CN213026483U - 一种加载fss的天线玻璃 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种加载FSS的天线玻璃，包括FSS组合装置、车辆玻璃以及天线装置；所述天线装置包括天线和与之电连接的控制装置，所述天线设置在车辆玻璃上，所述FSS组合装置设置在天线对侧的车辆玻璃上，所述FSS组合装置包括带阻型FSS单元和带通型FSS单元。本实用新型通过在天线玻璃上加载FSS组合装置，可以增强天线辐射增益，具备引向功能，使得天线主要朝向车外辐射，使天线的方向性更好。同时为天线提供高透过率、高角度稳定性透波带，使得天线辐射方向图不受不同介质的影响而散射。

Description

一种加载FSS的天线玻璃

技术领域

本实用新型涉及通信技术领域，具体涉及一种加载FSS的天线玻璃。

背景技术

ETC(Electronic Toll Collection)即全自动电子收费系统，是智能交通系统的服务功能之一，它特别适合在高速公路和路桥收费点。车辆车主只要在车辆前挡风玻璃上安装ETC车载单元(OBU)，并预存费用，ETC车载单元通过天线与ETC收费站设备进行通信，通过收费站时，便不用人工缴费，也无须停车。使用这种收费系统，每车收费耗时不到两秒，其收费通道的通行能力是人工收费通道的5至10倍。ETC收费站设备和车载ETC单元稳定可靠通信，增加车辆收费一次成功通过率，如果天线出现故障，车载单元将无法收到天线的数据，造成ETC交易中断或者失败，因此天线的性能稳定可靠是确保ETC交易顺利进行的重要前提。

现有技术中，天线和车载单元的硬件电路一起装在同个黑盒中，形成一个整体的车载单元，然后将整个车载单元贴在车辆的前挡风玻璃上，主要存在以下几个缺点：

(1)天线在内侧玻璃设计时，信号穿透玻璃和封装胶PVB损耗比较大，增益变低。

(2)在夹层玻璃内部或玻璃表面设计天线时，由于玻璃、天线基板、PVB各种材料的介电常数和损耗正切角不同，对波有散射作用，使天线辐射方向图很不标准，难以满足如ETC要求的波瓣角度要求。

(3)天线设计在玻璃内部时，对天线板材厚度和天线馈电方式要求严格。

实用新型内容

为解决上述问题，本实用新型提供了一种加载FSS的天线玻璃，加载FSS组合装置，可以增强天线辐射增益，具备引向功能，使得天线主要朝向车外辐射，使天线的方向性更好；同时为天线提供高透过率、高角度稳定性透波带，使得天线辐射方向图避免受到不同介质的影响而散射。

为实现上述目的，本实用新型采取的技术方案包括：一种加载FSS的天线玻璃，包括FSS组合装置、车辆玻璃以及天线装置；所述天线装置包括天线和与之电连接的控制装置，所述天线设置在车辆玻璃上，所述FSS组合装置设置在天线对侧的车辆玻璃上，所述FSS组合装置包括带阻型FSS单元和带通型FSS单元。

作为本实用新型的一个优选的技术方案：所述天线设置在车辆玻璃的内侧或者内部，所述FSS组合装置至少包括一组FSS单元，所述FSS单元设置在车辆玻璃的外侧或者内部或者内侧。

作为本实用新型的一个优选的技术方案：所述车辆玻璃为夹层玻璃，包括内层玻璃、外层玻璃和中间层，所述天线设置在内层玻璃的内侧，所述FSS组合装置包括第一FSS单元和第二FSS单元，所述第一FSS单元与所述第二FSS单元设置在所述天线的同一侧，或者是所述天线设置在所述第一FSS单元与所述第二FSS单元之间。

作为本实用新型的一个优选的技术方案：所述第一FSS单元为带阻型FSS单元，所述第二FSS单元为带通型FSS单元。

作为本实用新型的一个优选的技术方案：所述带阻型FSS单元为贴片型FSS单元或组合型FSS单元，所述带通型FSS单元为缝隙性FSS单元或第一组合型FSS单元。

作为本实用新型的一个优选的技术方案：所述贴片型FSS单元由多个阵列分布的金属贴片构成，所述缝隙型FSS单元由多个阵列分布的孔径型金属贴片构成，所述组合型FSS单元由多组贴片型FSS单元组合而成，所述第一组合型FSS单元由多组缝隙型FSS单元组合而成。

