CN202678507U - 一种微带天线及包括该微带天线的设备 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种微带天线及包括该微带天线的设备，涉及智能交通领域。所述微带天线包括：介质基板，所述介质基板具有相互平行的第一表面和第二表面；金属接地板，所述金属接地板覆盖于所述介质基板第一表面上；至少两个辐射贴片，每个辐射贴片并排覆盖于所述介质基板的第二表面上，并处于信号馈入点同侧；其中从排头的辐射贴片到排尾的辐射贴片及相邻两个辐射贴片之间的空隙联合覆盖指定大小的面积，相邻两个辐射贴片之间间距相等；馈电线路，所述馈电线路分别将所述每个辐射贴片连接至信号馈入点，所述馈电线路与所述金属接地板连接。还提供了包括所述微带天线的一种设备。本实用新型能使天线的波瓣宽度能够完整覆盖多车道车辆车载单元信号。

Description

一种微带天线及包括该微带天线的设备

技术领域

本实用新型涉及智能交通领域，特别涉及一种微带天线及包括该微带天线的设备。 

背景技术

ETC(Electronic Toll Collection，电子不停车收费系统)系统的出现，改变了收费公路传统的人工收费方式，使得车辆在通过高速公路、桥梁或隧道等收费站时，无需停车即可完成缴费的过程，大大提高了道路的利用率，提高了车辆的通行速度，降低了交通拥堵，在一定程度上减少了碳排放。同时也减少了收费站的人工需求，降低了收费车道的运营成本。但是随着经济的发展，城市车辆的快速增长导致的交通拥挤问题越来越严重。 

传统ETC系统采用单车道设置，一车一杆，车辆通行速度很难超过40km/h，且车道设备占用路面面积较大，不适于隧道、桥梁或宽度有限的收费路口。由于原来的ETC系统存在这些弊端，多车道自由流技术应运而生。自由流的技术特点要求道路上不能安装车道栏杆、车道隔离等设施。多车道自由流的收费方式已经受到许多国家和城市的关注，是未来智能交通领域的一个重要发展方向。 

现有技术中，ETC系统采用的天线波瓣宽度只能覆盖单车道，无法覆盖更多的车道。 

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题是提供一种微带天线及包括该微带天线的设备，实现对多车道车辆车载单元信号的完整覆盖。 

为了解决上述问题，本实用新型公开了一种微带天线，包括： 

介质基板，所述介质基板具有相互平行的第一表面和第二表面； 

金属接地板，所述金属接地板覆盖于所述介质基板的第一表面上； 

至少两个辐射贴片，所述至少两个辐射贴片并排覆盖于所述介质基板的 第二表面上，并处于信号馈入点的同侧；其中，从排头的辐射贴片到排尾的辐射贴片及相邻两个辐射贴片之间的空隙联合覆盖指定大小的面积，相邻两个辐射贴片之间的间距相等； 

馈电线路，所述馈电线路分别将每个辐射贴片连接至信号馈入点，所述馈电线路与所述金属接地板连接。 

优选的，所述馈电线路上还包括： 

信号强度调节单元，所述信号强度调节单元用于使各辐射贴片的信号强度保持一致；和/或， 

信号相位调节单元，所述的信号相位调节单元用于使各辐射贴片的信号相位保持一致。 

优选的，所述信号强度调节单元包括阻抗匹配段，用于调节各辐射贴片的信号强度； 

所述信号相位调节单元包括相位匹配段，用于调节各辐射贴片的信号相位。 

优选的，所述馈电线路与所述金属接地板通过通孔链接；其中所述通孔处焊接微波高频连接器。 

优选的，所述馈电线路包括第一线路和第二线路，所述第二线路与所述矩形的长边平行，所述第一线路一端连接第二线路的中点部位，另一端连接信号馈入点；所述各辐射贴片连接第二线路。 

