CN113013585A - 一种天线及车载设备 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种天线及车载设备，包括：层叠设置的无线短距离通讯天线、北斗天线和电路板，其中，无线短距离通讯天线位于北斗天线的上表面，电路板位于北斗天线的下表面，北斗天线的侧表面设置有多个5G天线组，5G天线组至少兼容以下制式中的至少一个：4G、3G和2G。5G天线组用于提供低延时、高带宽以及保证可靠行等通信效果，北斗天线在5G网络的基础上，提高天线的定位精度，通过将5G天线组设置于北斗天线的侧表面，保证了天线的尺寸，且增加了天线的美观度。
Description
技术领域
本发明涉及移动通信领域，尤其涉及一种天线及车载设备。
背景技术
随着5G通信技术的到来，5G网络应用会使得自动驾驶、远程医疗服务和虚拟现实等成为可能。更进一步的，5G网络还会提供随时随地的联网服务，在复杂场景中，例如楼宇、工业和制造环境、拥挤场景、远程控制(陆地和海洋)、海陆空的高速行驶环境中，都能进行高速通信。其中，车载天线作为车联网、车际网、车内网融合的核心器件，在5G通信技术落地和普及方面承担着极其重要的作用。
目前，车载天线大部分为鲨鱼鳍天线，但一般鲨鱼鳍天线并不集成5G天线，且定位精度不高，因此，现需要一种天线，以在集成5G天线的基础上，提高天线的定位精度。
发明内容
本发明实施例提供一种天线及车载设备，实现集成5G网络通信技术，且提高天线的定位精度。
第一方面，本发明实施例提供一种天线，包括：层叠设置的无线短距离通讯天线、北斗天线和电路板；
所述无线短距离通讯天线位于所述北斗天线的上表面，所述电路板位于所述北斗天线的下表面；
所述北斗天线的侧表面设置有多个5G天线组，所述5G天线组至少兼容以下制式中的至少一个：4G、3G和2G。
上述技术方案中，5G天线组可以在通信时，提供低延时、高带宽以及保证可靠行等有益的通信效果，北斗天线在5G网络的基础上，实时的提供高精度定位、精细化导航、精准度授时服务等定位效果，提高了天线的定位精度，为了防止天线尺寸过大，不便于安装或拆卸，将5G天线组设置于北斗天线的侧表面，不但保证了天线的尺寸，且增加了天线的美观度。
可选的，还包括多个无线通信天线组；
所述无线通信天线组与所述5G天线组交替设置在所述北斗天线的侧表面上。
上述技术方案中，通过多个无线通信天线组实现车辆与万物之间的通信，通过将多个无线通信天线组设置在北斗天线的侧表面上，保证了天线的尺寸，增加了天线的美观度。通过无线通信天线组与5G天线组交替设置，降低了天线组之间的通信干扰，提升了天线的可靠性。
可选的，包括四个无线通信天线组和四个5G天线组；
相邻的两个无线通信天线组之间的间隔角度为90°，相邻的两个5G天线组之间的间隔角度为90°。
上述技术方案中，通过将无线通信天线组和5G天线组均确定为四个，且同类型相邻的天线组之间的间隔角度设置为90°，增加了天线组的对称性，提升了天线的可靠性，且增加了天线的美观度。
可选的，层叠设置的无线短距离通讯天线和北斗天线的中心共线。
上述技术方案中，通过将无线短距离通讯天线的中心和北斗天线的中心共线，以降低天线的测量误差，从而提升北斗天线的定位精度。
可选的，所述无线短距离通讯天线包括第一基板和第一辐射片；
所述第一基板安装于所述北斗天线上；所述第一基板的直径为48mm；厚度为3mm；
所述第一辐射片安装在所述第一基板上；所述第一辐射片的直径为36mm；
所述第一辐射片的中心设有所述无线短距离通讯天线的第一馈电点。
可选的，所述北斗天线包括高频板和低频板；
所述高频板设置于所述低频板上；
所述无线短距离通讯天线的第一基板设置于所述高频板上。
可选的，所述高频板包括第二基板和第二辐射片；
所述第二辐射片安装在所述第二基板上；所述第二辐射片的直径为65mm；
