CN116487876A - 具有宽槽的共面天线结构 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及具有宽槽的共面天线结构。公开了一种天线。该天线可包括共面天线结构。该共面天线结构可包括基板和辐射部分，该辐射部分被构造成发射电磁辐射并设置在该基板上。该辐射部分限定具有至少大约0.4的宽长比的槽。该天线还包括设置在该基板上并且至少部分地围绕该辐射部分的散射元件。
Description
技术领域
本公开涉及设置在透明组件内的共面天线结构，并且更具体而言，涉及具有宽槽的共面天线结构。
背景技术
现代车辆采用各种和许多类型的天线来接收和发送用于不同通信系统的信号，例如地面无线电（AM/FM）、蜂窝电话、卫星无线电、专用短程通信（DSRC）、Wi-Fi、GPS等。用于这些系统的天线通常被安装到车辆的车顶，以便提供最大的接收和/或传输能力。这些天线可被集成到车辆挡风玻璃中，因为玻璃为天线提供了良好的介电基板。
发明内容
公开了一种天线。该天线可包括共面天线结构。该共面天线结构可包括基板和辐射部分，该辐射部分被构造成发射和/或接收电磁辐射并被设置在该基板上。该辐射部分限定具有至少大约0.4的宽长比的槽。该天线还包括设置在该基板上并且至少部分地围绕该辐射部分的散射元件。
在其他特征中，该槽的宽度包括至少大约八毫米。
在其他特征中，该槽具有至少大约二十毫米的长度。
在其他特征中，该槽的面积包括至少大约一百六十毫米。
在其他特征中，该散射元件包括半圆环结构。
在其他特征中，该半圆环结构包括非分段结构。
在其他特征中，该天线包括设置在该基板上并将该辐射部分连接到共面波导（CPW）馈电结构的馈线。
在其他特征中，该天线包括叠层结构，该叠层结构包括该共面天线结构。
在其他特征中，该叠层结构包括经由结合材料结合在一起的第一透明基板和第二透明基板。
在其他特征中，该结合材料包括聚乙烯醇缩丁醛（PVB）。
公开了一种系统。该系统可包括叠层结构和设置在该叠层结构内的天线。该天线可包括共面天线结构，并且该共面天线结构可包括基板和辐射部分，该辐射部分被构造成发射和/或接收电磁辐射并且被设置在该基板上。该辐射部分限定具有至少大约0.4的宽长比的槽。该共面天线结构还包括设置在该基板上并且至少部分地围绕该辐射部分的散射元件。
在其他特征中，该槽的宽度包括至少大约八毫米。
在其他特征中，该槽具有至少大约二十毫米的长度。
在其他特征中，该槽的面积包括至少大约一百六十毫米。
在其他特征中，该散射元件包括半圆环结构。
在其他特征中，该半圆环结构包括非分段结构。
在其他特征中，该共面天线结构包括设置在该基板上并将该辐射部分连接到共面波导（CPW）馈电结构的馈线。
在其他特征中，该共面波导（CPW）馈电结构被设置在该叠层结构的外表面上。
在其他特征中，该叠层结构包括经由结合材料结合在一起的第一透明基板和第二透明基板。
在其他特征中，该结合材料包括聚乙烯醇缩丁醛（PVB）。
本发明还包括以下技术方案。
方案1. 一种天线，包括：
共面天线结构，所述共面天线结构包括：
基板；
辐射部分，其被构造成发射电磁辐射并被设置在所述基板上，其中，所述辐射部分限定具有至少大约0.4的宽长比的槽；以及
散射元件，其设置在所述基板上并且至少部分地围绕所述辐射部分。
方案2. 根据方案1所述的天线，其中，所述槽的宽度包括至少大约八毫米。
方案3. 根据方案1所述的天线，其中，所述槽具有至少大约二十毫米的长度。
方案4. 根据方案1所述的天线，其中，所述槽的面积包括至少大约一百六十毫米。
方案5. 根据方案1所述的天线，其中，所述散射元件包括半圆环结构。
方案6. 根据方案5所述的天线，其中，所述半圆环结构包括非分段结构。
方案7. 根据方案1所述的天线，还包括馈线，所述馈线设置在所述基板上，并且将所述辐射部分连接到共面波导（CPW）馈电结构。
方案8. 根据方案1所述的天线，还包括叠层结构，所述叠层结构包括所述共面天线结构。
方案9. 根据方案8所述的天线，其中，所述叠层结构包括经由结合材料结合在一起的第一透明基板和第二透明基板。
方案10. 根据方案9所述的天线，其中，所述结合材料包括聚乙烯醇缩丁醛（PVB）。
方案11. 一种系统，包括：
叠层结构；以及
设置在所述叠层结构内的天线，所述天线包括共面天线结构，所述共面天线结构包括：
基板；
辐射部分，其被构造成发射电磁辐射并被设置在所述基板上，其中，所述辐射部分限定具有至少大约0.4的宽长比的槽；以及
散射元件，其设置在所述基板上并且至少部分地围绕所述辐射部分。
方案12. 根据方案11所述的系统，其中，所述槽的宽度包括至少大约八毫米。
方案13. 根据方案11所述的系统，其中，所述槽具有至少大约二十毫米的长度。
