CN1511356A - 集成的多业务汽车天线 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种被集成在塑料盖子之中的多业务天线系统，而该塑料盖子则被固定在一部机动车辆的透明风挡的内表面之上。本发明包括在一部汽车中当前所需的基本业务的小型化天线，上述基本业务就是，无线电接收，最好是处于调幅和调频或数字音频广播波段的范围内，用于发送和接收在GSM 900、GSM 1800以及UMTS波段内的蜂窝电话，以及例如GPS导航系统。天线的形状和设计基于综合小型化技术，该技术能导致天线尺寸的实质上的缩小，使之能被整合到一个车辆部件(例如，一块后视镜)之中。该天线系统的至少一组第一天线含有按照一根空间填充曲线而成型的一条导电带或线。

Description

集成的多业务汽车天线

技术领域

本发明涉及一种被集成在塑料盖子之中的多业务天线系统，而该塑料盖子则被固定在一部机动车辆的透明风挡的内表面之上。

本发明包括在一部汽车中当前所需的基本业务的小型化天线，即，无线电接收，最好是处于调幅和调频或数字音频广播波段的范围内，用于发送和接收在GSM 900、GSM 1800以及UMTS波段内的蜂窝电话，以及例如GPS导航系统。

天线的形状和设计基于综合小型化技术，该技术能导致天线尺寸的实质上的缩小，使之能被整合到一个车辆部件(例如，一块后视镜)之中。

背景技术

直到最近，被纳入到一部汽车之中的通信业务仅限于少数系统，主要是模拟的无线电接收(调幅/调频波段)。用于这些系统的最普通的解决方案就是安装在汽车顶蓬上的鞭状天线。在汽车领域的当前趋势是通过将天线系统嵌入到车辆结构之中，来减少这样的鞭状天线在美学和空气动力学方面的影响。同样，将几种通信业务整合到一组单一的天线之中对于降低制造成本或者减少因恶意破坏和洗车系统所造成的损害是特别有吸引力的。

随着我们正在帮助人们走进信息社会，在深刻的文化变革中，天线的整合显得越来越有必要。因特网已经唤起了一个信息时代，在其中，地球上的人们都期望、要求和接收信息。汽车司机们希望在处理电子邮件、电话呼叫，以及获得在万维网(WWW)上能访问的关于方向、时刻表和其他信息的同时，仍然能够安全地驾驶车辆。

电信装置可以被用来将一次(交通)事故自动地通知有关当局，并引导救援者到达汽车所在地，跟踪被盗车辆，向司机们提供导航帮助，呼叫紧急的路边援助以及发动机功能的远程诊断。

将先进的通信设备和业务纳入到汽车和其他机动车辆之中是非常新鲜的事情，并且它首先被考虑用于顶级的豪华汽车之中。然而，设备和服务价格的迅速降低正在使电信产品进入中档汽车。大量引进宽范围的这样的新系统使得在车身制造过程中天线(的数量)激增，除非使用针对天线的集成解决方案，否则，将会跟美学和空气动力学的发展趋势发生矛盾。

在本年度，专利PCT/EP00/00411提出了新的一族基于被称为空间填充曲线的小型天线。当一组天线能够被装进相对于工作波长而言为较小的空间时，它就被称为一组小天线(一组小型化天线)。人们都知道，小天线的特征在于大的输入电抗(容性或感性)，通常必须用外部匹配/负载电路或结构来加以补偿。小天线的其他特性就是它的小的辐射电阻，窄的带宽以及低效率。这就意味着要将一组谐振天线装进相对于谐振波长来说为较小的空间是一件具有高度挑战性的事情。为了设计和构成小天线而引入空间填充曲线改进了在现有技术中所描述的其他古典天线(例如，线性单极天线，偶极以及圆形或矩形环路)的性能。

将天线整合到镜子里面(的想法)已经被提出。专利US 4123756是首先提出利用导电片作为镜内天线的发明之一。专利US 5504478提出使用镜子的金属边框作为用于汽车窗孔的无线天线。已经被提出的其他配置是将汽车窗孔的无线天线、车库门打开或汽车报警器(专利US 5798688)都纳入到机动车辆的车内镜子之中。容易忘记的是，这些解决方案都提出了用于一定系统的专门的解决方案，上述系统通常只需要一组带宽很窄的天线，并且不提供各种基本业务天线的充分整合。

还提出了一些其他的解决方案，将调幅/调频天线整合到后风挡的加热栅格之中(专利WO 95/11530)。然而，这种配置需要一个昂贵的电子适配网络，其中包括各种射频放大器和滤波器，以便从直流源中区分出无线电信号，并且由于低的天线效率，不适于传输像电话那样的信号。