所述第二基板设置于所述低频板；所述第二基板的直径为80mm；厚度为10mm；
所述第二辐射片上设置有以第二辐射片的中心对称的多个第二馈电点；
所述多个第二馈电点与所述第二辐射片的中心为11mm；
所述低频板包括第三基板和第三辐射片；
所述第三辐射片安装在所述第三基板上；所述第三辐射片的直径为85mm；
所述第三基板设置于所述低频板；所述第三基板的直径为160mm；厚度为20mm；
所述第三辐射片上设置有以第三辐射片的中心对称的多个第三馈电点；
所述多个第三馈电点与所述第三辐射片的中心为27mm。
可选的，所述无线短距离通讯天线的第一基板、所述北斗天线的第二基板和第三基板的材质均为复合介质覆铜箔基片。
上述技术方案中，复合介质覆铜箔基片便于电路加工，性能稳定，重量轻等优点。
可选的，所述无线短距离通讯天线包括WIFI天线和蓝牙天线；
无线通信天线组支持V2X通信技术。
第二方面，本发明实施例提供一种车载设备，包括：
上述层叠设置的无线短距离通讯天线、北斗天线和电路板。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简要介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域的普通技术人员来讲，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为本发明实施例提供的一种天线的结构示意图；
图2为本发明实施例提供的一种天线的结构示意图；
图3为本发明实施例提供的一种天线的主视图；
图4为本发明实施例提供的一种5G天线组的电压驻波比曲线示意图；
图5为本发明实施例提供的一种无线通信天线组的电压驻波比曲线示意图；
图6为本发明实施例提供的一种无线短距离通讯天线的电压驻波比曲线示意图；
图7为本发明实施例提供的一种北斗天线的低频板的增益方向示意图；
图8为本发明实施例提供的一种北斗天线的高频板的增益方向示意图；
图9为本发明实施例提供的一种北斗天线的增益曲线示意图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作进一步地详细描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，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它实施例，都属于本发明保护的范围。
在现有技术中，车载天线作为车联网、车际网、车内网融合的核心器件，在5G通信技术落地和普及方面承担着极其重要的作用。随着5G通信技术的Sub-6GHz和毫米波频率的加入，以及MIMO(multiple input multiple output，多进多出)、载波聚合、波束赋形等技术的应用，车载天线也相应发生结构性的变化。
传统的车载天线，如鲨鱼鳍天线，一般只支持4G_LTE网络，且采用单点馈点的陶瓷天线。
但鲨鱼鳍天线所覆盖的频段少，定位精度不高，且不集成5G天线，无法支持5G网络。
因此，现需要一种车载天线，实现集成5G网络通信技术，且提高天线的定位精度。
图1示例性的示出了本发明实施例所适用的一种天线的结构示意图，包括无线短距离通讯天线110、北斗天线120、电路板130和5G天线组140。
其中，无线短距离通讯天线110、北斗天线120、电路板130层叠设置，由图1可知，无线短距离通讯天线110安装在北斗天线120的上表面，电路板130位于北斗天线120的下表面，5G天线组140设置于北斗天线120的侧表面，且5G天线组140为多个。
需要说明的是，5G天线组140至少兼容以下制式中的至少一个：4G、3G和2G，电路板130为有源电路板。
