CN113451733B - 一种高圆度的车载测试终端天线 - Google Patents

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Abstract

本申请涉及无线通信技术领域，提供一种高圆度的车载测试终端天线，包括天线底座，所述天线底座固定在车顶，还包括至少两个交叉设置的天线单元；所述天线单元为PCB板，PCB板竖直设置在所述天线底座上，PCB板的一侧设置有辐射金属层，所述辐射金属层用于辐射电磁能量；所述天线单元底部设置有多个凸起，所述凸起卡接所述天线底座上的固定槽。在实际应用中，通过在所述天线底座上竖直设置至少两个交叉布置的天线单元，所述天线底座设置在车顶，通过同时激励多个交叉设置的天线单元，使多个天线单元的方向图叠加，从而在水平面上产生的辐射方向图呈类圆形，改善天线单元水平面的辐射方向图的圆度指标，使其具有高圆度的水平面辐射方向图。

Description

一种高圆度的车载测试终端天线
技术领域
本申请涉及无线通信技术领域，尤其涉及一种高圆度的车载测试终端天线。
背景技术
随着5G通信技术的发展，5G终端产品相继衍生出5G测试终端产品，其中，车载天线测试终端用于监测车载天线的性能(包括信号接收和发射能力)，为了能够稳定的监测车载天线的信号接收和发射能力，一般将测试终端设置在车顶。
对于传统的低频段天线的性能测试，常用的是鞭状天线，鞭状天线是一种可弯曲的垂直杆状天线，其长度一般为1/4或1/2波长，车载的天线一般为4米或6米，背负式为2.4米，无法满足5G通信技术的高频段，以及天线结构小型化、低剖面的要求。
为了满足高频段、小型化和低剖面的要求，出现一种折合单极天线，例如，压铸单极子天线、PCB单极子天线，单极子天线在应用于车载检测终端时，需要将天线安装在车顶，面积较大的金属车顶具有一定的辐射，进一步恶化折合单极天线的水平方向圆度。参见图1，为本申请实施例提供的常规单极子天线外观图以及镜像等效图，传统单极子天线中，地面对振子的影响，可以用相对于底面的镜像天线产生的效果代替，即臂长为h的单极子天线，可以等效为自由空间内臂长为2h的对称振子。
由于辐射场强受地面的影响，单极子天线的等效仅局限于地面上方的空间，即，架设在无限大理想导电平面上的单极子天线产生的辐射场，表达式如下：
Figure BDA0002426647280000011
式中：
Figure BDA0002426647280000013
辐射场强：I0是波腹电流，
Figure BDA0002426647280000014
为位置矢量，Δ为天线仰角，h为单极子天线的高度，F(Δ)为归一化函数，当Δ＝0°时，F(Δ)＝1，即：辐射场强
Figure BDA0002426647280000012
当Δ角度固定后，F(Δ)一定，天线水平面上的方向图与I0有关，由于单极子天线是非圆对称结构，则，I0在振子上分布不均，导致在自由空间矢量场
Figure BDA0002426647280000015
方向合成的场强
Figure BDA0002426647280000016
不一，故，此类非圆对称结构天线的水平方向圆度较差，导致无法准确的监测高频段车载天线的性能。
发明内容
本申请提供了一种高圆度的车载测试终端天线，以解决传统车载天线测试终端无法准确监测高频段车载天线性能的问题。
本申请提供一种高圆度的车载测试终端天线，包括天线底座，所述天线底座固定在车顶，还包括至少两个交叉设置的天线单元；
所述天线单元为PCB板，PCB板竖直设置在所述天线底座上，PCB板的一侧设置有辐射金属层，所述辐射金属层用于辐射电磁能量；
所述天线单元底部设置有多个凸起，所述凸起卡接所述天线底座上的固定槽。
可选的，所述天线单元的数量为两个，两个天线单元的夹角为90°。
可选的，一个天线单元的板顶设置有第一卡接槽，另一个天线单元的板底设置有第二卡接槽；
所述第一卡接槽和所述第二卡接槽的槽宽等于另一个天线单元的板材厚度；所述第一卡接槽的槽深为h1，所述第二卡接槽的槽深为h2；
h1与h2满足以下关系：
h1+h2＝H；
其中，H为两个天线单元交叉相连的高度。