方案14. 根据方案11所述的系统，其中，所述槽的面积包括至少大约一百六十毫米。
方案15. 根据方案11所述的系统，其中，所述散射元件包括半圆环结构。
方案16. 根据方案15所述的系统，其中，所述半圆环结构包括非分段结构。
方案17. 根据方案11所述的系统，还包括馈线，所述馈线设置在所述基板上，并且将所述辐射部分连接到共面波导（CPW）馈电结构。
方案18. 根据方案17所述的系统，其中，所述共面波导（CPW）馈电结构被设置在所述叠层结构的外表面上。
方案19. 根据方案11所述的系统，其中，所述叠层结构包括经由结合材料结合在一起的第一透明基板和第二透明基板。
方案20. 根据方案19所述的系统，其中，所述结合材料包括聚乙烯醇缩丁醛（PVB）。
根据本文提供的描述，其他适用领域将变得显而易见。应当理解的是，描述和具体示例仅意在用于说明的目的，并不意在限制本公开的范围。
附图说明
本文所描述的附图仅用于说明的目的，并不意在以任何方式来限制本公开的范围。
图1是示例性共面天线结构的示图；
图2是设置在玻璃叠层结构内的共面天线结构的示图；
图3是设置在玻璃叠层结构内的共面天线结构的另一示图；以及
图4是与具有不同槽宽度的共面天线结构相对应的模拟辐射图的示图。
具体实施方式
以下描述本质上仅是示例性的，并不意在限制本公开、其应用或用途。
本领域普通技术人员将认识到，诸如“侧”、“前”、“后”、“上方”、“下方”、“向上”、“向下”、“顶”、“底”之类的术语被描述性地用于附图，并不表示对所附权利要求所限定的本公开的范围的限制。此外，本文可按照功能和/或逻辑块部件和/或各种处理步骤来描述教导。
图1至图3图示了示例性共面天线结构100。共面天线结构100可成形和图案化成透明导体，其中天线和接地导体被印制在同一层上。换句话说，共面天线是一种结构，其中支持波传播的所有导体都位于相同平面上。该天线可使用由透明导电氧化物和银纳米线制成的低成本薄膜，其中高导电性金属框架围绕天线元件。在各种实施方式中，共面天线结构100能够以一个或多个频带操作。例如，共面天线结构100也可在5.9 GHz频带中操作。在另一示例中，共面天线结构100可包括在2.4 GHz和/或5.8 GHz的Wi-Fi频带中的至少一者中操作的Wi-Fi天线。
共面天线结构100被设置在基板105上。例如，共面天线结构100可被制造在柔性基板105上，例如由Kapton或Mylar层压板构成的印刷电路板。共面天线结构100还包括设置在接地部分115、120之间的馈线110，例如传输线。馈线110的一端125被电连接到共面波导（CPW）馈电结构130，并且馈线110的另一端135被连接到限定宽槽或宽孔的辐射部分140，如下面更详细地论述的。要理解的是，端部125和/或共面波导（CPW）馈电结构130通过透明基板与共面天线结构100分开（参见图2）。辐射部分140是天线辐射元件，其形成构造成发射电磁辐射的大致U形结构。
CPW馈电结构130被构造成使得能够实现共面天线结构100的射频（RF）激励。例如，CPW馈电结构130可接收信号并通过电磁耦合将该信号提供给馈线110，该馈线110随后将该信号提供给辐射部分140用于传输。
共面天线结构100还包括至少部分地围绕辐射部分140的散射元件145。如所示，散射元件145可包括半圆环结构，以用于散射和/或干扰传播通过透明结构的表面波。在示例性实施方式中，该半圆环结构包括连续的、即非分段的结构。如本文更详细论述的，共面天线结构100被设置在透明结构内。
在车辆无线通信环境内，天线通常需要宽视场以用于车辆对外界（vehicle-to-everything，V2X）通信。例如，V2X通信包括一个或多个通信网络，其中车辆和路边装置是彼此提供信息的通信节点，所述信息例如安全警告和交通信息。V2X通信允许车辆使用无线通信技术与其他车辆、基础设施和/或行人通信，所述无线通信技术例如但不限于蜂窝、Bluetooth®、IEEE 802.11、专用短程通信（DSRC）、超宽带（UWB）和/或广域网（WAN）。
如上所述，辐射部分140限定宽槽，以增强电场在一个或多个期望方向上的辐射。例如，为了改善方位角波束宽度，共面天线结构100除了前向方向之外还可向共面天线结构100的侧面辐射附加的电场。
如上所述，辐射部分140可形成为大致U形结构，该大致U形结构在其中限定槽143，例如孔。在示例性实施方式中，槽143可具有至少大约八毫米（8 mm）的宽度150，例如槽宽度，以及至少大约二十毫米（20 mm）的长度160。槽143可包括至少大约一百六十毫米（160mm）的面积。在一些实施方式中，槽143的宽长比包括大约0.4。辐射部分140的总长度155可为至少大约三十毫米（30 mm）。在一些实施方式中，槽尺寸对应于大约1.04 λg的长度160和大约0.42 λg的宽度150，其中λg表示在5.9 GHz的电介质内的波长参数。在此上下文中，术语“大约”是本领域技术人员已知的。可替代地，术语“大约”可读作意指正或负10%。