进一步地，北斗天线120的侧表面还设置有无线通信天线组150，且无线通信天线组150为多个，数量上可以与5G天线组140的数量相同。
需要说明的是，在一种可实施的方式中，无线通信天线组150可以设置于北斗天线120的一侧，5G天线组140可以设置于北斗天线120的另一侧。
在本发明实施例中，5G天线组140与无线通信天线组150交替设置在北斗天线120的侧表面上，具体的，每个5G天线组140与每个无线通信天线组150交替设置在北斗天线120的侧表面上，相应的，也可以将两个或三个作为一部分，在此对数量不做限定，以每部分5G天线组140与每部分无线通信天线组150交替设置在北斗天线120的侧表面上。
例如，5G天线组140的数量为6个，无线通信天线组150的数量为6个，以两个天线组为一部分，使得每两个5G天线组140与每两个无线通信天线组150交替设置在北斗天线120的侧表面上。
进一步地，5G天线组140的数量为四个，无线通信天线组150的数量也为四个，相邻的两个无线通信天线组150之间的间隔角度为90°，相邻的两个5G天线组140之间的间隔角度为90°。
在本发明实施例中，5G天线组140的数量与无线通信天线组150的数量相同，均为四个，在每个5G天线组140与每个无线通信天线组150交替设置在北斗天线120的侧表面的基础上，将同类型的天线组均匀分布在北斗天线120的侧表面上，例如，5G天线组140的数量为四个，整圆的角度为360°，因此，若要将四个5G天线组140均匀分布在同一个圆上，相邻的5G天线组140之间的间隔角度为90°，以保证天线结构的对称性，增加天线的可靠性。
进一步地，每个5G天线组140和无线通信天线组150对应设有一个馈电点，与电路板130电连接，电路板130可以将四4个5G天线组140和四个无线通信天线组150分别合路，作为圆极化天线，提升天线的性能。
在层叠设置的结构中，无线短距离通讯天线110的中心和北斗天线120的中心共线。
进一步地，图2示例性的示出了一种天线的结构示意图，如图2所示，无线短距离通讯天线110包括第一辐射片113和第一基板114，通过第一螺钉111将无线短距离通讯天线110设置于北斗天线120上，其中，第一基板114的直径为48mm，厚度为3mm，在第一辐射片113上还设有多个过孔112，用于提升天线的性能。
进一步地，北斗天线120包括高频板121和低频板122，由图2可知，高频板121通过第二螺钉1211设置于低频板122上，无线短距离通讯天线110的第一基板114通过第一螺钉111设置于高频板121上，低频板122通过第三螺钉1221设置于电路板130上。
本发明实施例中，高频板121和低频板122分别包括对应的基本和辐射片，并设有不同的尺寸，具体的，如图2所示，高频板121包括第二辐射片1212和第二基板1213，其中，第二辐射片1212安装在第二基板1213上，第二辐射片1212的直径为65mm，第二基板1213设置于低频板122上，第二基板1213的直径为80mm，厚度为10mm，第二辐射片1212上设置有以第二辐射片1212的中心对称的多个第二馈电点，且多个第二馈电点与第二辐射片1212的中心为11mm。
低频板122包括第三辐射片1222和第三基板1223，其中，第三辐射片1222安装在第三基板1223上，第三辐射片1222的直径为85mm，第三基板1223设置于电路板130上，第三基板1223的直径为160mm，厚度为20mm，第三辐射片1222上设置有以第三辐射片1222的中心对称的多个第三馈电点，多个第三馈电点与第三辐射片1222的中心为27mm。
在本发明实施例中，北斗天线120的高频板121和低频板122均包括多个馈电点，以增加北斗天线120的定位精度，示例性的，高频板121和低频板122均设有四个馈电点，与电路板130电连接，电路板130分别将四个馈电点合路，提升北斗天线120的定位精度，使北斗天线120成为高精度定位天线，实现将定位精度提升至车道级别定位精度。