可选的，所述天线底座包括强力磁铁和同轴波导，所述同轴波导的射频为50欧姆；所述强力磁铁设置在所述同轴波导的底部。
可选的，所述同轴波导包括金属外层、波导内芯和波导介质；所述金属外层中部设置有圆柱形通孔，所述波导内芯处于所述圆柱形通孔内，且在所述波导内芯与所述金属外层之间填充有所述波导介质；
所述波导内芯连接外部cable线内芯，所述金属外层连接外部cable线外部辐射金属层。
可选的，所述天线单元的板底还设置有矩形槽，所述矩形槽两侧设置有馈电连接点；所述馈电连接点连接所述辐射金属层，所述矩形槽卡接所述波导内芯，所述馈电连接点与所述波导内芯接通。
可选的，所述矩形槽的槽宽与所述波导内芯的外径相等，所述矩形槽的槽深为h3，h3＝3mm。
可选的，还包括天线罩，所述天线罩底部连接所述天线底座，用于罩设所述天线单元，所述天线罩的材料为PC材料。
可选的，所述天线底座上还设置有环形卡槽，所述天线罩设置在所述环形卡槽中。
可选的，所述天线单元的数量为N个，则相邻两个天线单元之间的夹角
Figure BDA0002426647280000031
为180°/N。
由以上技术方案可知，本申请提供一种高圆度的车载测试终端天线，包括天线底座，以及至少两个交叉设置的天线单元，所述天线底座固定在车顶，所述天线单元为PCB板，PCB板竖直设置在所述天线底座上，PCB板的一侧设置有辐射金属层，所述辐射金属层用于辐射电磁能量；所述天线单元底部设置有多个凸起，所述凸起卡接所述天线底座上的固定槽。
在实际应用中，通过在所述天线底座上竖直设置至少两个交叉布置的天线单元，所述天线底座设置在车顶，通过同时激励多个交叉设置的天线单元，使多个天线单元的方向图叠加，从而在水平面上产生的辐射方向图呈类圆形，改善天线单元水平面的辐射方向图的圆度指标，使其具有高圆度的水平面辐射方向图。
附图说明
为了更清楚地说明本申请的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，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为本申请实施例提供的常规单极子天线外观图以及镜像等效图；
图2为本申请实施例提供的一种高圆度的车载测试终端天线的整体结构示意图；
图3为本申请实施例提供的两个交叉设置的天线单元结构示意图；
图4为图3提供的两个天线单元外观结构示意图；
图5为本申请实施例提供的两个交叉设置天线单元的辐射方向图合成原理图；
图6为本申请实施例提供的单个天线单元辐射方向图的测试模拟图；
图7为本申请实施例提供的两个交叉设置的天线单元辐射方向图的测试模拟图；
图8为本申请实施例提供的高圆度的车载测试终端天线的天线底座纵向剖面图；
图9为本申请实施例提供的三个(N＝3)交叉设置的天线单元机构示意图。
图示说明：
其中，1-天线底座，11-固定槽，12-强力磁铁，13-同轴波导，131-金属外层，132-波导内芯，133-波导介质，14-环形卡槽，2-天线单元，21-辐射金属层，22-凸起，23-第一卡接槽，24-第二卡接槽，25-矩形槽，26-馈电连接点，3-天线罩。
具体实施方式
下面将详细地对实施例进行说明，其示例表示在附图中。下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下实施例中描述的实施方式并不代表与本申请相一致的所有实施方式。仅是与权利要求书中所详述的、本申请的一些方面相一致的系统和方法的示例。
参见图2，为本申请实施例提供的一种高圆度的车载测试终端天线的整体结构示意图。
参见图3，为本申请实施例提供的两个交叉设置的天线单元结构示意图。
参见图4，为图3提供的两个天线单元外观结构示意图。
为了提供一种高圆度的车载测试终端天线，以便准确的监测高频段车载天线的性能，如图1、图2、图3和图4所示，在本申请实施例中提供一种高圆度的车载测试终端天线，包括天线底座1，以及至少两个交叉设置的天线单元2；所述天线底座1固定在车顶，所述天线单元2为PCB板，PCB板竖直设置在所述天线底座1上，PCB板的一侧设置有辐射金属层21，所述辐射金属层21用于辐射电磁能量。本申请实施例提供的高圆度的车载测试终端天线，是用于监测高频段车载天线的性能，包括车载天线的信号接收和发射能力。将所述天线底座1固定在车顶，车顶的面积较大的金属等效于地面，在所述天线底座1上竖直设置至少两个交叉布置的天线单元2，在两个天线单元2的一侧均涂覆有辐射金属层，作为辐射金属层21，用于向外辐射电磁能量。
