CN114678680B

CN114678680B - 一种中间挖空孔实现紧耦合的5g全频段车载天线

Info

Publication number: CN114678680B
Application number: CN202210370342.7A
Authority: CN
Inventors: 陈方园; 罗荣政; 陈小忠; 张文聪; 李文博
Original assignee: Zhejiang Jinyichang Technology Co ltd
Current assignee: Zhejiang Jinyichang Technology Co ltd
Priority date: 2022-04-09
Filing date: 2022-04-09
Publication date: 2023-04-28
Anticipated expiration: 2042-04-09
Also published as: CN114678680A

Abstract

本发明公开了一种紧耦合技术的5G全频段车载天线，包括类似于鲨鱼鳍的天线外壳，天线外壳安装在汽车顶部，前后两个螺丝孔，尺寸小，便于安装；用于承载微带天线板的矩形底座，矩形底座材料为铜片板，其长边与微带天线板长度相等，为微带天线板构造了一个接地的结构；实现5G全频段（即从低频段617MHz‑960MHz到高频段1710MHz‑5000MHz)收发信号的微带天线板，微带天线板其特征有三个部分，即中间挖孔实现紧耦合结构、贴片延长线枝节接地扩展天线带宽结构，以及馈电点，整个微带天线板材为FR‑4玻纤板，竖立在矩形底座正中间。该发明采用了一种中间挖孔的结构来实现紧耦合技术扩宽天线带宽，以及直接馈电的方式使天线效率可达到90%以上的5G全频段车载天线。

Description

一种中间挖空孔实现紧耦合的5G全频段车载天线

技术领域

本发明涉及车载天线技术领域，具体为基于紧耦合技术的5GB车载5G全频天线。

背景技术

随着通信技术的不断发展，通信的速率和带宽不断提升，车载天线的种类和天线效率也随之更新换代。目前，市面上的车载5G天线仅限于多频段收发信号，且大多数馈电为匹配电路的方式，天线的带宽和天线效率有待提升，实现5G全频段收发信号但天线尺寸又有限制。

发明内容

针对现有技术存在的不足，本发明的目的在于提供一种中间挖空孔实现紧耦合的5G全频段车载天线，利用紧耦合技术（即模块或者系统之间关系太紧密，相互调用）实现了既能保持尺寸又能扩展带宽和利用耦合贴片延长线枝节接地技术提升天线效率。

为了实现上述目的，本发明通过以下的技术方案来实现：

一种中间挖空孔实现紧耦合的5G全频段车载天线，其结构包括：5G全频段收发信号的微带天线板、耦合贴片组件、馈电点、矩形底座、以及天线外壳。

第一方面，耦合贴片组件贴合在微带天线板表面，且微带天线板底部与馈电点和矩形底座上的底板联接，微带天线板其中部挖孔由耦合贴片与微带天线板紧耦合。

第二方面，耦合贴片组件包括第一耦合贴片，其形状轮廓大致与微带天线板形状相同，且占据微带天线板大部分面积，并且其具有阶梯型渐变结构和/或其他合适的渐变结构实现阻抗匹配；第一耦合贴片采用延长线枝节接地形式扩宽频带；第二耦合贴片、第三耦合贴片、第四耦合贴片及第五耦合贴片与微带天线板紧耦合（与微带天线板中部挖孔配合）成中间挖孔设计。

第三方面，馈电点焊接至微带天线板底部，采用直接馈电方式通过呈阶梯型第一耦合贴片收发信号。

第四方面，微带天线板的中间挖孔为一个上窄下宽的阶梯中孔；和/或其他合适结构的中孔结构，该孔的四周由四小块耦合贴片（第二耦合贴片、第三耦合贴片、第四耦合贴片及第五耦合贴片）紧耦合组合而成。

第五方面，矩形底座焊接至微带天线板底部；和/或微带天线板在不使用机械紧固件或者接触夹的情况下联接至所述矩形底座上表面，微带天线板承载于底座的正中间，其材料铜片，为其所述第一耦合贴片延长线枝节处构造接地环境。

第六方面，天线外壳前后设有两个螺丝孔用于固定在车子顶部，底座恰好镶嵌于天线外壳内。

本发明通过在微带天线板上设置挖孔实现紧耦合技术来扩展带宽，使该款天线能在5G段频段工作，617MHz-960MHz、1710MHz-5000MHz；利用耦合贴片的阶梯型渐变结构实现阻抗匹配；采用金属贴片接地结构以及直接馈电的方式，使得天线效率可达到80%-90%；采用PTFE玻璃纤维材料制作了强度高，重量轻，防火难燃，透光度高的天线外壳；