在本发明中引入的主要的实质性的创新包括使用例如一面后视镜来整合在汽车中所需的所有基本业务：无线电广播、GPS以及对蜂窝网络的无线接入。本发明相对于现有技术的优点在于：首先是充分的天线整合，它不产生美学或空气动力学方面的影响；其次是对事故损伤或恶意破坏的充分防范，第三是显著的成本降低。

在移动电话手机中，特别是在被表示为PIFA(平面倒置F天线)的配置中，微带天线的应用已为人们所熟知(前一种应用见K.Virga和Y.Rahmat-Samii合写的论文“用于无线通信设备的小截面的增加带宽的PIFA天线”，发表于《国际电气电子工程师协会微波理论与技术汇刊》，1997年10月)。应用微带PIFA天线的理由在于它们的小截面、低的制造成本以及容易整合到手机结构之中。然而，还没有人提出将这种天线配置用于机动车辆。本发明主张其权利的几种天线配置就是将一个多业务天线系统整合到车内后视镜之中，其中包括各种PIFA天线的应用。

用于本发明的小型化技术其中之一基于前面所述的空间填充曲线。在本发明所提出的天线配置的某些特例中，也可以将天线形状描绘为一种多层次结构。已经提出了各种多层次技术，以缩小微带天线的物理尺寸(PCT/ES/00296)。

发明内容

本发明说明一个用于车辆的集成的多业务天线系统，包括下列各部分和各项特征：

a)所述天线系统的至少一组第一天线包括一根导电带或线，所述导电带或线按照一根空间填充曲线来成型，所述空间填充曲线至少由200个互相连接的段组成，所述各段都跟每一个相邻的段基本上形成直角，并且所述各段(的尺寸)均小于自由空间工作中心波长的一百分之一，并且所述第一天线被用来接收调幅和调频或数字音频广播的无线电广播信号。

b)该天线系统可选地包括小型化天线，用于诸如GSM 900(870-960MHz)、GSM 1800(1710-1880MHz)以及UMTS(1900-2170MHz)那样的无线蜂窝业务。

c)该天线系统可以包括一组用于GPS接收(1575MHz)的小型化天线。

d)该天线组被整合在一个塑料或电介质盖子之中，所述盖子被固定在一部机动车辆的透明风挡的内表面上。

e)塑料盖子的上边沿对准于所述风挡的框架的上、侧或下边沿，一根导电的终端电缆以电气方式被连接到机动车辆的金属结构上，用以使系统中的天线的接地导体接地。

在本发明中，包围着多业务天线系统的塑料盖子的优选实施例之一就是车内后视镜的外罩，包括后视镜底座和/或镜子本身。这个位置能保证最佳的天线性能，即，良好的阻抗匹配，在水平面上基本上全方向性的辐射图，用以覆盖地面通信系统(像无线电广播或蜂窝电话)，以及对例如GPS那样的卫星通信系统宽广的俯仰角覆盖。

在本发明中，所引入的天线尺寸的重大的缩小是通过使用空间填充的几何形状来获得的。一根空间填充曲线可以被描述为这样一根曲线，它在物理长度方面显得较大，但是从它所能装入的面积来说，却显得很小。更精确地说，在本文中，对一般的空间填充曲线采用下列定义：由至少10段组成的一根曲线，所述各段都跟每一个相邻的段形成一个角度。这样的空间填充曲线被设计成这样，除了起点和终点以外，它永不在任何点上跟它本身相交(这就是说，整条曲线可以被安排为一条闭合曲线或环路，曲线中的任何一部分都不能成为一条闭合环路)。可以在一个平面或曲面上形成一根空间填充曲线，并且由于介于各段之间的角度，使得该曲线的物理长度通常大于在跟所述空间填充曲线相同的面积(表面)上所能容纳的任何直线的长度。此外，为了很好地形成根据本发明的小型天线的结构，空间填充曲线的各段(的尺寸)必须短于自由空间工作波长的十分之一。

