CN212303925U - 贴片天线装置及车载设备 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种贴片天线装置及车载设备，属于微波通信技术领域，其旨在解决贴片天线发出的微波的半功率波束宽度较宽，导致其辐射方向性差和传输距离短的问题；所述贴片天线装置包括基板、贴片天线和金属封闭环；贴片天线设置在基板上，金属封闭环与贴片天线相对设置，金属封闭环位于贴片天线的一侧并具有间距，且两者之间形成谐振腔。本实用新型提供的贴片天线装置及车载设备，能够降低贴片天线发出的微波的半功率波束宽度，提升微波的辐射方向性及传输距离。

Description

贴片天线装置及车载设备

技术领域

本实用新型涉及微波通信技术领域，尤其涉及一种贴片天线装置及车载设备。

背景技术

不停车收费系统(Electronic Toll Collection，简称ETC)用于高速公路以及桥梁的收费，使行驶的汽车不停车收费，缓解了交通拥堵，方便人们出行。

ETC系统包括设置在车辆上的车载设备(OBU)和设置ETC车道上的路边设备(RSU)，车载设备包括天线装置，天线装置包括印制电路板以设置在印制电路板上的贴片天线，贴片天线发出的微波信号可与路边设备(RSU)之间进行短程通讯，并利用计算机联网技术与银行进行后台结算处理，从而达到车辆在通过收费站时无需停车而能缴纳相关费用。

然而，传统贴片天线发出的微波的半功率波束宽度较宽，导致其辐射方向性差和传输距离短。

实用新型内容

本实用新型实施例提供了一种贴片天线装置及车载设备，能够降低贴片天线发出的微波的半功率波束宽度，提升微波的辐射方向性及传输距离。

为了实现上述目的，本实用新型实施例采用如下技术方案：

第一方面，本实用新型实施例提供了一种贴片天线装置，包括基板、贴片天线和金属封闭环；所述贴片天线设置在所述基板上，所述金属封闭环与所述贴片天线相对设置，所述金属封闭环位于所述贴片天线的一侧并具有间距，且两者之间形成谐振腔。

在第一方面的一种可选实施例中，所述金属封闭环为片状圆环，所述金属封闭环的中心与所述贴片天线的中心的距离为7mm至16mm。

在第一方面的一种可选实施例中，所述金属封闭环为铜质圆环，所述金属封闭环的外缘半径为5.8mm至7.8mm，且所述金属封闭环的宽度为0.8mm至1.2mm。

在第一方面的一种可选实施例中，所述金属封闭环的中心与所述贴片天线的中心偏移小于或等于0.5mm。

在第一方面的一种可选实施例中，所述金属封闭环所在平面与所述贴片天线所在平面的夹角为0°至10°。

在第一方面的一种可选实施例中，所述金属封闭环的中心与所述贴片天线的中心偏移小于或等于0.5mm。

在第一方面的一种可选实施例中，所述贴片天线装置包括支撑架，所述支撑架包括多个支撑柱；所述支撑柱垂向安装在所述基板上，所述支撑柱的一端与所述基板连接，所述支撑柱的另一端与所述金属封闭环连接。

在第一方面的一种可选实施例中，所述贴片天线装置包括承载板；所述承载板通过所述支撑柱安装在所述基板的上方，所述金属封闭环嵌设在所述承载板朝向基板的表面上；所述金属封闭环朝向所述基板的表面凸出所述承载板朝向所述基板的表面。

在第一方面的一种可选实施例中，所述贴片天线发出的微波的频率范围为5.74GHz至5.86GHz。

第二方面，本实用新型实施例提供的一种车载设备，包括第一方面所述的贴片天线装置。

本实用新型实施例提供的贴片天线装置及车载设备，具有以下优点；

本实用新型实施例提供的贴片天线装置及车载设备，其在贴片天线的一侧设置有金属封闭环，且金属封闭环与贴片天线相对并具有一定距离金属封闭环与贴片天线之间形成谐振腔，可使部分微波在围腔内经多次反射后并汇聚至金属封闭环的通孔射出，以对微波产生聚束作用，能够降低贴片天线发出的微波的半功率波束宽度，从而提升了微波的辐射方向性和传输距离。

另外，本实用新型实施例在贴片天线的上方仅设置有一个金属封闭环，不仅可降低微波的半功率波束宽度，还降低了第一波束旁瓣，提高增益功能；同时其结构简单，节省制作成本。

除了上面所描述的本实用新型解决的技术问题、构成技术方案的技术特征以及由这些技术方案的技术特征所带来的有益效果外，本实用新型提供的贴片天线装置及车载设备所能解决的其他技术问题、技术方案中包含的其他技术特征以及这些技术特征带来的有益效果，将在具体实施方式中作出进一步详细的说明。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对本实用新型实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一部分实施例，对于本领域普通技术人员来讲，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它的附图。