同时，车载天线可以安装在汽车表面上，诸如汽车的顶棚、行李箱或引擎罩上，以帮助确保天线具有在空中或朝向天顶的方向上的不受阻碍的视野；天线可以连接(例如经过同轴电缆等)到汽车的乘客室内的一个或多个电子装置(例如，无线接收机、触摸屏显示器、导航装置、蜂窝电话等)，使得多频带天线组件可用于向汽车内的电子装置发射信号或接收来汽车内的电子装置的信号。

附图说明

图1为本发明实例的天线整体爆炸图。

图2为本发明实例的天线内部结构。

图3为本发明实例的整体样式。

实施方式

发明人认识到，需要更小(例如更窄、更薄等)的多频段车载天线组件，其不是必须需要复杂的制造处理来制造AM/FM天线部件。在认识到以上之后，发明人开发并公开了全频段车载天线组件或者系统的示范性实施方式，其总体尺寸小或者紧凑，具有窄或者薄的上轮廓。

下面将结合具体实施及附图对本发明作进一步详细描述。

现在参考附图，图1公开了天线组件的示范性实施方式，其包括本公开的至少一个或多个方面。如示出的，天线组件包括底座111以及微带天线板112，馈电点110共同位于底座111上或者由底座111支撑，构成耦合贴片组件的第一至第七的耦合贴片103、104、105、106、107、108和109互相组合贴在微带天线板112表面，中间挖孔120以及天线外壳115，如此处公开的。

微带天线板112是垂直单极天线，用于AM/FM无线电。在该示范性实施方式中，微带天线板112包括PCB印刷电路板，或由PCB印刷电路板构成。优选的，微带天线板112为PCB4。PCB4通过焊接垂直联接至底板111a。期望时，可以使用其他合适的联接方式。另外，PCB4联接至底板111a的正中间，以进一步有助于PCB4定位。PCB4底部长度与底板111a等长约128mm左右，PCB4厚度为1mm；PCB4为一个左低右高结构印刷电路板，中间则是一个斜坡渐变结构联接，所以左侧高度为21mm，右侧高度为40mm；从左往右60mm处开始斜坡渐变，斜坡长度为23.5mm~24.0mm，其垂直高度为6mm。

第一耦合贴片103形状大致与PCB4相同，其面积占据PCB4大部分面积，其顶部与PCB4的斜坡渐变结构一致。第一耦合贴片1总长度为105mm。从左往右56mm处有向下延伸13mm的枝节并与PCB4底部平齐；从左往右79mm处有一向下延伸的矩形（长：12.5mm 宽：7mm），底部联接所设置的馈电点110，此结构有助于频带的扩宽以及阻抗匹配等。

如图2所示，中间挖孔120为一个阶梯型结构，底部长为29.5mm，高为3mm；顶部从左往右20.5mm处开始阶梯渐变，且有耦合贴片104、105、106、107按如图2所示组合在孔洞的周围。该设计实现紧耦合，与第一耦合贴片103的延长线枝节结合使得该款天线频率范围大约在为617-960MHz到1710-5000MHz。

如图1所示，馈电点110直接联接于第一耦合贴片103的阶梯型渐变结构底部(期望时，可以调整其他适合的联接位置)，同时也与PCB4联接在底座111上（例如，经由焊接等方式）。馈电点110没有使用电容、电感、电阻或芯片的方式进行馈电（即匹配电路），而是使用直接馈电方法，此方法与匹配电路比较优势在于能够提高天线效率，能够达到90%以上。

底座111和底板111a均由合适的材料（例如，铜板等）制成，底板111a置于底座111上。在示范性实施方法中，底板111a为一个长128mm，宽36mm，高1mm的长方体组成，PCB4组装完成后可直接联接在底板111a上（例如，经由焊接等方式），组装好后由底座111 完全卡进天线外壳115里面。例子中，底座111和底板111a可以经由相对低成本即不过于复杂的处理来制造。

天线外壳150能够完全笼罩天线外壳150内的天线组件的所有部件，从而保护部件不受污染物（例如，尘土，湿气等）的影响。另外，天线外壳150能够为天线组件提供美学舒适外观，并且能够构造有(例如，定尺寸有、定形有、构建有等)空气动力学构造。在图示的实施方式中，例如，天线外壳150具有美学舒适、空气动力学的类似于的鲨鱼鳍式结构。但是，在其他示范性实施方式中，其构造还可不同于此处图示的，例如，具有除了类似于鲨鱼鳍式结构等之外的构造。天线外壳150还可以由宽范围的材料形成，例如，聚合物、聚氨酯、塑料材料(例如，聚碳酸酯共混物、聚碳酸酯-丙烯腈-丁二烯-苯乙烯-共聚物(PC/ABS)的共混物等)、玻璃增强塑料材料、合成树脂材料、热塑性材料(例如，GE塑料 XP4034树脂等)等，这都在本公开的范围内。此天线外壳150采用了PTFE玻璃纤维材料，该材料长期使用温度为260℃，短期及瞬时温度可达到300℃，热缩率小于0.5%。