另外，北斗天线120所适用的带宽可以兼容GPS系统、GLONASS系统等定位系统，即北斗天线120可以满足多个定位系统的使用，在此不具体限定所能使用的定位系统。
需要说明的是，第二辐射片1212、第二基板1213、第三辐射片1222和第三基板1223的形状可以为非正圆形，上述直径尺寸为最大直径的尺寸，上述中各尺寸是通过测试北斗天线120的各项性能确定的。
进一步地，对于5G天线组140和无线通信天线组150的尺寸也是通过测试其对应功能确定的，图3示例性的示出了一种天线的主视图，如图3所示，“a、b、c、d”是5G天线组140的长度尺寸，且由图3可知，5G天线组140是对称机构，“e、f、g”是无线通信天线组150的长度尺寸，其中，“a、b、c、d、e、f、g”的具体尺寸由下述表1所示。
表1
在本发明实施例中，5G天线组140和无线通信天线组150均设置在北斗天线120的第三基板1223的侧表面上，在可实施的方式中，5G天线组140和无线通信天线组150也可以均设置在第二基板1213的侧表面上，或分别设置在第三基板1223和第二基板1213的侧表面上。
其中，无线通信天线组150支持V2X通信技术，其中，V2X通信技术是车载无线通信技术，实现车辆与万物进行信息交互，V2X通信技术包括了V2I：车载与基础设施通信、V2V：车在于车载之间的通信、V2P：人与车载之间的通信、V2D：车载与设备之间的通信和V2G：车载与电网之间的通信。
例如，无线通信天线组150为DSRC天线，DSRC天线可以实现ITS智能运输系统领域中机动车辆在高速公路等收费点实现不停车自动收费EFC(Electronic Fee Collection)的技术，也就是长距离RFID射频识别(又称电子标签E-tag)，即ETC技术。
无线短距离通讯天线包括WIFI天线和蓝牙天线，用于提供WIFI功能和蓝牙功能，实现V2X通信技术。
本发明实施例中，无线短距离通讯天线110的第一基板114、北斗天线120的第二基板1213和第三基板1223的材质均为复合介质覆铜箔基片。
其中，复合介质覆铜箔基片的特点在于：
1、复合介质覆铜箔基片为黑色，介电常数2.65，性能稳定，使用温度范围为-100℃～+150℃。
2、复合介质覆铜箔基片与铜箔的粘附力比陶瓷基片的真空镀膜方法更加牢靠，且电路加工方便，成品率高，加工成本比陶瓷基片低。
3、复合介质覆铜箔基片的介质损耗角正切值为tgδ≤1×10-3，且随天线使用频率的增高损耗值的变化较小，增加了天线的使用寿命，耐磨性等优点。
4、复合介质覆铜箔基片易于机械加工，便于进行钻、车、磨、剪切、刻等多种加工工艺，而陶瓷基片不可以。
5、复合介质覆铜箔基片比重小(1.08～1.1)，轻薄，厚度仅为0.035mm即可，便于携带安装。
6、对复合介质覆铜箔基片采用电镀工艺，实现3D方向自由布线，增加设计自由度，且不增加结构复杂度，实现紧凑、低剖面、低风阻、重量轻的结构设计。
本发明实施例中，对于上述天线进行各性能的测试，图4示例性的示出了一种5G天线组的电压驻波比曲线示意图，如图4所示，在5G网络的频率(图4中以6GHz为例)中，5G天线组的电压驻波比接近于1，其高频能量反射较小，5G天线组性能较好。
图5示例性的示出了一种无线通信天线组的电压驻波比曲线示意图，如图5所示，在一般的车载任务频率中，无线通信天线组的电压驻波比接近于1，其高频能量反射较小，无线通信天线组性能较好。
图6示例性的示出了一种无线短距离通讯天线的电压驻波比曲线示意图，如图6所示，在WiFi连接和蓝牙连接的频率为2.5CHz左右时，无线短距离通讯天线的电压驻波比接近于1，其高频能量反射较小，无线短距离通讯天线性能较好。