优选的，所述面积为矩形面积，所述矩形宽×长的范围为10mm×20mm至20mm×100mm。 

优选的，所述介质基板的各边沿到所述各辐射贴片和馈电线路所覆盖范围的外接矩形的相应各边的距离至少为7mm。 

优选的，所述从并排的相邻两个辐射贴片中第一个辐射贴片一侧的边沿到第二个辐射贴片与第一个辐射贴片同侧的边沿的距离为0.3～0.9倍天线工作频率电磁波自由空间波长。 

优选的，在天线工作谐振频率为5.79G赫兹～5.84G赫兹区间内驻波比小于1.5。 

相应的，本申请还公开了一种设备，包括前述任意一种所述的微带天线。 

与现有技术相比，本实用新型包括以下优点： 

本实用新型采用在信号馈入点同侧的指定面积大小上并排排列多个辐射贴片的结构，在整个天线装置结构简单、方便的情况下，使天线的波瓣宽度能够覆盖多个车道，能完整覆盖多车道车辆车载单元信号，从而使整个系统的拓扑结构简单。 

附图说明

图1是本实用新型优选实施例从第二表面上俯视的结构示意图； 

图2是本实用新型优选实施例从第一表面斜向上方向斜视的结构示意图； 

图3是本实用新型实施例天线方位面覆盖范围示意图； 

图4是本实用新型实施例天线俯仰面覆盖范围示意图； 

图5是本实用新型优选实施例的驻波曲线示意图； 

图6a是本实用新型优选实施例的二维波瓣宽度示意图； 

图7是本实用新型优选实施例的轴比性能示意图； 

图8是本实用新型优选实施例的一个具体尺寸示意图； 

图9是本实用新型包括该微带天线的设备结构示意图。 

具体实施方式

为使本实用新型的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步详细的说明。 

多车道自由流的关键问题是用一套路侧系统完成对多个车道上行驶车辆的实时交易。 

对于用一个天线来覆盖如此大的区域，对天线提出了更高的要求，为了保证通信区域各点的信号强度，要求天线有更宽的波瓣宽度。为完成天线信号范围对多条车道的覆盖，本实用新型提供用一种微带天线，其信号可覆盖多条车道，这样大大简化了路侧系统的拓扑结构。 

本实用新型包括：介质基板，金属接地板，至少两个辐射贴片和馈电线 路。 

所述介质基板具有相互平行的第一表面和第二表面； 

所述金属接地板覆盖于所述介质基板的第一表面上； 

所述至少两个辐射贴片并排覆盖于所述介质基板的第二表面上，并处于信号馈入点的同侧；其中，从排头的辐射贴片到排尾的辐射贴片及相邻两个辐射贴片之间的空隙联合覆盖指定大小的面积，相邻两个辐射贴片之间的间距相等； 

所述馈电线路分别将每个辐射贴片连接至信号馈入点，所述馈电线路与所述金属接地板连接。 

另外，所述馈电线路上还可包括：信号强度调节单元，所述信号强度调节单元用于使各辐射贴片的信号强度保持一致；和/或，信号相位调节单元，所述的信号相位调节单元用于使各辐射贴片的信号相位保持一致。 

其中，所述信号强度调节单元可包括阻抗匹配段，用于调节各辐射贴片的信号强度；所述信号相位调节单元可包括相位匹配段，用于调节各辐射贴片的信号相位。 

其中，所述从排头的辐射贴片到排尾的辐射贴片及相邻两个辐射贴片之间的空隙联合覆盖指定大小的面积为矩形面积，所述矩形宽×长的范围为10mm×20mm至20mm×100mm。 

其中所述馈电线路与所述金属接地板可通过通孔链接；其中所述通孔处可焊接微波高频连接器。 

其中，所述馈电线路分别将所述的每个辐射贴片连接至信号馈入点，所述馈电线路与所述金属接地板连接。 

另外，所述馈电线路包括第一线路和第二线路，所述第二线路与所述矩形的长边平行，所述第一线路一端连接第二线路的中点部位，另一端连接信号馈入点；所述至少两个辐射贴片连接第二线路。 

对于本实用新型，发射天线设计的关键指标是通讯区域的控制，即在整个通讯区域内使信号强度大于车载单元的接受灵敏度，各点信号强度见公式(1)： 

Pr＝Pt+Gt+Gr-Lp    (1) 