图1为本实用新型实施例提供的金属封闭环与贴片天线的布置示意图；

图2为本实用新型实施例提供的贴片天线装置的整体结构示意图；

图3为本实用新型实施例提供的贴片天线装置的正视图；

图4为本实用新型实施例提供的金属封闭环与承载板的安装示意图。

附图标记说明：

10-基板；

20-贴片天线；

30-金属封闭环；

40-支撑柱；

50-承载板；

51-环形安装槽。

具体实施方式

在目前的车载设备，其包括与ETC车道上路边设备(RSU)可以短程通讯的天线装置，天线装置发射的微波(电磁波)的半功率波束宽度较宽，其辐射方向性差并且传输距离较短，为解决上述问题，本实用新型实施例提供的贴片天线装置及车载设备，在贴片天线的上方设置有金属封闭环，金属封闭环位于贴片天线的上方，金属封闭环可对贴片天线发出的电磁波具有聚束作用，将电磁波从金属封闭环的中心孔处集中射出，可提升电磁波的辐射方向性和传输距离。

为了使本实用新型的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动的前提下所获得的所有其它实施例，均属于本实用新型保护的范围。

首先需要说明的是，在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述本实用新型实施例，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本实用新型的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

本实用新型实施例提供的车载设备，其包括壳体及设置在壳体内的贴片天线装置；其中，壳体可采用塑形材料制作，壳体内还设置有电源及控制芯片，电源为贴片天线装置发射电磁波提供电能，控制芯片用于处理贴片天线装置接收来自路边设备发出的电磁波并响应，以控制贴片天线装置发出电磁波，并与路边设备建立短讯通讯，以交换芯片中存储的车辆信息。

示例性地，车载设备通常安装在车辆的挡风玻璃上，并且车载设备中存有该车辆的识别信息，路边设备安装在收费站旁边；而且收费站的ETC通道还设置有环路感应器以及数据管理系统，数据管理系统中存储有大量ETC注册车辆以及车主信息。

当车辆通过收费站时，环路感应器感知车辆，路边设备发出询问信号，车载设备接收路边设备发出的询问信号并作出相应，并在路边设备和车载设备之间建立双向通信和数据交换的路径，数据管理系统获取车辆识别信息。例如，汽车的车型；数据管理系统根据车辆的车型计算应收取的过路费，以及发出通行的命令，以实现不停车收费，保证车辆的快速通行。

图1为本实用新型实施例提供的金属封闭环与贴片天线的布置示意图；图2为本实用新型实施例提供的贴片天线装置的整体结构示意图；图3为本实用新型实施例提供的贴片天线装置的正视图。

如图1至图3所示，本实用新型实施例提供的贴片天线装置，包括基板10、贴片天线20和金属封闭环30，其中，贴片天线20设置在基板10上，金属封闭环30位于基板10的一侧，金属封闭环30与贴片天线20相对设置，且金属封闭环30与贴片天线20之间具有一定高度差，以在金属封闭环30与贴片天线20之间形成谐振腔。

具体的，基板10可以是印制电路板(Printed Circuit Board，简称PCB)，基板10上设置驱动电路，驱动电路一端与贴片天线20电性连接，驱动电路的另一端与车载设备的电源连接，以为贴片天线20提供电能。另外，贴片天线20还与车载设备中的控制芯片连接，控制芯片控制贴片天线20发出(电磁波)微波，贴片天线20与ETC系统中的路边设备(RSU)通过电磁波建立短程通讯。

本实用新型实施例中提供的贴片天线20可以是陶瓷贴片天线，陶瓷贴片天线为方形贴片天线，贴片天线20的长度和宽度可分别为10mm；与其相对应的基板10的长度可以是42.4mm，宽度为42.6mm，即基板10近似为方形。可以理解的是，上述贴片天线20和基板10的大小仅为本实施例实施方式中的一种，本实施例对上述贴片天线20和基板10的大小不加以限制。

贴片天线20可安装在基板10的中心位置，在基板10驱动电路的作用下，陶瓷贴片天线20发出的电磁波的频率范围为5.74GHz至5.86GHz，并可被设置在ETC车道的路边设备(RSU)识别。