作为本实用新型的一个优选的技术方案：所述阵列为矩形阵列或三角形阵列。

作为本实用新型的一个优选的技术方案：所述金属贴片为方形矩形或者六边形或者圆形的金属贴片，所述孔径型金属贴片为内部设置圆形孔径或者方形矩形孔径或者十字架缝隙的金属贴片。

作为本实用新型的一个优选的技术方案：所述FSS单元通过金属镀膜或者金属印刷的形式设置在车辆玻璃上。

作为本实用新型的一个优选的技术方案：所述FSS单元通过介质加载的方式设置在车辆玻璃上，包括设置在车辆玻璃上的介质板和设置在介质板上的FSS单元。

与现有技术相比，本实用新型具有以下有益效果：

1、车辆玻璃天线通过加载FSS组合装置，可以增强天线辐射增益，具备引向功能，使得天线主要朝向车外辐射，使天线的方向性更好。同时为天线提供高透过率、高角度稳定性透波带，使得天线辐射方向图不受不同介质的影响而散射。

2、提高了传输性能的稳定，利用FSS组合装置的吸收或反射特性，可以很好抑制了杂散信号向空间中辐射，也可以抑制天线接收带外杂散信号，影响整个通信设备的性能。

3、天线一般会与设备连接，也可以在车载电子通信设备盒体或外壳上利用FSS组合装置吸收或反射的特性，以防止EMC(电磁兼容)问题的出现，避免出现插卡式OBU可能会有带外抑制杂散超标的问题。

附图说明

图1为本实用新型整体结构示意图；

图2为本实用新型的天线与玻璃一体化设置的整体结构示意图；

图2a为本实用新型的天线与玻璃一体化设置的另一整体结构示意图；

图3为锚型金属贴片的结构示意图；

图4为三极子金属贴片的结构示意图；

图5为耶路撒冷十字金属贴片的结构示意图；

图6为十字架型金属贴片的结构示意图；

图7为方形金属贴片的结构示意图；

图8为圆形金属贴片的结构示意图；

图9为六边形金属贴片的结构示意图；

图10为圆形孔径型金属贴片的结构示意图；

图11为方形孔径型金属贴片的结构示意图；

图12为十字架孔径型金属贴片的结构示意图；

图13为组合型FSS单元的结构示意图；

图14为组合型FSS单元的另一结构示意图；

图15为FSS组合装置的整体结构示意图；

图16为带通型FSS单元的整体结构示意图；

图17为图16的局部放大图。

图1-图17中，1、天线，2、内层玻璃，3、外层玻璃，4、中间层，5、第一FSS单元，6、第二FSS单元，7、介质板，8、FSS组合，9、控制装置，10、缝隙型FSS单元，11、孔径型金属贴片。

具体实施方式

为了使本实用新型的目的及优点更加清楚明白，以下结合实施例对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

如图1所示，本实施例提供一种加载FSS的天线玻璃，包括FSS组合装置8、车辆玻璃、天线装置；天线装置包括天线1和与之电连接的控制装置9，天线1设置在车辆玻璃上，FSS组合装置8设置在天线1对侧的车辆玻璃上，FSS组合装置8包括带阻型FSS单元和带通型FSS单元；FSS是频率选择表面(Frequency Selective Surfaces)的英文简称，一般是由介质基板和周期性谐振单元构成，可以是单层也可以是多层结构，基本上，频率选择表面是无限阵列，它由沿一维或者二维方向周期排列的相同单元组成。FSS具有良好的空间滤波特性，当电磁波入射到其表面时，通过对FSS单元形状的选择以及尺寸的控制，能够在传输带内电磁波的同时反射带外电磁波，进而表现出不同的传播特性，从而使得FSS具有频率和极化选择特性。根据不同的传播特性，将FSS分为带阻型FSS和带通型FSS；带阻型FSS可以等效为LC串联谐振电路，相当于带阻型滤波器，在工作频段内可以等效为理想导电板,即对入射的在工作频段内的电磁波会产生全反射，而其他频率的电磁波会产生不同程度透射；在非工作频段，电磁波能够实现全透特性，当应用在OBU装置的天线1时，可以部分阻断ETC信号向车内辐射，如此则可以避免OBU和摄像头、wifi等多个电子设备安装在一起时相互干扰，从而减少电磁兼容问题。带通型FSS表现为带通特性，可以等效为LC并联电路，即相当于带通型滤波器，性能与带阻型FSS相反。根据使用需要，将带通型FSS单元和带阻型FSS单元设置在位于天线的不同位置，通过加载FSS单元的天线，可以增强天线辐射增益，具备引向功能，使得天线主要朝向车辆外部辐射，方向性更好，同时为天线提供高透过率、高角度稳定性透波带，避免天线辐射方向图受到不同介质的影响而散射。