在本发明中，部分地由空间填充曲线描绘出来的天线至少其中之一，其特征在于更有限制性的特色：所述曲线由至少200段组成，所述各段都跟每一个相邻的段形成一个直角，所述各段(的尺寸)小于自由空间工作中心波长的一百分之一。一种可能的天线配置就是将所述空间填充天线用作一组单极天线，其中，所述单极天线的一个导电臂基本上被描绘成一根所述的空间填充曲线。然后，用诸如一根同轴电缆那样的双导体结构对该天线进行馈电，双导体其中之一被连接到多层次结构的下端，另一个导体则被连接到用作地网的车身的金属结构。当然，也可以使用具有所述空间填充曲线的主要特性的其他天线配置，例如偶极或环路配置。这种天线适于例如模拟的(调频/调幅)或数字广播的无线电接收，正如任何一位专业人士都明白的那样，这取决于最后的天线尺寸。所述天线的特征在于显著的尺寸缩减，跟常规的车外四分之一波长鞭状天线的典型尺寸相比，不到后者的20％；这个特征连同该天线的小的截面积(例如，可以印刷在廉价的电介质底板上)，使得天线的结构可以简单地和紧凑地整合到车辆部件之中，例如安装在后视镜里面。通过适当地选择所述空间填充曲线的形状，该天线还可以至少用于某些应用场合，例如在蜂窝电话波段中的发送与接收。

除了覆盖各项无线电广播业务的天线元件的重大的尺寸缩减以外，将天线系统整合到一个小包装物或汽车部件之中的另一个重要方面就是缩小覆盖各项无线蜂窝业务的辐射元件的尺寸。例如通过使用平面倒置式F天线(PIFA)配置，就能实现这一点，上述PIFA配置包括连接两个平行的导电片，所述各片被空气或一块电介质、磁性或磁-电介质材料所隔开，所述各片都通过一条导电带进行连接，上述导电带靠近各片的一角，并且以正交方式被安装到两片之上。该天线通过一根同轴电缆来馈电，所述同轴电缆的外导体被连接到第一片，第二片以直接接触方式或者以电容耦合方式跟所述同轴电缆的内导体连通。虽然人们已经知道将PIFA天线用于各种手机和各种无线终端，但是在本发明中，所述配置被有利地用于将一项无线业务整合到车辆之中。主要优点是由于小尺寸，小截面积以及特性辐射图，在一种优选的配置中，PIFA天线被完全地整合到车内后视镜的外罩或底座上，从而获得对无线网络的最佳覆盖，对汽车的美学方面没有影响，并且由于镜子表面的防护作用，使得汽车司机的头部和躯干所受到的辐射得以减少。

在本发明的一个优选实施例中，通过用一根空间填充曲线来形成该天线的至少一块导电片的至少一个边，就能可选地获得在多业务天线系统中的各PIFA天线(尺寸)的进一步缩小。人们都知道，PIFA天线的谐振频率取决于它的周界。通过有利地用一根空间填充曲线来形成所述PIFA天线的周界的至少一部分，就能降低谐振频率，使得在所述优选实施例中，用于各项无线蜂窝业务的天线(的尺寸)也得以缩小。跟使用相同材料的常规的平面微带天线相比，使用这种组合的PIFA-空间填充配置所获得的尺寸缩减可能优于40％。尺寸的缩小直接关系到重量和成本的降低，这对汽车企业来说是密切相关的。

通过将一组小型天线放在靠近该天线系统(它被贴在车窗玻璃上)的外罩的表面上，就能获得对诸如GPS那样的卫星系统的覆盖。在本发明中，空间填充技术和多层次天线技术被有利地用来减少所述卫星天线的尺寸、成本和重量。在一个优选实施例中，一种具有高介电常数的微带补片天线被用于所述天线，该补片的至少一部分被成型为一根空间填充曲线或者一个多层次结构。

本发明的一个重要优点就是使用空间填充技术，使得在整个天线系统上都获得尺寸缩小。尺寸的缩小允许将今天以及未来车辆所需的当前的各项应用(无线电、移动电话和导航)充分地整合到一面后视镜里面。这种整合对于在汽车市场上用于接收和发送无线电或蜂窝电话的常规单极天线所产生的美学和视觉影响来说，是一次重大的改进。

本发明的其他重要的优点就是，不仅在天线材料方面，而且在机动车辆的制造和装配方面降低成本。用本发明的系统来取代若干常规的鞭状单极天线(每一条地面无线电链路都使用一种天线)意味着在生产线上省去了诸如车身钻孔这样的安装操作，同时取消了为了保证常规的鞭状天线的密实的和防水的安装而增加的机械零件，因为鞭状天线暴露在高气压之中。将天线系统安装到车内的后视镜里面不要求在最终生产线上附加的操作。同样，由于避免使用常规的沉重的机械固定物，所以就获得了重量的减轻。

根据在汽车企业中的当前的实践，相同的后视镜可以应用于多种车型，或者甚至应用于多种汽车族系；因此，本发明的一个附带的优点就是，还可以针对这些车型和族系实行集成天线系统的标准化，不管是什么车型，诸如标准汽车、单座汽车、小轿车，甚至无蓬顶的或活顶的小轿车，都可以使用相同的部件。