在一种实施方式中，散射元件145和辐射部分140之间的散射元件距离165包括至少大约九毫米半（9.5 mm），并且外部距离170包括至少大约五毫米（5 mm）。散射元件距离165可表示在辐射部分140的外前边缘和散射元件145的中间内表面边缘之间测量的距离，如图1中所示。
外部距离170可表示从辐射部分140的外侧边缘和接地部分115、120的外侧边缘测量的距离。在另一实施方式中，半圆环距离包括至少大约十八毫米半（18.5 mm），并且外部距离170包括大约零毫米（0 mm）。然而，要理解的是，可根据共面天线结构100的实施方式使用其他距离165、170。
图2和图3图示了包括共面天线结构100的透明组件200的示例性实施方式。在一些实施方式中，透明组件200可被结合到交通工具中，例如汽车、卡车、公共汽车、火车、飞机、船、拖拉机、ATV等的挡风玻璃、侧面透明部或后透明部。在其他实施方式中，透明组件100可被结合到固定结构中，例如具有透明窗户的建筑物。在其他实施方式中，辐射孔100可移动到第一玻璃205和馈电结构125之间的220，并且实施为玻璃220的贴花（applique）。
参考图2和图3，透明组件200包括第一透明基板205和第二透明基板210，它们层叠在一起以限定叠层结构215。共面天线结构100被设置、即夹在叠层结构215内的基板205、210之间。基板205、210可使用例如聚乙烯醇缩丁醛（PVB）的合适的结合材料218来层叠在一起。
在示例性实施方式中，透明基板205、210为玻璃基板。然而，在其他实施方式中，透明基板205、210可由某种其他透明材料制造。
如图2中所示，CPW馈电结构130可被安装到玻璃基板205的外表面220。在该实施方式中，外表面220朝向车辆的内部定向。
图3图示了透明组件200内的共面天线结构100的等距视图，其中透明组件200包括车辆的挡风玻璃的一部分。在笛卡尔坐标系内，轴线305表示X轴，轴线310表示Y轴，并且轴线315表示Z轴。当共面天线结构100被设置在挡风玻璃内时，共面天线结构100包括范围在大约二十二度（22°）和大约二十三度（23°）之间的前角320。该前角320可表示为例如Y轴的轴线310与表示Y'轴的轴线325之间的角度。在该实施方式内，车辆的车顶被限定在X-Y平面内。
图4图示了模拟的辐射图400，其中对应的共面天线结构的前角320范围在大约二十二度（22°）和大约二十三度（23°）之间。该辐射图图示了对应于具有两毫米（2 mm）的槽宽度的共面天线结构的方位角图（azimuth pattern）405、对应于具有四毫米（4 mm）的槽宽度的共面天线结构的方位角图410以及对应于具有八毫米（8 mm）的槽宽度的共面天线结构的方位角图415。如所示，与其中对应的槽宽度相对较小的方位角图405、410相比，方位角图415相对增大。
权利要求中使用的所有术语都旨在被赋予其本领域技术人员所理解的简单和普通的含义，除非本文做出相反的明确指示。特别地，例如“一”、“一个”、“该”、“所述”之类的单数形式的使用应当被解读为陈述一个或多个所指示的元件，除非权利要求陈述了相反的明确限制。
Claims (10)
1.一种天线，包括：
共面天线结构，所述共面天线结构包括：
基板；
辐射部分，其被构造成发射电磁辐射并被设置在所述基板上，其中，所述辐射部分限定具有至少大约0.4的宽长比的槽；以及
散射元件，其设置在所述基板上并且至少部分地围绕所述辐射部分。
2.根据权利要求1所述的天线，其中，所述槽的宽度包括至少大约八毫米。
3.根据权利要求1所述的天线，其中，所述槽具有至少大约二十毫米的长度。
4.根据权利要求1所述的天线，其中，所述槽的面积包括至少大约一百六十毫米。
5.根据权利要求1所述的天线，其中，所述散射元件包括半圆环结构。
6.根据权利要求5所述的天线，其中，所述半圆环结构包括非分段结构。
7.根据权利要求1所述的天线，还包括馈线，所述馈线设置在所述基板上，并且将所述辐射部分连接到共面波导（CPW）馈电结构。
8.根据权利要求1所述的天线，还包括叠层结构，所述叠层结构包括所述共面天线结构。
9.根据权利要求8所述的天线，其中，所述叠层结构包括经由结合材料结合在一起的第一透明基板和第二透明基板。
10.根据权利要求9所述的天线，其中，所述结合材料包括聚乙烯醇缩丁醛（PVB）。
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