过缝隙耦合的方式与微带传输线电联接，实现高效率耦合馈电，玻璃不存在夹缝可以避免漏水的风险，而且不破坏玻璃自身的特性，结构简单，工艺易实现。
为实现上述目的，本发明采取的技术方案包括：一种应用于车载的玻璃天线，包括设置在玻璃内部的天线单元，所述玻璃的外侧设置有微带传输线，所述天线单元通过缝隙耦合的方式与微带传输线电联接，所述微带传输线用于通过外部馈线与控制装置电联接。
另外，为了实现上述目的，本发明还提供一种车辆玻璃，其设有本发明的应用于车载的玻璃天线。
作为本发明的一个优选的技术方案：所述微带传输线包括传输线、接地板和介质板，所述接地板的内侧贴合在玻璃的外侧，所述介质板的内侧贴合在接地板外侧上，所述传输线设置在介质板上，所述接地板上设置有缝隙槽。
作为本发明的一个优选的技术方案：所述传输线在所述接地板上的投影相交于所述缝隙槽，所述传输线通过缝隙槽与所述天线单元耦合连接。
作为本发明的一个优选的技术方案：所述天线单元包括辐射体和微带馈线，所述微带馈线的一端与所述辐射体相连接，所述微带馈线通过所述缝隙槽与所述传输线耦合连接，所述微带馈线在所述接地板上的投影相交于所述缝隙槽。
作为本发明的一个优选的技术方案：所述缝隙槽的两端分别连接有第一贴片负载和第二贴片负载，所述第一贴片负载和所述第二贴片负载与所述缝隙槽形成“哑铃”状或者工字型或者H字型或者L型结构，所述传输线的终端上设置有第三贴片负载。
作为本发明的一个优选的技术方案：所述天线单元包括辐射体和微带馈线，所述微带馈线的一端与所述辐射体相连接，所述微带馈线通过所述缝隙槽与所述传输线缝隙连接，所述微带馈线在所述接地板上的投影相交于所述缝隙槽，所述微带馈线的另一端设置有第四贴片负载。
作为本发明的一个优选的技术方案：所述第一贴片负载、第二贴片负载、第三贴片负载、第四贴片负载的形状为圆形或椭圆形或者多边形。
作为本发明的一个优选的技术方案：所述外部馈线与所述微带传输线联接方式为微带馈电或者同轴线馈电。
作为本发明的一个优选的技术方案：所述玻璃为夹层玻璃，包括依次贴合的内层玻璃、中间层和外层玻璃，所述天线单元设置在中间层内，所述微带传输线设置在内层玻璃的外表面上。
与现有技术相比，本发明至少具有以下有益效果：
1、天线单元通过缝隙耦合的方式与微带传输线电联接，实现高效率耦合馈电，车辆玻璃不存在夹缝可以避免漏水的风险，而且不破坏玻璃自身的特性，结构简单，工艺易实现。
2、通过采用玻璃“就地取材”作为天线单元的介质基板，实现了天线夹在玻璃内部的设计，不需增加额外的硬质板材且不破坏玻璃自身的特性，可以使得天线和玻璃实现一体化同时降低天线的剖面高度。
3、玻璃天线的馈电结构在0.91GHz-2.13GHz频带内的传输损耗均小于1dB，传输效率较高，带宽大。
4、通过第一贴片负载、第二贴片负载、第三贴片负载及第四贴片负载的设置，通过改变第一贴片负载、第二贴片负载、第三贴片负载及第四贴片负载的半径可以调节工作频段，后续可应用于其他频段天线的馈电结构，提高了使用的通用性。
附图说明
图1为本发明整体结构示意图；
图2为本发明整体结构剖视图；
图3为天线单元结构示意图；
图4为传输线在接地板上投影示意图；
图5为传输线和微带馈线在接地板上投影示意图；
图6为本发明玻璃天线馈电结构的S参数仿真曲线图。
图1-图5中，1、天线单元，2、微带传输线，3、传输线，4、接地板，5、介质板，6、辐射体，7、微带馈线，8、缝隙槽，9、第一贴片负载，10、第二贴片负载，11、第三贴片负载，12、第四贴片负载，13、内层玻璃，14、中间层，15、外层玻璃。
具体实施方式
为了使本发明的目的及优点更加清楚明白，以下结合实施例对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
如图1所示，本发明实施例提供了一种应用于车载的玻璃天线，包括设置在车辆玻璃内部的天线单元1，玻璃的外侧设置有微带传输线2，天线单元1通过缝隙耦合的方式与微带传输线2电联接，微带传输线2用于通过外部馈线与控制装置电联接。天线单元1通过缝隙耦合的方式与微带传输线2实现信号的传递，从而不需要从玻璃边缘引出天线单元1与微带传输线2之间的馈线，因此不存在玻璃夹缝，避免了玻璃从玻璃夹缝漏水的风险，也不需要在玻璃上进行钻孔，不会导致玻璃的特性的改变。
如图2所示，微带传输线2包括传输线3、接地板4和介质板5，接地板4的内侧贴合在玻璃的外侧，介质板5的内侧贴合在接地板4外侧上，传输线3设置在介质板5上，传输线3的一端与外部馈线相连接，其根据实际情况采用微带馈电连接或者同轴线馈电连接，介质板的介电常数优选比玻璃大，以利于提高传输效率，介电常数大于或者等于4，更优选大于或者等于9，材质可以选择陶瓷，如氧化铝或者氮化铝。如图4所示，接地板4上设置有缝隙槽8，传输线3在接地板4上的投影相交于缝隙槽8，优选传输线3在接地板4上的投影垂直于缝隙槽8，传输线3通过缝隙槽8与天线单元1耦合连接；如图3和图5所示，天线单元1包括辐射体6和微带馈线7，微带馈线7的一端与辐射体6相连接，微带馈线7通过缝隙槽8与传输线3耦合连接，微带馈线7在接地板4上的投影相交于缝隙槽8，优选微带馈线7在接地板4上的投影垂直于缝隙槽8。接地板4设置在天线单元1的辐射体6和微带馈线7之间，在作为微带馈线7地板的同时也作为辐射单元的地板，同时玻璃相当于天线单元1的介质基板，天线单元1、玻璃和接地板4共同构成了天线。使用玻璃作为天线单元1的介质基板，实现了天线单元1夹在玻璃中间的设计，没有增加额外的硬质板材且未破坏玻璃自身的特性，可以使天线和玻璃实现一体化同时降低天线的剖面高度。微带馈线7将能量通过缝隙槽8耦合到天线单元1，调节缝隙槽8的宽度对于调节输入阻抗有较为明显的作用，调节缝隙槽8的长度可以实现调节谐振频率的作用。