(其中Pr为接收功率，Pt为发射功率，Gt为发射天线增益，Gr为接收天线增益，Lp为空间传播损耗)。 

由于由OBU(On board unit，车载单元)接收灵敏度决定RSU(Road side unit，路侧单元)发射天线增益，RSU天线的特性主要由工作环境的空间损耗情况而决定，而空间损耗主要包括以下几点： 

1、自由空间的传输损耗，在自由空间传播条件下，传输损耗Ls＝32.45+20lgf+20lgd(其中，lgf表示工作频率的对数，lgd表示距天线距离的对数) 

2、反射损耗，主要由地面反射引起的衰落，反射损耗Lp＝20lg(d²/(h1*h2))(d表示距天线距离，h1表示发射天线的高度，h2表示接收天线的高度) 

3、快衰落，快衰落是叠加在慢衰落信号上的。这个衰落的速度很快，每秒可达几十次。除与地形地物有关，还与车载单元的速度和信号的波长有关，并且幅度很大，可几十个dB(分贝)，信号的变化呈瑞利分布。快衰落往往会降低通信质量，所以要留快衰落的储备。 

4、极化损耗，由于极化适配引起的损耗，约为3dB。 

5、指向损耗，由于收发天线非正对引起的损耗，约为3dB。 

这五项中以自由空间的传输损耗为主要因素，为本实用新型的主要设计原理。 

参照图1和图2，图1示出了本实用新型优选实施例的俯视结构示意图；图2示出了本实用新型优选实施例斜上仰视图。为方便说明，以下皆以图示的上下左右进行说明。 

为方便说明，以下皆以图示的上下左右方向进行说明。如图，在介质基板100的第二表面101上，辐射贴片111、112、113和114并排排列在信号馈入点(也即通孔303)的上侧，并通过馈电线路连接信号馈入点。在介质基板100的第一表面102上覆盖有金属接地板，其中第一表面上102的金属接地板通过通孔303与第二表面101的第一线路301连接。 

在实际中，所述的金属接地板可以为铜质接地板，也可以为其他金属接地板，本实用新型不加以限制。 

其中从辐射贴片111至辐射贴片114及所有辐射贴片之间的空隙联合覆盖指定的面积，所述面积为矩形面积，在本实施例中最优的所述矩形面积即宽×长约为15mm×76mm。其中，相邻每两个辐射贴片的间距相同，约为20mm。所述的间距为相邻两个辐射贴片中第一个辐射贴片一侧的边沿到第二个辐射贴片与第一个辐射贴片同侧的边沿的距离(具体情况如图所示)。 

其中，本实用新型实施例的辐射贴片为至少为2个，一般可选取2个，个3或者4个。对于2个辐射贴片的情况间距约为60mm；对于3个辐射贴片的情况间距约为30mm；对于4个辐射贴片间距约为20mm。其中所述间距为两个相邻贴片之间从第一贴片的左边沿到第二贴片的左边沿的距离，其中各贴片大小一样。 

一般情况下，相邻两个辐射贴片之间从第一贴片的左边沿到第二贴片的左边沿的距离要求为约0.3～0.9倍天线工作频率电磁波的自由空间波长，在本实用新型中优选的采用5.8GHz的天线工作频率。 

其中，第二线路302与辐射贴片并排排列形成的矩形的长边平行。实际中在馈电线路上添加信号强度调节单元和信号相位调节单元，在本实施例中分别为阻抗匹配段和相位匹配段，分别用于调节辐射贴片的信号强度和信号相位，使每个辐射贴片的信号强度和信号相位相同。如图3，辐射贴片112和辐射贴片113直接连接第二线路302；在第二线路302与辐射贴片111之间添加了一个阻抗匹配段203和相位匹配段201；在第二线路302与辐射贴片114之间添加了一个阻抗匹配段204和相位匹配段202；使辐射贴片111、112、113和114的的信号强度和信号相位都相同。 

对于其他个数的辐射贴片的情况，可根据实际情况在馈电线路上添加相应个数的信号强度调节单元和信号相位调节单元，使各辐射贴片的信号强度和信号相位一致，具体在馈电线路上添加的位置本实用新型不加以限制。 