附图说明

图1是在后视镜内的天线系统的一个优选实施例的一份完整的视图。该后视镜包括一个准备固定在前风挡之上的底座(1)，一个用于调幅/调频接收的空间填充天线(5)，一组用于发送或接收GSM 900(870-960MHz)、GSM 1800(1710-1880MHz)，以及UMTS(1900-2170MHz)信号的无线蜂窝系统电话的小型天线(6)，以及一个全球定位系统(GPS)天线(7)。

图2：本发明的另一个优选实施例。准备固定在前风挡之上的后视镜底座(1)包括，一个用于调幅/调频接收的空间填充天线(5)，一组用于发送或接收GSM 900(870-960 MHz)、GSM 1800(1710-1880MHz)，以及UMTS(1900-2170 MHz)信号的无线蜂窝系统电话的小型天线(6)，以及一个全球定位系统(GPS)天线(7)。

图3：用于接收调幅/调频各波段的空间填充结构天线的细节。该天线作为一个单极天线被馈电，并且被放置在后视镜底座内。通过按比例地伸缩该天线，使之适应于波长的降低，就能使该天线容易地适配于数字音频广播(DAB)系统。

图4：一组用于发送GSM 900(870-960MHz)、GSM 1800(1710-1880MHz)，以及UMTS(1900-2170MHz)信号的蜂窝电话系统的小型天线(6)。在这种配置中，天线由两块平面导电片组成，其中，第一块(10)短于工作波长的四分之一，第二块为地网(8)。在这种情况下，一块单独的导电片(10)用于3种移动(电话)系统，而地网则为所有3种天线所共用。导电片(10)和地网二者都通过导电带进行连接。每一块导电片(10)都由一个单独的引脚馈电。

图5：导电片(10)的空间填充周界的实例，它被用来实现移动电话天线(6)的最佳的小型化。

图6：导电片(10)的空间填充周界的另一个实例，它被用来实现移动电话天线(6)的最佳的小型化。

图7：使用空间填充或多层次天线技术的卫星GPS补片天线的小型化的实例。GPS天线由被一种高介电常数的电介质材料隔开的两块平行的导电片构成，形成一个具有圆极化的微带天线。借助于一种双馈线方案或者通过改变补片的周界来获得圆极化。通过把它限制在空间填充曲线之中，来增加超导片(11)的周界。

图8：GPS补片天线的小型化的另一个实例，其中，超导片(11)的周界是一根空间填充曲线。

图9：GPS补片天线的小型化的另一个实例，其中，超导片(11)的周界是一根空间填充曲线。

图10：GPS补片天线的小型化的另一个实例，其中，超导片(11)的内部间隙的周界是一根空间填充曲线。

图11表示另一个优选实施例，其中，至少两组空间填充天线被同一个表面所支撑，一组空间填充天线用于接收无线电广播信号，最好是处于调幅和调频或数字音频广播波段以内，另一组第二空间填充天线用于发送和接收蜂窝电话波段(例如GSM)以内的信号。所有空间填充天线都在其一端被连接到一根双导体传输线(例如一根同轴电缆)的两根线其中之一，传输线的另一个导体则被连接到车身的金属结构。

图12表示GPS天线(7)的一种可供选择的位置。该天线被安放在一面车外后视镜的外罩(16)里面的一个水平位置上。

图13：基于一根SZ曲线、用于接收调幅/调频信号的空间填充天线的另一个实例。该天线作为一组单极天线被馈电，并且被安放在一个后视镜底座的里面。

具体实施方式

本发明描述用于车辆的集成多业务天线系统，它包括至少一组以空间填充曲线为特征的小型天线。

图1描述了本发明的一个优选实施例。天线系统被安装在车内后视镜底座(1)和车内后视镜外罩(2)里面。装上镜子(3)后该系统成为一个完整的天线系统，并由镜框(4)将该系统封闭起来。在这种配置中，镜子底座(1)被描画成沿垂直方向延伸。显示这样一种特定的镜子组件是为了帮助理解本发明，但是它并不构成本发明的一个重要部分。专业人士很容易看出，还可以使用其他的底座形状，这同样属于本发明的范围和精神实质以内。