具体来说，这款天线，可达到4G采用主副天线形式，5G采用4×4MIMO天线形式，频率范围为617-960MHz到1710-5000MHz；其功能配置包括：GNSS信号接收放大、4G/5G信号接收发射、V2X信号发射和接收、AM/FM广播信号接收。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，应当指出的是，对于其他专业人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都是属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims

1.一种中间挖孔实现紧耦合的5G全频段车载天线，其特征在于，所述车载天线用于安装至车身顶部，车载天线包括

微带天线板，用于实现5G全频段收发信号；

耦合贴片组件，该耦合贴片组件贴合在微带天线板的表面，微带天线板的中间挖孔，该孔由耦合贴片组件与微带天线板互相紧耦合；

馈电点，置于耦合贴片组件底部；

矩形底座，其上具有呈矩形板状的底板，馈电点与微带天线板的底板连接，微带天线板竖立在该底板上；

天线外壳，笼罩微带天线板，并固定在汽车顶部；

所述微带天线板底部长度与底板等长为128mm，且微带天线板的厚度为1mm；微带天线板为一个左低右高结构印刷电路板，中间则是一个斜坡渐变结构联接，其左侧高度为21mm，右侧高度为40mm；微带天线板从左往右60mm处开始斜坡渐变，斜坡长度为23.5mm~24.0mm，其垂直高度为6mm；

所述耦合贴片组件贴合在所述微带天线板前表面；耦合贴片组件包括第一耦合贴片，第一耦合贴片紧贴在所述馈电点上部且为阶梯型渐变状，实现传输信号、阻抗匹配；并且

所述第一耦合贴片采用延长线枝节的结构形成接地的形式，用于实现扩展频带；第一耦合贴片面积占据微带天线板大部分面积，且第一耦合贴片顶部与微带天线板的斜坡渐变结构一致，第一耦合贴片总长度为105mm，从左往右56mm处有向下延伸13mm的枝节并与微带天线板底部平齐；第一耦合贴片从左往右79mm处有一向下延伸的矩形，盖矩形长：12.5mm 、宽：7mm，第一耦合贴片的底部联接所设置的馈电点；

所述耦合贴片组件还包括均呈矩形的第二耦合贴片、第三耦合贴片、第四耦合贴片及第五耦合贴片，

所述微带天线板的中间挖孔设计由第二耦合贴片、第三耦合贴片、第四耦合贴片及第五耦合贴片与微带天线板互相紧耦合而成；并且

所述微带天线板的中间挖孔为一个下宽上窄的阶梯型方孔，实现板块之间的紧耦合结构，所述结构可扩展天线带宽，实现5G全频段工作。

2.根据权利要求书1所述的一种中间挖孔实现紧耦合的5G全频段的车载天线，其特征在于，

所述微带天线板焊接至所述底板上表面，位置居中；或者

所述微带天线板在不使用机械紧固件或者接触夹的情况下联接至所述底板上表面。

3.根据权利要求书1所述的一种中间挖孔实现紧耦合的5G全频段的车载天线，其特征在于，

所述馈电点焊接于所述底板上部，且与所述第一耦合贴片紧密耦合；并且

所述馈电点没有采用匹配电路，直接进行馈电。

4.根据权利要求书1所述的一种中间挖孔实现紧耦合的5G全频段的车载天线，其特征在于，

所述天线外壳呈鲨鱼鳍状，前后设有两个螺丝孔用于固定在车子顶部，且所述天线外壳材料为PTFE玻璃纤维。

5.根据权利要求书1所述的一种中间挖孔实现紧耦合的5G全频段的车载天线，其特征在于，

所述矩形底座镶嵌于所述天线外壳，且呈板状，其材料为铜。

6.根据权利要求书1所述的一种中间挖孔实现紧耦合的5G全频段的车载天线，其特征在于，

耦合贴片组件还包括贴合于微带天线板表面的第六耦合贴片和第七耦合贴片。

7.根据权利要求书1所述的一种中间挖孔实现紧耦合的5G全频段的车载天线，其特征在于，

所述微带天线板为PCB印刷电路板。