为了增加阻抗带宽，在缝隙槽8的两端分别连接有第一贴片负载9和第二贴片负载10，第一贴片负载和第二贴片负载10与缝隙槽8形成“哑铃”状或者工字型或者H字型或者L型结构，在本实施例中，优选为“哑铃”状，能量通过第一贴片负载9和第二贴片负载10辐射出去，传输线3的终端上设置有第三贴片负载11，第一贴片负载9、第二贴片负载10和第三贴片负载11的形状为圆形或椭圆形或者多边形，在本实施例中，优选为圆形；圆形的第一贴片负载9、第二贴片负载10和第三贴片负载11的半径根据天线的工作频段来确定，通过调节第一贴片负载9、第二贴片负载10和第三贴片负载11的尺寸，可以达到调节工作频段的作用，在应用到其他频段天线的馈电结构时，可根据需要进行调整以达到通用性的目的。
进一步增加阻抗带宽，可以在微带馈线7的另一端设置有第四贴片负载12，第四贴片负载12与第一贴片负载9、第二贴片负载10和第三贴片负载11的形状一致，其半径根据具体的工作频段的天线进行调整。以工作频段为1.1GHz-1.7GHz的GNSS天线为例，第三贴片负载11半径取4㎜为最佳值，第一贴片负载9和第二贴片负载10半径分别取4㎜为最佳值，第四贴片负载12半径取4㎜为最佳值；缝隙槽8的长度和宽度分别为18㎜和2㎜。
在上述实施例中，为了使得天线更好的安装在玻璃的内部，玻璃优选为夹层玻璃，包括依次贴合的内层玻璃13、中间层14和外层玻璃15，天线单元1设置在中间层14内，微带传输线2设置在内层玻璃13的外表面上，即内层玻璃13作为天线单元1内的介质基板，接地板4设置在内层玻璃13的外表面上。
与现有技术相比，如图6所示，本发明提供的玻璃天线馈电结构的S参数仿真曲线图，在0.91GHz-2.13GHz频带内的传输损耗S21均小于1dB，传输效率较高，带宽大，可以满足GNSS天线指标要求。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种应用于车载的玻璃天线，其特征在于：包括设置在玻璃内部的天线单元，所述玻璃的外侧设置有微带传输线，所述天线单元通过缝隙耦合的方式与微带传输线电联接，所述微带传输线用于通过外部馈线与控制装置电联接；所述微带传输线包括传输线、接地板和介质板，所述接地板的内侧贴合在玻璃的外侧，所述介质板的内侧贴合在接地板外侧上，所述传输线设置在介质板上，所述接地板上设置有缝隙槽，所述缝隙槽的两端分别连接有第一贴片负载和第二贴片负载，所述传输线的终端上设置有第三贴片负载，所述天线单元包括辐射体和微带馈线，所述微带馈线的一端与所述辐射体相连接，所述微带馈线通过所述缝隙槽与所述传输线缝隙连接，所述微带馈线在所述接地板上的投影相交于所述缝隙槽，所述微带馈线的另一端设置有第四贴片负载，所述玻璃天线通过改变第一贴片负载、第二贴片负载、第三贴片负载及第四贴片负载的半径来调节工作频段以提高使用的通用性。
2.根据权利要求1所述的一种应用于车载的玻璃天线，其特征在于：所述传输线在所述接地板上的投影相交于所述缝隙槽，所述传输线通过缝隙槽与所述天线单元耦合连接。
3.根据权利要求1所述的一种应用于车载的玻璃天线，其特征在于：所述天线单元包括辐射体和微带馈线，所述微带馈线的一端与所述辐射体相连接，所述微带馈线通过所述缝隙槽与所述传输线耦合连接，所述微带馈线在所述接地板上的投影相交于所述缝隙槽。
4.根据权利要求1所述的一种应用于车载的玻璃天线，其特征在于：所述第一贴片负载和所述第二贴片负载与所述缝隙槽形成“哑铃”状或者工字型或者H字型或者L型结构。
5.根据权利要求1所述的一种应用于车载的玻璃天线，其特征在于：所述第一贴片负载、第二贴片负载、第三贴片负载、第四贴片负载的形状为圆形或椭圆形或者多边形。
6.根据权利要求1所述的一种应用于车载的玻璃天线，其特征在于：所述外部馈线与所述微带传输线联接方式为微带馈电或者同轴线馈电。
7.根据权利要求1-6任一项所述的一种应用于车载的玻璃天线，其特征在于：所述玻璃为夹层玻璃，包括依次层叠的内层玻璃、中间层和外层玻璃，所述天线单元设置在中间层内，所述微带传输线设置在内层玻璃的外表面上。
8.一种车辆玻璃，其特征在于，设置有权利要求1至7中任一项所述的玻璃天线。
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