天线系统由一组适于接收无线电广播信号(调幅和调频或数字音频广播波段)的空间填充天线(5)，一组适于发送和接收蜂窝电话信号(GSM 900，GSM 1800和UMTS波段)的小型天线(6)以及一组用于接收全球定位系统(GPS)的小型补片天线(7)这几部分组成。空间填充天线(5)的特征在于，它有一条能描绘出空间填充曲线的导电带(9)。该空间填充曲线至少由200段组成，所述各段都跟每一个相邻的段形成一个直角，所述各段(的尺寸)都小于自由空间工作中心波长的一百分之一。导电带(9)可以被任何种类的低损耗电介质材料所支撑，这些材料包括各种柔软的或透明的板材。在本实施例中，导电带的一臂被连接到一根双导体传输线的第一导体，而第二导体则被连接到车身的金属结构，所述的金属结构起地网的作用。虽然，天线的空间填充形状以及其用于接收无线电广播的用途是本发明的重点的一部分，但是对专业人士来说，很容易看出，空间填充曲线的长度可以利用传统技术来加以伸缩，以便在VHF波段得到最佳的匹配阻抗。根据所选定的伸缩比例，就能制造出适于接收调频/调幅或数字音频广播/调幅的所述天线。跟车外四分之一波长单极天线常用的长度相比，所述的空间填充天线的长度至少缩短为五分之一，也就是说，该天线的最终长度短于传统天线的20％。作为单极天线来馈电，该天线观测到的辐射图类似于常规的基本单极天线，即，在天线的垂直方向上得到良好的全方向性的、如同单极天线那样的辐射图。镜子底座(1)的内部位置提供了一个开阔的区域，保证了从所有方向的准确接收。跟其它的接收系统一样，可以使用分集技术来提高信号接收品质，上述分集技术基于空间分集(使用几组相似的天线来接收同一信号)或极化分集(在相同的天线结构中激发正交的电流模式)。

多业务天线系统的优选实施例的这个实例，连同空间填充天线(5)一起，构成一组小型蜂窝电话天线子系统，用于发送和接收GSM 900，GSM 1800和UMTS信号。天线(6)的特征在于有一个第一平面导电片(10)，所述导电片(的尺寸)小于工作波长的四分之一，而第二平行导电片(8)则起到地网的作用。在本实施例中，所有的天线共享相同的地网(8)，所述地网与后视镜(3)并置或靠近后视镜(3)。导电片(10)和地网(8)二者都通过一根导电带进行连接。通过一根垂直的导电引脚对导电片(10)进行馈电，上述导电引脚通过直接欧姆接触或者通过电容耦合来连通。天线的极化形式主要是垂直极化，从而使信号在车内得到良好的穿透性。借助于双工器或三工器滤波器可以对天线进行可选的组合，其方法是用一根单独的传输线连接到所述双工器或三工器的输入端。所述双工器或三工器可以通过使用集中(参数)元件或短线来实现，但在任何情况下都由同一个地网(8)来支撑。而且，在同一块板上，可以含有附加的电子电路，例如电子报时系统或降雨检测器。这种天线的辐射图跟常规的补片天线相似，保证在水平面上能得到良好的全方向性的辐射图。然而，天线(6)所处的位置面向前风挡以及地网(8)，并与后视镜(3)并置，从而限制了车内辐射的功率，尤其是在司机头部方向上，在降低与其他电子装置之间的相互干扰的同时，也降低了对人体的任何可能的交互作用或生物效应。

通过纳入一组卫星天线，例如GPS天线(7)，使该天线系统得以最后完成。所述的GPS(7)由两块平行的导电片(其间由一块高介电常数电介质材料隔开)组成，形成一组具有圆极化的微带天线。可以通过一种双馈线方案或通过改变该天线的超导片(11)的周界来实现圆极化。GPS天线(7)还包括一个低噪声、高增益的前置放大器(12)。可以将该放大器集成在一块芯片上，例如由安捷伦(Agilent)公司或小型电路(Mini-Circuits)公司建议使用的芯片(例如HP58509A或HP58509F系列)。该芯片被安装在与微带GPS天线并排的微带电路上，从而天线和电路二者共享同一块导电的接地平面。GPS系统与无线电或蜂窝电话的主要差别在于，GPS天线需要一个在垂直方向上宽广而开阔的辐射图。合适的位置就是把天线安装在镜子底座(1)的一个基本上水平的位置上。即使天线的位置相对于水平面稍有倾斜，这种微带天线的辐射图仍然是全方向性的，足以保证在宽范围的不同位置上，都能良好地接收来自多颗卫星的信号。

正如专业人士都清楚的那样，本发明的天线系统的新颖性基于选择一组十分小的、廉价的、扁平的空间填充天线，用于无线电接收，并将所述空间填充天线跟其他小型天线组合在一起，用于各项无线蜂窝电话业务和卫星业务，同时将他们包装在一个小的塑料或绝缘外罩里面，然后贴附到车窗上。在这个特定的实施例中，由于它在车上的特殊位置(具有宽广而开阔的视野来发送和接收信号，并靠近汽车的控制面板的位置)以及对汽车设计的不明显的视觉影响，所以车内后视镜被巧妙地选择作为整个天线系统的外罩；对专业人士来说，显而易见，同样的基本天线系统可以被整合到其他的汽车部件(例如后刹车灯)之中，而这并不影响本发明的实质上的新颖性。