第一线路301与第二线路302连接，第一线路301一端连接第二线路302的中点部位，另一端连接信号馈入点(即图3中的通孔处303)。 

其中，所述介质基板100的各边沿到所述各辐射贴片和馈电线路所覆盖范围的外接矩形的相应各边的距离至少为7mm。在图3中即为介质基板100的各边沿到虚线矩形400的相对应的各边的距离至少为7mm。 

另外本实用新型可在通孔处使用SMA(Small A Type，微波高频连接器)焊接。 

天线的区域覆盖能力表现为波瓣宽度，合适的波瓣宽度能在方位面及俯仰面完成对通信区域的无缝覆盖。参照图3和图4。 

图3示出了本实用新型实施例天线覆盖范围示意图。 

现考虑安装于车道正中的天线，如图所示，其覆盖范围是三车道，对于3.5米宽的车道，三车道共宽10.5米。在纵向覆盖范围7m～12m的要求下，在7m车道边缘处距离车道中心龙门架上天线距离为9.75米，空间损耗约为68dB，覆盖所需角度为65°。在12米车道边缘处距离车道中心龙门架上天线距离为13.79m，空间损耗约为71dB，覆盖所需角度为45°。在12米车道中心处距离车道中心龙门架上天线距离为12.75m，空间损耗约为70dB。 

参照图4，示出了本实用新型实施例天线的在俯仰面上的角度示意图。即在俯仰面上如图2所示，要求其具有约12°的覆盖范围。 

对于本身实用新型的天线，要求其在方位面上有大于65°俯仰面大于12°的覆盖能力，极化为右旋圆极化，形式可采用贴片阵列。 

对于本实用新型实施例，要求公式(1)中Gt＞Lp-73。本实用新型实施例的驻波指标为：在天线工作谐振频率为5.79G赫兹～5.84G赫兹区间内驻波比小于1.5。本实用新型的半瓣宽度：85°×40°。本实用新型的极化形式：右旋圆极化。为了实现所需波瓣宽度以达到本天线工作环境要求：由于天线波瓣宽度主要由口径大小决定，经仿真分析辐射面最优的大小约为15mm×76mm。 

参照图5，示出了本实用新型优选实施例的驻波曲线示意图。 

如图5所示，VSWR(Voltage Standing Wave Ratio，驻波比)≤2的带宽为5.4GHz～6.2GHz，VSWR≤1.5带宽为5.6GHz～6.1GHz，在通讯频点5.8GHz VSWR为1.1，可见该天线具有优良的端口反射特性。其中横坐标为 Freq(频率)，纵坐标为waveport1(微波端口1)的驻波比VSWR。 

参照图6a，示出了本实用新型优选的实施例的二维波瓣宽度示意图。该图展示了该天线俯仰面及方位面的3dB波瓣宽度为90°×40°，由于辐射面积的设计，天线的增益可达到10.3dBi，表明该天线俯仰面及方位面的覆盖能力符合前述指标要求。其中横坐标为Theta(希腊字母δ，表示角度)，纵坐标为Gaintotal(总增益，单位为dB)，实线表示Phi(希腊字母ψ，表示角度)为0deg(角度)时的情况，虚线表示Phi为90deg的情况。 

参照图7，示出了本实用新型优选实施例的轴比性能图。 

对于圆极化天线，轴比是一个关键指标，轴比是指极化椭圆的长轴与短轴之比，一般要求轴比小于3dB，本天线轴比性能如图7所示，正向轴比为1.5dB，满足该圆极化天线对轴比的要求。其中，横坐标为Theta，纵坐标为Axial Ratio(天线极化圆的量度，单位dB)，实线表示Phi(希腊字母ψ，表示角度)为0deg(角度)时的情况，虚线表示Phi为90deg的情况。 