当天线1应用OBU装置上时，天线1可以设置在车辆玻璃的内侧或者内部，FSS组合装置8至少包括一组FSS单元，FSS组合装置可以为1个FSS单元或2-3个FSS单元组合的方式，根据天线工作频带、性能和工艺合理性而定。FSS单元可以为金属网格形式的透明金属，也可以是金属镀膜，金属印刷形式，还可以通过介质加载方式，设置在车辆玻璃的外侧或者内部或者内侧，理论上FSS组合装置8需要无限多个FSS单元组合而成，从而使得FSS组合装置8具有良好的带通性或者带阻性，但是需要很大的空间，实际产业化很难满足这样的组合，单一FSS单元在很多情况下并不能满足实际带宽的要求，因此可以采用多个FSS单元级联的方法来展宽带宽。多个FSS单元的级联与单一FSS单元相比，优势在于带宽更宽、传输曲线顶部更加平坦以及两边陡降特性更好。

现有技术中，车辆玻璃分为夹层玻璃和单层的钢化玻璃等，如图2和图2a所示，当车辆玻璃为夹层玻璃时，包括内层玻璃2、外层玻璃3和中间层4，天线1设置在内层玻璃2的内侧，如图15所示，FSS组合装置8包括第一FSS单元5和第二FSS单元6，第一FSS单元5与第二FSS单元6设置在天线1的同一侧，第一FSS单元5和第二FSS单元6通过相互配合，实现对ETC信号的过滤，防止天线1接收杂散信号；或者是天线1设置在第一FSS单元5与第二FSS单元6之间；第一FSS单元5为带阻型FSS单元，设置在内层玻璃2上，用于阻止ETC信号向车内辐射，第二FSS单元6为带通型FSS单元，由于过滤天线1接收的ETC信号，提高了传输性能的稳定，利用FSS的吸收或反射特性，可以很好地抑制杂散信号向空间中辐射，也可以抑制天线接收带外杂散信号，影响整个通信设备的性能。

带阻型FSS单元为贴片型FSS单元或组合型FSS单元，贴片型FSS单元由多个阵列分布的金属贴片构成，如图13和图14所示，组合型FSS单元由多组贴片型FSS单元组合而成，如图3-图9所示，金属贴片为矩形或者六边形或者圆形的金属贴片，也可以为三极子或锚型或者十字架型或者耶路撒冷十字架型；如图15和图16所示，带通型FSS单元为缝隙性FSS单元或第一组合型FSS单元，缝隙型FSS单元10由多个阵列分布的孔径型金属贴片11构成，第一组合型FSS单元由多组缝隙型FSS单元10组合而成；如图10-图12所示，孔径型金属贴片11为内部设置圆形孔径或者矩形孔径或者十字架缝隙的金属贴片。阵列形式可以是矩形阵列或三角形阵列等。如图16和图17所示，当采用矩形孔径金属贴片时，矩形孔径金属贴片的周长理论上通常略小于λe，λe为矩形金属贴片在玻璃中的位置确定后，其等效波长，所以，矩形孔径金属贴片的边长L略小于1/4*λe。随着玻璃、PVB厚度及介电常数不同而不同，矩形孔径金属贴片在玻璃中的位置也会对λe有影响，缝隙宽度d以及两个缝隙间隔d1与FSS单元的谐振频率和谐振带宽有关系，具体取值需要根据FSS与天线1组合的具体设计要求而定。以设计一款工作于ETC5.8GHz频段的天线为例，单矩形金属贴片的结构尺寸为L在4.6mm左右，d约为0.4mm，d1约为0.8mm。