图2所表示的是可以在本发明的范围内使用的另一种相似的配置，它包括，例如，将无线蜂窝天线(6)安放在环绕主要的无线电广播的空间填充天线(9)的镜子结构的底座(1)里面；将两项无线蜂窝业务整合到一组标准的双波段天线之中，并将它安放在镜子外罩(2)或镜子底座(1)里面；而对一种特定车型或汽车族系来说，在不需要某一种或某几种业务的情况下，可以从该系统中去除至少一组天线部件；或者使用常规的伸缩技术，重新设计圆极化的卫星天线(7)，用于GPS以外的其他频率或卫星应用项目(例如用于铱星、全球星或其他卫星电话或无线数据业务)。

图3说明用于接收调幅/调频信号的空间填充天线(5)的一个优选实施例。在这种情况下，导电带(9)描绘出一根根据本发明的定义的空间填充曲线。可以例如使用各种标准的技术将导电带(9)印刷在诸如玻璃纤维或聚酯那样的廉价的薄片的电介质材料之上，后者用作天线的支撑。在一个优选的实施例中，用双导体结构(例如同轴电缆)对这种配置进行馈电，双导体(13)其中之一被连接到空间填充天线的导电带(13)，另一个导体(14)则被连接到用作地网的车身的金属结构(15)。导电带(9)的另一侧可以不被连接到任何地方，或者被连接到一个特定负载，或者被连接到同一车辆的车身结构(15)，以改变其阻抗匹配特性，但仍然保持作为本发明的核心的相同的基本的空间填充结构。该天线被放置在后视镜底座(1)之中，与风挡平行，以保证接近于垂直的方向。由于与工作波长相比，天线(的尺寸)显得较小，所以在垂直于天线方向的平面上能观察到辐射图的最大辐射，在这种情况下，在水平方向能产生用于接受地面无线电广播信号的最佳覆盖。

图4说明另一个优选实施例，其中，用于GSM 900、GSM 1800，以及UMTS信号的小型天线组被分布在一个公共的导电地网(8)之上。使用众所周知的标准技术来设计导电片(10)的大小和形状，以保证在所需波段中的良好的阻抗匹配。每一块导电片(10)都呈现出短于工作频率的四分之一波长的尺寸。这种值得注意的尺寸缩减是由于在导电片(10)以及地网(8)之间放置了一条导电带。借助于一个垂直的导电引脚对这种配置进行馈电，该垂直的导电引脚通过直接的欧姆接触，或者通过电容耦合，跟导电片(10)连通。这种天线的辐射图类似于常规的补片天线的辐射图，在垂直于导电片(10)的方向上呈现出一个宽阔的主瓣。在这种情况下，在水平面上，同样由于缩小了接地平面(8)的尺寸，所以(最大的)辐射发生在相反的方向上，从而保证了一个良好的全方向性辐射图。专业人士都很清楚，天线的相对位置并不重要，并且在不影响本发明的实质的前提下，可以有所改变。

图5所表现的是前面任何一项实施例的改进，其实现方法是将所述导电片(10)的周界的至少一部分跟空间填充曲线配合成型。由于这样一种配置的谐振频率依赖于周界的总长度，所以使用空间填充周界对周界长度进行改进，就能使导电片(10)的总尺寸缩小。除了图5所示的以外，还可以使用其他空间填充曲线来增加周界的长度，这也属于本发明的相同范围和精神实质以内。使用空间填充周界的一个重要好处就是在改变谐振频率的同时，天线各项参数的其余部分(例如辐射图或天线增益)实际上保持不变，这相对于前面的实施例来说实现了尺寸缩减(伴随着成本和重量的降低)。

如图6所示，也可以使用所述的其他空间填充曲线，这也符合本发明的精神实质。

在图7至图10中，示出了用于卫星天线的进一步的小型化的几个优选实施例。在这种情况下，按照一根空间填充曲线有利地形成表征微带天线的补片的周界。

图7表示针对GPS天线的一个优选实施例，其特征在于它的空间填充周界由20段组成。其形状也可以被视为由5个互相连接的方块形成的一种多层次结构。除了形成补片的导电片(11)以外，该天线的设计跟常规的补片矩形天线相似。借助于一种双馈线方案或者通过改变该天线的超导片(11)的周界来获得圆极化，所使用的仍然是如同在矩形的导电片(11)中的常规技术。该天线还包括一个低噪声、高增益前置放大器(12)，它被安装在与微带GPS天线并排的微带电路之上，使得天线和电路二者共享同一个导电的接地平面。该天线被放置在镜子底座(1)的一个基本上水平的位置上，以保证对多条卫星链路的宽广的、几乎半球状的覆盖。