图7示例性的示出了一种北斗天线的低频板的增益方向示意图，如图7所示，图7中的a7、b7、c7和d7包括了测量低频板的场强振幅、功率、极化和方向的增益方向示意图。
图8示例性的示出了一种北斗天线的高频板的增益方向示意图，如图8所示，图8中的a8、b8和c8包括了测量高频板的场强振幅、功率和极化的增益方向示意图。
图9示例性的示出了一种北斗天线的增益曲线示意图，如图8所示，图9中的a9和b9示出了在40度仰角的基础上，北斗天线的各项性能。
其中，天线增益指的是在输入功率相等的条件下，实际天线与理想的辐射单元在空间同一点处所产生的信号的功率密度之比，定量地描述一个天线把输入功率集中辐射的程度，相同的条件下，增益越高，电波传播的距离越远，增益的提高主要依靠减小垂直面向辐射的波瓣宽度，而在水平面上保持全向的辐射性能。
显然，本领域的技术人员可以对本申请进行各种改动和变型而不脱离本申请的精神和范围。这样，倘若本申请的这些修改和变型属于本申请权利要求及其等同技术的范围之内，则本申请也意图包含这些改动和变型在内。
Claims (10)
1.一种天线，其特征在于，包括：层叠设置的无线短距离通讯天线、北斗天线和电路板；
所述无线短距离通讯天线位于所述北斗天线的上表面，所述电路板位于所述北斗天线的下表面；
所述北斗天线的侧表面设置有多个5G天线组，所述5G天线组至少兼容以下制式中的至少一个：4G、3G和2G。
2.如权利要求1所述的天线，其特征在于，还包括多个无线通信天线组；
所述无线通信天线组与所述5G天线组交替设置在所述北斗天线的侧表面上。
3.如权利要求2所述的天线，其特征在于，包括四个无线通信天线组和四个5G天线组；
相邻的两个无线通信天线组之间的间隔角度为90°，相邻的两个5G天线组之间的间隔角度为90°。
4.如权利要求1所述的天线，其特征在于，层叠设置的无线短距离通讯天线和北斗天线的中心共线。
5.如权利要求4所述的天线，其特征在于，所述无线短距离通讯天线包括第一基板和第一辐射片；
所述第一基板安装于所述北斗天线上；所述第一基板的直径为48mm；厚度为3mm；
所述第一辐射片安装在所述第一基板上；所述第一辐射片的直径为36mm；
所述第一辐射片的中心设有所述无线短距离通讯天线的第一馈电点。
6.如权利要求4所述的天线，其特征在于，所述北斗天线包括高频板和低频板；
所述高频板设置于所述低频板上；
所述无线短距离通讯天线的第一基板设置于所述高频板上。
7.如权利要求6所述的天线，其特征在于，所述高频板包括第二基板和第二辐射片；
所述第二辐射片安装在所述第二基板上；所述第二辐射片的直径为65mm；
所述第二基板设置于所述低频板；所述第二基板的直径为80mm；厚度为10mm；
所述第二辐射片上设置有以第二辐射片的中心对称的多个第二馈电点；
所述多个第二馈电点与所述第二辐射片的中心为11mm；
所述低频板包括第三基板和第三辐射片；
所述第三辐射片安装在所述第三基板上；所述第三辐射片的直径为85mm；
所述第三基板设置于电路板；所述第三基板的直径为160mm；厚度为20mm；
所述第三辐射片上设置有以第三辐射片的中心对称的多个第三馈电点；
所述多个第三馈电点与所述第三辐射片的中心为27mm。
8.如权利要求1至7任一项所述的天线，其特征在于，所述无线短距离通讯天线的第一基板、所述北斗天线的第二基板和第三基板的材质均为复合介质覆铜箔基片。
9.如权利要求8所述的天线，其特征在于，所述无线短距离通讯天线包括WIFI天线和蓝牙天线；
无线通信天线组支持V2X通信技术。
10.一种车载设备，其特征在于，包括如权利要求1至9任一项所述的天线。
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