其中，PCB板(Printed Circuit Board，中文名称为印制电路板，又称印刷线路板)采用的是单面覆铜FR-4板材，(FR-4为耐燃材料等级的代号)，板材厚度可选用1.0mm或者0.8mm，1.0mm或者0.8mm厚度的板材，质量轻、结构简易，加工制造成本低廉。
本申请实施例中天线单元2采用的是PCB板，但是不局限于采用PCB板，根据实际工程需求，还可以采用压铸天线或者LDS天线，LDS(Laser Direct Structuring)为激光直接成型技术，是一种专业镭射加工、射出与电镀制程的3D-MID(Three-dimensional mouldedinter connect device)生产技术。
为了使所述天线单元2能够被稳定的固定在所述天线底座1上，所述天线单元2底部设置有多个凸起22，所述凸起22卡接所述天线底座1上的固定槽11。通过多个凸起22对应卡接多个固定槽11，保证所述天线单元2固定，但是不局限于采用凸起与槽的卡接方式，还可以为其他连接方式，例如，螺接，粘接等。本申请实施例中提供的卡接方式，只需要通过简单插拔，即可完成所述天线单元2的固定，不需要在所述天线单元2上打孔或者增加连接结构，从而避免对所述天线单元2产生二次破坏。
如图5所示，为本申请实施例提供的两个交叉设置天线单元的辐射方向图合成原理图，第一列表示一个单极子天线的辐射方向图，包括水平面(H面)和竖直面(V面)，其中，单个单极子天线水平面辐射方向图近似为椭圆形，采用图3所述的交叉设置的天线单元2后，两个天线单元2均会激励出一个类似形状的辐射方向图，且，两个方向图的角度不同，从而合成一个高圆度的辐射方向图。
参见图6，为本申请实施例提供的单个天线单元辐射方向图的测试模拟图。为了验证本申请实施例的实际效果，进行单个天线单元辐射方向图的测试，激励单个天线单元2，在测试时，天线单元2的底端会设置一个圆对称结构的金属圆盘，模拟车顶，2.3～6GHz的频段内，利用SATIMO暗室系统，，测得水平方向上辐射方向图如图6所示。
如图7所示，为本申请实施例提供的两个交叉设置的天线单元辐射方向图的测试模拟图。在同样的实验条件下，同时激励两个交叉设置的天线单元2，2.3～6GHz的频段内，利用SATIMO暗室系统，测得水平方向上辐射方向图如图7所示。
由此证明，激励单个天线单元2，在水平面上产生的辐射方向图呈类椭圆形，圆度较差，最差圆度大于10dB；激励两个交叉设置的天线单元2后，在水平面上产生的辐射方向图呈类圆形，水平面上辐射方向图的圆度，在所有频点处都得到了有效的改善，圆度均小于3dB，两个交叉设置的天线单元2水平面的辐射方向图的圆度指标得到明显改善。
由以上技术方案可知，本申请实施例提供一种高圆度的车载测试终端天线，包括天线底座1，以及至少两个交叉设置的天线单元2；所述天线底座1固定在车顶，所述天线单元2为PCB板，PCB板竖直设置在所述天线底座1上，PCB板的一侧设置有辐射金属层21，所述辐射金属层21用于辐射电磁能量；所述天线单元2底部设置有多个凸起22，所述凸起22卡接所述天线底座1上的固定槽11。
在实际应用中，通过在所述天线底座1上竖直设置至少两个交叉布置的天线单元2，所述天线底座1设置在车顶，通过同时激励多个交叉设置的天线单元2，使多个天线单元2的方向图叠加，从而在水平面上产生的辐射方向图呈类圆形，改善天线单元2水平面的辐射方向图的圆度指标，使其具有高圆度的水平面辐射方向图。
进一步的，在本申请的部分实施例中，所述天线单元2的数量为两个，两个天线单元2的夹角为90°。需要说明的是，两个天线单元2之间的夹角为90°，是一种理想状态下的角度，即，考虑车顶是标准的平面，且安装过程中，不存在安装误差的情况下，在实际情况中，一般是将车载测试终端天线初步安装后，通过测试天线单元2的方向图，再对天线单元2的位置进行微调，以便天线方向图在水平面内获得最好的高圆度效果。