图8表示其他优选实施例。在这种情况下，对位于四角的4个方块中的每一个都使用类似于在前面的实施例中所用的空间填充方案。这种天线的尺寸缩减超过50％，由于用以支撑微带天线结构的高介电常数电介质材料的面积缩小，所以天线的成本得以降低。这种天线的辐射图保持与常规的微带天线相同的基本形状，从而保证了在上半空间中的几乎半球状的覆盖。

在图9和图10中，使用其他空间填充曲线来形成卫星天线的导电片(11)的周界。对专业人士来说，显而易见的是，也可以将相似于上面所述的技术应用于各种无线蜂窝天线，这也属于本发明的范围之内。

在图9中，由另一种空间填充曲线来规定外部周界。在图10中，在导电片(11)的中心实现了一个小孔。由一根类似于图9所示图形的空间填充曲线使所述小孔的长度增加。在这两种情况下，天线尺寸都被缩小，以保持圆极化以及辐射图。

图11表示另一个优选实施例。该天线系统被放置在镜子底座(1)里面的基本上垂直的位置上，或者平行于玻璃窗，以便使所述底座(1)的厚度最小化。在这个优选实施例中，空间填充天线的特征在于一条导电带(9)由至少200段组成。所述各段都跟每一个相邻的段基本上形成直角，并且(其尺寸)小于自由空间工作中心波长的一百分之一。这种天线适于无线电广播信号(例如调幅和调频或数字音频广播波段)的接收。导电带(9)可以被任何种类的低损耗电介质材料所支撑，包括柔软的或透明的板材。本系统也可以由其他空间填充天线来实现，虽然各段的数目比前面一种小一些，但是其导电带(9)也描绘出一条空间填充曲线。这些其他种类的空间填充天线被设计用于GSM 900、GSM 1800和UMTS的发送和接收。在本实施例中，一根双导体传输线的第一导体被连接到每一个导电带(9)，而第二导体则被连接到车身的导电结构，所述导电结构用作单极配置的金属地网。由于(天线的尺寸)跟波长相比显得非常小，所以这些天线呈现出与常规的基本单极天线类似的辐射图，即，在水平面上基本上是全方向的辐射图。在镜子底座(1)中的位置提供了有利的宽阔的视野，保证从实质上的任何方位角方向上都能正确地接收(信号)。专业人士都清楚，在本发明中所公开的创新性的空间填充形状可以有利地用于旨在补偿因多途经传播环境所产生的信号衰落的任何分集技术(例如极化分集的空间)。所述空间填充天线的小尺寸使得该天线可以容易地被整合到机动车辆的许多部件(例如，安装在后窗上的后刹车灯外罩)里面，或者在为数众多的车型中，将其安装在框出窗口的黑色太阳防护带之上。这些配置中的任何一种都跟本发明所示的各优选实施例兼容，并且与它们共享相同的基本的创新方面。

图12示出了GPS天线(7)的可供选择的位置。通过将导电片(11)的周界限制在空间填充天线以内而实现的尺寸缩小允许实现不同于图1的多种可供选择的位置。在图12中，GPS天线(7)被放置在车外后视镜外罩(16)的一个基本上水平的位置上。由于天线被放置在外罩(16)的顶部，所以没有任何障碍物能阻挡该天线的垂直视野。车身上的金属零件在天线附近的出现，即使它会使某些信号被反射，也不至于影响GPS信号的良好接收。GPS天线的右圆极化抵消了在相同频率上以不同极化形式接收的所有其他信号。特别是，由于被反射的卫星信号受到强的极化改变(的抑制)，所以他们不会干扰圆极化的直接到达的信号。连同天线一起，一个低噪声放大器可选地以并排于微带GPS天线的方式被安装在微带电路之上，使得天线和电路二者共享同一块导电的接地平面。