在贴片天线20的上方设置有金属封闭环30，金属封闭环30与贴片天线20相对设置；金属封闭环30呈片状结构并具有一定宽度，使其具有能够反射电磁波的反射面。例如，金属封闭环30可以是片状圆环或者片状矩形环等结构，并且金属封闭环30的制作材料可以是铜、铝或者金属合金等。

本实施例中基板10及金属封闭环30均设置在车载设备的壳体内，可将基板10和金属封闭环30安装在壳体的不同高度上；或者，金属封闭环30与基板10之间设置有支撑架，该支撑架可以是绝缘支撑架或者金属支撑架，本实施例以绝缘支撑架为例，对支撑架的结构及布置位置进行说明。

绝缘支撑架安装在基板10上，并通过基板安装至壳体内，绝缘支撑架一端固定在基板10上，绝缘支撑架远离基板10的一端与金属封闭环30连接，以将金属封闭环30设置在贴片天线20的上方，并且金属封闭环30与贴片天线20具有一定距离。本实施例优选的在基板10与金属封闭环30之间设置有绝缘支撑架，以便于将金属封闭环30设置在贴片天线20的上方。

绝缘支撑架可包括多个支撑柱40，多个支撑柱40可采用具有一定强度的绝缘材料制作，支撑柱40的一端可插接在基板10上，多个支撑柱40远离基板10的一端形成金属封闭环30的夹持空间，金属封闭环30可嵌设在多个支撑柱40形成的夹持空间内，或者，支撑柱40远离基板10一端可抵接在金属封闭环30的表面上。

本实施例在贴片天线20的上方设置有金属封闭环30，贴片天线20与金属封闭环30之间具有一定距离，且贴片天线20与金属封闭环30之间形成谐振腔；本实施例中的谐振腔可以是法布里-珀罗谐振腔，也称为F-P谐振腔，其可使电磁波在金属封闭环30与贴片天线振荡，贴片天线20发出的部分电磁波经金属封闭环30的中心孔射出，剩余部分电磁波被金属封闭环30反射至贴片天线20，并经金属封闭环30与贴片天线20之间多次反射，可使剩余部分电磁波汇聚在金属封闭环30的中心孔处，并由金属封闭环30的中心孔射出，即金属封闭环30对贴片天线20发出的电磁波具有聚束作用，能够降低电磁波的半功率波束宽度，可提升电磁波的辐射方向性及传输距离。

同时，相比在贴片天线上方设置有多个金属封闭环，本实用新型实施例仅设置有一个金属封闭环，不仅能够降低电磁波的半功率波束宽度以及第一波束旁瓣，而且其结构简单，能够提升贴片天线装置的制作效率及节省制作成本。

在上述实施例的基础上，本实用新型实施例提供的金属封闭环30为采用金属铜制作的片状圆环，即金属封闭环30为铜质圆环，铜质圆环包括中线孔，且铜质圆环的外缘的半径为5.8mm至7.8mm，铜质圆环的宽度可以是0.8mm至1.2mm，其厚度可以是0.02mm至0.04mm。在另一种实施方式中，铜质圆环的外缘半径可以进一步缩小，铜质圆环的外缘半径可以是6.3mm至7.3mm；更进一步的，铜质圆环的外缘半径可以是6.5mm至7mm。本实施例中在保证金属封闭环30具有一定宽度反射面的情况下，可缩小铜质圆环的尺寸，以使贴片天线20趋于小型化，以符合市场对车载设备小型化的要求。

在上述实施例的基础上，为便于将金属封闭环30设置在贴片天线20上方，本实用新型实施例提供的贴片天线装置还包括承载板50，承载板50与基板10平行且相对设置，且承载板50与基板10之间设置有多个支撑柱40，承载板50通过多个支撑柱40安装在基板10的上方。上述金属封闭环30位于承载板50朝向基板10的表面上，且金属封闭环30嵌设在基板10的表面上；金属封闭环30的底面凸出于基板10的表面，即金属封闭环30的底面裸露在基板10的表面。

图4为本实用新型实施例提供的金属封闭环与承载板的安装示意图。

如图4所示，承载板50可以是采用绝缘材料制作的透明板，其制作材料可以采用热固性树脂制作；例如，环氧树脂等；或者，承载板50采用聚氟乙烯或者聚四氟乙烯等制作；承载板50的厚度可以是0.3mm至0.6mm，承载板50的厚度大于金属封闭环30的厚度，以便于将金属封闭环30可嵌设在承载板50上。