参照图8，示出了本实用新型优选的实施例的一个具体尺寸图。 

如图，辐射贴片的边长为14.9mm；相邻两个辐射贴片间距相同，从左边第一个辐射贴片的左边沿到相邻的第二个辐射贴片的左边沿的距离为20.3mm，辐射贴片右上角的去除的小正方形的边长为3.2mm，第一线路长21.6mm。其中，第二线路的长度可以根据实际情况进行调整。 

在本实用新型中，根据本实用新型的指标要求，从排头的辐射贴片到排尾的辐射贴片及相邻两个辐射贴片之间的空隙联合覆盖指定大小的矩形面积的宽×长的范围可为10mm×20mm至20mm×100mm，本实用新型在此范围内效果良好。所述从并排的相邻两个辐射贴片中第一个辐射贴片一侧的边沿到第二个辐射贴片与第一个辐射贴片同侧的边沿的距离为0.3～0.9倍天线工作频率电磁波的自由空间波长。本实用新型在此范围内效果良好，其中辐射贴片的一角去除的小正方形的边长约为辐射贴片边长的1/5左右，通过该设计可以实现圆极化。 

另外，参照图9，本实用新型还公开了一种设备，该设备包括了前述任 意一种微带天线。所述的设备除了包括前述的任意微带天线外，还可与至少一个相关功能模块(比如射频控制器)组合构成一种设备，比如说RSU(Road side unit，路侧单元)。 

以上对本实用新型所提供的一种微带天线及包括该微带天线的设备，进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本实用新型的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本实用新型的核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本实用新型的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本实用新型的限制。 

Claims (10)

1.一种微带天线，其特征在于，包括：

介质基板，所述介质基板具有相互平行的第一表面和第二表面；

金属接地板，所述金属接地板覆盖于所述介质基板的第一表面上；

至少两个辐射贴片，所述至少两个辐射贴片并排覆盖于所述介质基板的第二表面上，并处于信号馈入点的同侧；其中，从排头的辐射贴片到排尾的辐射贴片及相邻两个辐射贴片之间的空隙联合覆盖指定大小的面积，相邻两个辐射贴片之间的间距相等；

馈电线路，所述馈电线路分别将每个辐射贴片连接至信号馈入点，所述馈电线路与所述金属接地板连接。

2.根据权利要求1所述的微带天线，其特征在于，所述馈电线路上还包括：

信号强度调节单元，所述信号强度调节单元用于使各辐射贴片的信号强度保持一致；和/或，

信号相位调节单元，所述的信号相位调节单元用于使各辐射贴片的信号相位保持一致。

3.根据权利要求2所述的微带天线，其特征在于：

所述信号强度调节单元包括阻抗匹配段，用于调节各辐射贴片的信号强度；

所述信号相位调节单元包括相位匹配段，用于调节各辐射贴片的信号相位。

4.根据权利要求1所述的微带天线，其特征在于：

所述馈电线路与所述金属接地板通过通孔链接；其中所述通孔处焊接微波高频连接器。

5.根据权利要求1所述的微带天线，其特征在于：

所述馈电线路包括第一线路和第二线路，所述第二线路与所述矩形的长边平行，所述第一线路一端连接第二线路的中点部位，另一端连接信号馈入点；所述各辐射贴片连接第二线路。

6.根据权利要求1至5中任意一项所述的微带天线，其特征在于： 

所述面积为矩形面积，所述矩形宽×长的范围为10mm×20mm至20mm×100mm。

7.根据权利要求1至5中任意一项所述的微带天线，其特征在于：

所述介质基板的各边沿到所述各辐射贴片和馈电线路所覆盖范围的外接矩形的相应各边的距离至少为7mm。

8.根据权利要求1至5中任意一项所述的微带天线，其特征在于：

所述从并排的相邻两个辐射贴片中第一个辐射贴片一侧的边沿到第二个辐射贴片与第一个辐射贴片同侧的边沿的距离为0.3～0.9倍天线工作频率电磁波自由空间波长。

9.根据权利要求1至5中任意一项所述的微带天线，其特征在于：

在天线工作谐振频率为5.79G赫兹～5.84G赫兹区间内驻波比小于1.5。

10.一种设备，其特征在于：包括前述权利要求1至9之一所述的微带天线。 

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