为了保证作为天线单元2的PCB板表面平整度，避免两个PCB板衔接安装产生的固定装置，影响天线单元2的性能，如图4所示，在本申请的部分实施例中，两个天线单元2中的一个天线单元2的板顶设置有第一卡接槽23，另一个天线单元2的板底设置有第二卡接槽24；所述第一卡接槽23和所述第二卡接槽24的槽宽等于另一个天线单元2的板材厚度；所述第一卡接槽23的槽深为h1，所述第二卡接槽24的槽深为h2。
h1与h2满足以下关系：
h1+h2＝H；
其中，H为两个天线单元2交叉相连的高度。
通过在两个天线单元2上分别设置所述第一卡接槽23和所述第二卡接槽24，所述第一卡接槽23和所述第二卡接槽24的槽宽等于需要卡接的另一块PCB板的板厚，两个卡槽的槽深h1和h2，满足上述等式，在实际应用中，所述第一卡接槽23和所述第二卡接槽24均设置在PCB板的中间部位。
参见图8为本申请实施例提供的高圆度的车载测试终端天线的天线底座纵向剖面图。
为了将所述天线底座1安装在车顶，同时避免车顶安装部位产生破坏，如图8所示，在本申请的部分实施例中，所述天线底座1包括强力磁铁12和同轴波导13，所述同轴波导13的射频为50欧姆；所述强力磁铁12设置在所述同轴波导13的底部。通过所述强力磁铁12将所述同轴波导13固定在车顶上，避免螺栓连接一类的机械连接方式，对车顶产生较大的破坏，其中同轴波导13的射频采用50欧姆。
进一步的，所述同轴波导13包括金属外层131、波导内芯132和波导介质133；所述金属外层131中部设置有圆柱形通孔，所述波导内芯132处于所述圆柱形通孔内，且在所述波导内芯132与所述金属外层131之间填充有所述波导介质133；所述波导内芯132连接外部cable线内芯，所述金属外层131连接外部cable线外部辐射金属层。
在实际应用中，在所述金属外层131的中部位置设置圆柱形通孔，圆柱形通孔用于放置所述波导内芯132，且在所述金属外层131与所述波导内芯132之间设置波导介质133，且，通过外部cable(Cable即为有线电视电缆)线连接所述金属外层131和波导内芯132。
进一步的，所述天线单元2的板底还设置有矩形槽25，所述矩形槽25两侧设置有馈电连接点26；所述馈电连接点26连接所述辐射金属层21，所述矩形槽25卡接所述波导内芯132，所述馈电连接点26与所述波导内芯132接通。通过设置在所述天线单元2上的矩形槽25以及矩形槽25两侧的馈电连接点26，使得所述辐射金属层21连接所述同轴波导13，从而将外部的电磁能量经过所述同轴波导13传输至所述辐射金属层21。
进一步的，所述矩形槽25的槽宽与所述波导内芯132的外径相等，所述矩形槽25的槽深为h3，h3＝3mm。且，采用矩形槽25，可以保证在设置多个交叉天线单元2的情况下，所有天线单元2均可以较好的连接所述同轴波导13。
为了保护所述天线单元2的免受自然环境的侵蚀，在本申请的部分实施例中，所述车载测试终端天线还包括天线罩3，所述天线罩3底部连接所述天线底座1，用于罩设所述天线单元2，所述天线罩3的材料为PC材料。聚碳酸酯(Polycarbonate，简称PC)是一种强韧的热塑性树脂，采用PC材料作为天线罩3，不仅可以保护所述天线单元2的免受自然环境的侵蚀，且能够保证所述天线单元2的正常辐射。
参见图9，为本申请实施例提供的三个(N＝3)交叉设置的天线单元机构示意图。
为了应对不同的需求，例如，要求更高的水平方向方向图的圆度，或者测试更高频段的车载天线，本申请实施例提供的车载测试终端天线，所述天线单元2的数量可以设置更多(数量为N个)，则相邻两个天线单元2之间的夹角
Figure BDA0002426647280000071
为180°/N。如图9所示，是N＝3时，给出的天线单元2的结构示意图，此时，被卡接在中间的PCB板上下两端均设置卡接槽。以此类推，数量为N时，设置在中间的N-2个PCB板两下两端均设置卡接槽。理论上，N越大，N个天线单元2在水平方向产生的方向图圆度越高，但是实际情况是，受限于实体结构的设计，在较小的空间下，N的上限数量会受到较大约束，N的具体上限数量与天线单元2的尺寸有关，天线单元2的尺寸越小，N的上限数量越小。