图13说明用于调幅/调频接收的另一个优选实施例。在这种情况下，导电带(9)描绘出根据本发明定义的另一种空间填充曲线。用双导体结构(例如同轴电缆)对这种配置进行馈电，双导体(13)其中之一被连接到空间填充天线的导电带(13)，另一个导体(14)则被连接到用作地网的车身的金属结构(15)。导电带(9)的另一侧可以不连接到任何地方，或者被连接到一个特定负载，或者被连接到同一个车身结构(15)，以改变其阻抗匹配特性，但仍然保持作为本发明的核心的相同的基本的空间填充结构。该天线被放置在后视镜底座(1)之中，与风挡平行，以保证接近于垂直的方向。由于与工作波长相比，天线显得较小，所以在垂直于天线方向的平面上能观察到辐射图的最大辐射，在这种情况下，在水平方向能产生用于接收地面无线电广播信号的最佳覆盖。

看上去似乎很明显的是，被纳入作为本发明的一个目标的集成多业务天线系统的每一种天线，都可以在保持上述各项特征的前提下被个性化并付诸应用，这种可能性特别适用于低档或中档车辆，在这些车辆中只安装一种天线。

上面已经就若干优选实施例对我们的发明的原理进行图解和说明，专业人士应当明白，在不背离这些原理的前提下，在设计安排和细节上可以对本发明进行修改。我们主张，所有这些修改都处于所附权利要求书的精神实质和范围以内。

Claims (7)

1.专门地为了容易安装在任何类型的机动车辆上的集成多业务天线系统，其特征在于它包括用于调幅、调频和/或数字音频广播波段的无线电接收天线的两种或多种组合，用于GSM和/或UMTS波段的蜂窝电话的发送-接收天线，和/或用于接收卫星信号(最好是例如GPS那样的卫星导航系统)的天线，使得所述组合被集成在能安装在任何类型的机动车辆上的一个电介质盖子之中，所述盖子是提供在内部后视镜或外部后视镜的盖子，本系统是完全隐蔽的；

所述无线电接收天线包括一小型的空间填充天线，它由形成所述天线一臂的一条金属带或线的至少一部分所提供的空间填充曲线形成，该臂在其一端被连接到一根双导体传输线(例如一根同轴电缆或诸如此类)的两根线其中之一的一端，所述传输线的另一个导体被连接到车身的金属结构，后者用作整个系统的地网；

所述电话天线包括一个小型蜂窝电话天线系统，所述天线中的每一组都由(其尺寸)小于工作波长的四分之一的第一平面导电片构成，所述第一平面导电片平行于用作地网的第二导电片，这两个导电片都通过一根导电带进行连接，所述导电带的一端被连接到所述第一导电片的一个边沿，另一端则被连接到地网上的一点，借助于一个垂直导电引脚向所述天线进行馈电，上述导电引脚通过直接的欧姆接触或者通过电容耦合跟所述第一导电片连通；以及

所述卫星信号天线包括两个平行的导电片，它们被一块高介电常数的电介质材料隔开，所述导电片以及所述电介质材料形成一组微带天线，借助于双馈线方案或者通过干扰补片的周界来获得(微带天线的)圆极化。

2.根据权利要求1所述的集成多业务天线系统，其特征在于，空间填充曲线至少由200个互相连接的段组成，所述各段都跟每一个相邻的段基本上形成直角，并且所述各段(的尺寸)小于自由空间工作中心波长的一百分之一。

3.根据权利要求1所述的集成多业务天线系统，其特征在于，卫星信号，例如GPS信号，天线是一种以其周界为特征的小型微带补片天线，其中，所述周界的至少一部分被成形为一根空间填充曲线或者一种多层次结构。

4.根据权利要求1所述的集成多业务天线系统，其特征在于，电介质盖子被贴附到角上，后窗或前窗的内表面的顶部或底部。

5.根据权利要求1所述的集成多业务天线系统，其特征在于，电介质盖子还纳入了一盏报警灯或一个降雨检测器或一个避免碰撞传感器或者它们的任意组合。

6.根据权利要求1所述的集成多业务天线系统，其特征在于，电话天线由(其尺寸)小于工作波长的四分之一的第一平面导电片构成，所述第一平面导电片以其周界为特征，其中，所述周界的至少一部分被形成为一根空间填充曲线，所述第一导电片平行于用作地网的第二导电片，这两个导电片都通过一根导电带进行连接，所述导电带的一端被连接到所述第一导电片的一个边沿，另一端则被连接到地网上的一点，借助于一个垂直导电引脚向所述天线进行馈电，上述导电引脚通过直接的欧姆接触或者通过电容耦合跟所述第一导电片连通。

7.根据权利要求1所述的集成多业务天线系统，其特征在于，由形成所述天线一臂的一条金属带或线的至少一部分所提供的空间填充曲线来形成至少一组电话天线，该臂被连接到一根双导体传输线(例如一根同轴电缆或诸如此类)的两根线其中之一的一端，所述传输线的另一个导体被连接到车身的金属结构，后者用作整个系统的地网。

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