FSS单元通过金属镀膜或者金属印刷的形式设置在车辆玻璃上，也可以通过介质加载的方式设置在车辆玻璃上，包括设置在车辆玻璃上的介质板7和设置在介质板7上的FSS单元；介质板7的材料可以选择FPC(Flexible Printed Circuit的英文缩写)，包括LCP(工业化液晶聚合物)、MPI(改性聚酰亚胺)、PI(聚酰亚胺)等材料，也可以为PET(聚对苯二甲酸乙二酯)等透明材料，或FR4(玻璃纤维环氧树脂覆铜板)，或PTFE(聚四氟乙烯)等板材，优选为LCP，MPI和透明PET材料，采用透明PET材料可以避免普通板材遮挡视线的问题。当FSS设置在夹层玻璃上时，FSS单元可以设置在外层玻璃3，也可以设置在玻璃中间的中间层4内，中间层4可以是聚乙烯醇缩丁醛(PVB)、聚碳酸酯(PC)、隔音PVB、遮光带PVB、热控制PVB、乙烯醋酸乙烯酯(EVA)、热塑性聚氨酯(TPU)、离聚物、热塑性材料、聚对苯二甲酸丁二醇酯(PBT)、聚乙烯醋酸乙烯酯(PET)、聚萘二甲酸乙二醇酯(PEN)、聚氯乙烯(PVC)、聚氟乙烯(PVf)、聚丙烯酸酯(PA)、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚氨酯(PUR)及其组合物，本实施例优选PVB层，例如设置在PVB层的上表面、PVB层的下表面或嵌入在PVB层中，考虑设计实用性，当FSS单元采用介质加载的方式嵌入夹层玻璃PVB层时，介质板7和FSS单元的厚度最好小于或者等于PVB层的厚度。现有技术中，夹层玻璃厚度通常在1.6mm-2.1mm之间，PVB层的厚度通常约0.76mm。天线1可以为印刷方式，或者在PET等透明材料、LCP、MPI、PTFE等板材进行镀膜的方式设置在车辆玻璃上，当天线1夹在夹层玻璃的PVB层时，天线1的厚度最好小于或等于PVB层的厚度，从而利于天线嵌入PVB层中，有效衔接夹层玻璃的合片工艺等生产过程。

综上，本实用新型通过在天线玻璃上加载FSS组合装置，可以增强天线辐射增益，具备引向功能，使得天线主要朝向车外辐射，使天线的方向性更好。同时为天线提供高透过率、高角度稳定性透波带，使得天线辐射方向图不受不同介质的影响而散射。

以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本实用新型的保护范围。

Claims (10)

1.一种加载FSS的天线玻璃，其特征在于：包括FSS组合装置、车辆玻璃以及天线装置；所述天线装置包括天线和与之电连接的控制装置，所述天线设置在车辆玻璃上，所述FSS组合装置设置在天线对侧的车辆玻璃上，所述FSS组合装置包括带阻型FSS单元和带通型FSS单元。

2.根据权利要求1所述的一种加载FSS的天线玻璃，其特征在于：所述天线设置在车辆玻璃的内侧或者内部，所述FSS组合装置至少包括一组FSS单元，所述FSS单元设置在车辆玻璃的外侧或者内部或者内侧。

3.根据权利要求2所述的一种加载FSS的天线玻璃，其特征在于：所述车辆玻璃为夹层玻璃，包括内层玻璃、外层玻璃和中间层，所述天线设置在内层玻璃的内侧，所述FSS组合装置包括第一FSS单元和第二FSS单元，所述第一FSS单元与所述第二FSS单元设置在所述天线的同一侧，或者是所述天线设置在所述第一FSS单元与所述第二FSS单元之间。

4.根据权利要求3所述的一种加载FSS的天线玻璃，其特征在于：所述第一FSS单元为带阻型FSS单元，所述第二FSS单元为带通型FSS单元。

5.根据权利要求4所述的一种加载FSS的天线玻璃，其特征在于：所述带阻型FSS单元为贴片型FSS单元或组合型FSS单元，所述带通型FSS单元为缝隙性FSS单元或第一组合型FSS单元。

6.根据权利要求5所述的一种加载FSS的天线玻璃，其特征在于：所述贴片型FSS单元由多个阵列分布的金属贴片构成，所述缝隙型FSS单元由多个阵列分布的孔径型金属贴片构成，所述组合型FSS单元由多组贴片型FSS单元组合而成，所述第一组合型FSS单元由多组缝隙型FSS单元组合而成。

7.根据权利要求6所述的一种加载FSS的天线玻璃，其特征在于：所述阵列为矩形阵列或三角形阵列。

8.根据权利要求6所述的一种加载FSS的天线玻璃，其特征在于：所述金属贴片为矩形或者六边形或者圆形的金属贴片，所述孔径型金属贴片为内部设置圆形孔径或者矩形孔径或者十字架缝隙的金属贴片。

9.根据权利要求1-8任一项所述的一种加载FSS的天线玻璃，其特征在于：所述FSS单元通过金属镀膜或者金属印刷的形式设置在车辆玻璃上。

10.根据权利要求1-8任一项所述的一种加载FSS的天线玻璃，其特征在于：所述FSS单元通过介质加载的方式设置在车辆玻璃上，包括设置在车辆玻璃上的介质板和设置在介质板上的FSS单元。

Images