由以上技术方案可知，本申请实施例提供一种高圆度的车载测试终端天线，包括天线底座1，以及至少两个交叉设置的天线单元2；所述天线底座1固定在车顶，所述天线单元2为PCB板，PCB板竖直设置在所述天线底座1上，PCB板的一侧设置有辐射金属层21，所述辐射金属层21用于辐射电磁能量；所述天线单元2底部设置有多个凸起22，所述凸起22卡接所述天线底座1上的固定槽11。
在实际应用中，通过在所述天线底座1上竖直设置至少两个交叉布置的天线单元2，所述天线底座1设置在车顶，通过同时激励多个交叉设置的天线单元2，使多个天线单元2的方向图叠加，从而在水平面上产生的辐射方向图呈类圆形，改善天线单元2水平面的辐射方向图的圆度指标，使其具有高圆度的水平面辐射方向图。
本申请提供的实施例之间的相似部分相互参见即可，以上提供的具体实施方式只是本申请总的构思下的几个示例，并不构成本申请保护范围的限定。对于本领域的技术人员而言，在不付出创造性劳动的前提下依据本申请方案所扩展出的任何其他实施方式都属于本申请的保护范围。

Claims (7)

1.一种高圆度的车载测试终端天线，包括天线底座(1)，所述天线底座(1)固定在车顶，其特征在于，还包括至少两个交叉设置的天线单元(2)；
所述天线单元(2)为PCB板，PCB板竖直设置在所述天线底座(1)上，PCB板的一侧设置有辐射金属层(21)，所述辐射金属层(21)用于辐射电磁能量；
所述天线单元(2)底部设置有多个凸起(22)，所述凸起(22)卡接所述天线底座(1)上的固定槽(11)；
所述天线底座(1)包括强力磁铁(12)和同轴波导(13)，所述同轴波导(13)的射频为50欧姆；
所述强力磁铁(12)设置在所述同轴波导(13)的底部；
所述同轴波导(13)包括金属外层(131)、波导内芯(132)和波导介质(133)；
所述金属外层(131)中部设置有圆柱形通孔，所述波导内芯(132)处于所述圆柱形通孔内，且在所述波导内芯(132)与所述金属外层(131)之间填充有所述波导介质(133)；
所述波导内芯(132)连接外部cable线内芯，所述金属外层(131)连接外部cable线外部辐射金属层；
所述天线单元(2)的板底还设置有矩形槽(25)，所述矩形槽(25)两侧设置有馈电连接点(26)；
所述馈电连接点(26)连接所述辐射金属层(21)，所述矩形槽(25)卡接所述波导内芯(132)，所述馈电连接点(26)与所述波导内芯(132)接通。
2.根据权利要求1所述的高圆度的车载测试终端天线，其特征在于，所述天线单元(2)的数量为两个，两个天线单元(2)的夹角为90°。
3.根据权利要求2所述的高圆度的车载测试终端天线，其特征在于，一个天线单元(2)的板顶设置有第一卡接槽(23)，另一个天线单元(2)的板底设置有第二卡接槽(24)；
所述第一卡接槽(23)和所述第二卡接槽(24)的槽宽等于另一个天线单元(2)的板材厚度；所述第一卡接槽(23)的槽深为h1，所述第二卡接槽(24)的槽深为h2；
h1与h2满足以下关系：
h1+h2＝H；
其中，H为两个天线单元(2)交叉相连的高度。
4.根据权利要求1所述的高圆度的车载测试终端天线，其特征在于，所述矩形槽(25)的槽宽与所述波导内芯(132)的外径相等，所述矩形槽(25)的槽深为h3，h3＝3mm。
5.根据权利要求1所述的高圆度的车载测试终端天线，其特征在于，还包括天线罩(3)，所述天线罩(3)底部连接所述天线底座(1)，用于罩设所述天线单元(2)，所述天线罩(3)的材料为PC材料。
6.根据权利要求5所述的高圆度的车载测试终端天线，其特征在于，所述天线底座(1)上还设置有环形卡槽(14)，所述天线罩(3)设置在所述环形卡槽(14)中。
7.根据权利要求1所述的高圆度的车载测试终端天线，其特征在于，所述天线单元(2)的数量为N个，则相邻两个天线单元(2)之间的夹角φ为180°/N。
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