具体地，承载板50在其中心区域设置有用于安装金属封闭环30的环形安装槽51，金属封闭环30为铜质圆环，其厚度可以是0.02mm至0.04mm，进一步的，金属封闭环30的厚度可以是0.035至0.038mm。环形安装槽51的深度可以是0.01mm，金属封闭环30的一底面嵌设在环形安装槽51内，金属封闭环30的另一底面凸出基板10的表面的高度可以是0.01mm至0.03mm。

另外，在承载板50的边缘区域设置有多个支撑柱40，多个支撑柱40可沿金属封闭环30的周向均匀布置。支撑柱40的一端可嵌设在基板10上，支撑柱40的另一端嵌设在承载板50上。

示例性地，基板10上设置有用于安装支撑柱40的第一安装孔，承载板50设置有用于安装支撑柱40的第二安装孔，且第一安装孔与第二安装孔相对；支撑柱40的一端安装在第一安装孔内，支撑柱40的另一端安装在第二安装孔内，以使支撑柱40垂直安装在承载板50和基板10之间。本实施例将金属封闭环30通过承载板50安装在基板10的上方，并且承载板50可拆卸安装在基板10上，以提升金属封闭环30的安装及拆卸效率。

进一步的，本实用新型实施例提供的金属封闭环30的中心与贴片天线20的中心可相对设置，提升了金属封闭环30对贴片天线20发出的电磁波的聚束作用，可提升电磁波信号的辐射方向性。例如，本实施例中贴片天线20的中心与金属封闭环30的中心之间的偏移小于或者等于0.5mm；优选地，贴片天线20的中心与金属封闭环30的中心小于0.3mm，可进一步提升电磁波信号的辐射方向性。

在上述实施例的基础上，本实用新型实施例中金属封闭环30所在的平面与基板10平行设置；或者，为便于将金属封闭环30快速安装至贴片天线20的上方，金属封闭环30所在的平面与基板10的表面可具有一定的夹角，其夹角的范围可以是0°至10°内；同时，金属封闭环30的中心与贴片天线20的中心的距离可以是7mm至16mm。

优选地，金属封闭环30所在的平面与基板10的表面形成的夹角可以是0°，且金属封闭环30中心与贴片天线20的中心之间的距离可以是9mm至13mm，以在贴片天线20与金属封闭环30之间形成谐振腔，金属封闭环30对贴片天线20发出的电磁波具有聚束作用，可提升电磁波的辐射方向性及传输距离。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的范围。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本实用新型的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

Claims (10)

1.一种贴片天线装置，其特征在于，包括基板、贴片天线和金属封闭环；

所述贴片天线设置在所述基板上，所述金属封闭环与所述贴片天线相对设置，所述金属封闭环位于所述贴片天线的一侧并具有间距，且两者之间形成谐振腔。

2.根据权利要求1所述的贴片天线装置，其特征在于，所述金属封闭环为片状圆环，所述金属封闭环的中心与所述贴片天线的中心的距离为7mm至16mm。

3.根据权利要求2所述的贴片天线装置，其特征在于，所述金属封闭环为铜质圆环；

所述金属封闭环的外缘半径为5.8mm至7.8mm，且所述金属封闭环的宽度为0.8mm至1.2mm。

4.根据权利要求1所述的贴片天线装置，其特征在于，所述金属封闭环的中心与所述贴片天线的中心偏移小于或等于0.5mm。

5.根据权利要求1所述的贴片天线装置，其特征在于，所述金属封闭环所在平面与所述贴片天线所在平面的夹角为0°至10°。

6.根据权利要求1所述的贴片天线装置，其特征在于，所述金属封闭环的中心与所述贴片天线的中心偏移小于或等于0.5mm。

7.根据权利要求1至6任一项所述的贴片天线装置，其特征在于，所述贴片天线装置包括支撑架，所述支撑架包括多个支撑柱；

所述支撑柱垂向安装在所述基板上，所述支撑柱的一端与所述基板连接，所述支撑柱的另一端与所述金属封闭环连接。

8.根据权利要求7所述的贴片天线装置，其特征在于，所述贴片天线装置包括承载板；

所述承载板通过所述支撑柱安装在所述基板的上方，所述金属封闭环嵌设在所述承载板朝向基板的表面上；

所述金属封闭环朝向所述基板的表面凸出所述承载板朝向所述基板的表面。

9.根据权利要求1所述的贴片天线装置，其特征在于，所述贴片天线发出的微波的频率范围为5.74GHz至5.86GHz。

10.一种车载设备，其特征在于，包括权利要求1至9任一项所述的贴片天线装置。

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