CN109075434A - 天线阵列 - Google Patents

Abstract

在用于接收圆极化卫星无线电信号的天线阵列中，包括闭环辐射器的天线结构放置在塑料保护天线罩中并以互锁方式固定在其中。

Description

天线阵列

技术领域

本发明涉及一种用于接收圆极化卫星无线电信号的天线装置，其中具有环形辐射器的天线结构布置在由塑料构成的保护天线罩中。

背景技术

这种接收发生在SDARS卫星无线电的示例中，其频率约为2.33GHz，在两个相邻频带中具有自由空间波长λ＝12.8cm，每个频带的带宽为4MHz，中心频率间隔为8MHz。所述信号被来自具有在一个方向上的圆极化的电磁波的不同的卫星照射。目前正在规划类似的卫星无线电***。因此，相应旋转方向上的圆极化天线用于接收。全球定位***(GPS)的卫星同样以大约1575MHz的频率在一个方向上辐射圆极化波，使得所述天线形状尤其通常也可以设计用于该服务。

这种天线最好用在车顶上，用于移动接收卫星无线电业务SDARS或XM或者例如车载GPS导航***的圆极化卫星信号。这里的金属车顶通常用作这种天线的扩展的导电基面。同样规定，在由介电塑料构成的壳形保护天线罩下方容纳用于接收圆极化卫星无线电信号的天线。壳体的开口侧在此由导电基板覆盖，该基板机械地连接到保护天线罩并且可以基本上水平定向地定位在机动车辆的外皮上。

这种环形辐射器从DE 10 2009 040 910中已知并且在图1中示出为现有技术。所示的环形辐射器由金属板切割并且随后通过弯曲形成为示出的形状。在DE 10 2013 005001中已知这种天线布置在由塑料材料构成的壳形保护天线罩下方。壳形保护天线罩用于保护天线既防潮又防静电(ESD保护)。这里描述的卫星天线具有环路设计并固定在基板上，该基板终止了保护天线罩的开口。在使用贴片天线作为圆极化卫星天线时，基板上的类似固定是典型的。

图1所示的已知卫星天线包括环形辐射器1，环形辐射器1由闭环3形成，特别是以间距h<λ/10布置，由附图标记10标记并与导电基板6平行延伸，并且具有线性的，基本上垂直的辐射器4a-4d，其以分布的形式连接到环形辐射器1的***并朝向导电基板6延伸。此处至少一个线性辐射器在其下端通过电容器5a-5c连接到导电基板6并且另一基本垂直的辐射器4d通过电容器5d连接到天线连接器5e。

除了天线的功能之外，接受车辆天线技术的决定性因素首先是与天线的制造以及在车辆上的实施相关的经济效益。

由于卫星天线的定向辐射图案的公差非常小，因此制造这种天线的公差非常小。不仅观察机械尺寸，而且观察天线体的介电特性同样是圆极化天线的问题，其根据例如贴片天线的不同作用原理工作。特别地，机械尺寸的观察在本环形辐射器中特别重要。

从金属板切割的环形辐射器的存储以及随后在批量生产中作为批量生产的产品弯曲也是有问题的。保持其形状的金属板结构的存储极其复杂和/或昂贵，并且由于极其紧密的公差，仅可以非常困难地避免通过操纵引起的结构的有害变形。

这些对精度的要求自然导致天线的制造成本增加。

发明内容

因此，本发明的目的在于设计一种用于接收圆极化卫星无线电信号的天线，该天线能够以较高的功能可靠性和较小的经济效益在车辆上更简单的实现。

该目的通过权利要求1的特征得到满足。

在从属权利要求和说明书中描述了本发明的有利实施例。

本发明的各个特征可以是：

保护天线罩1a包括在内部中部分中空的壳体，该壳体由介电塑料构成，并且可选地在壳体的开口侧机械地连接到导电基板；

在导电基面6和保护天线罩1a之间建立机械连接之前，天线结构2以形状匹配的方式引入保护天线罩1a；以及

将天线结构2引入保护天线罩1a中的方式是精确的形状，使得在导电基面6和保护天线罩1a之间建立机械连接时，用于形成电容式扁平电极5a-5d和导电基底表面6之间分别所需的电容的间隔11被准确地观察到。

本发明的构思尤其包括将薄片材料的可轻微变形的天线结构2引入保护性天线盖1a中，所述保护性天线盖1a在其内部以相应的形状精确地形成并且特别是具有时间稳定性。本发明的特别优点在于，由于保护天线罩1a的形状被压入塑料中，因此可以容易地观察到尺寸稳定性。特别是现代塑料的特性在极端天气条件下也具有长期稳定性。根据给定的现有技术，总是可以建立保护天线罩1a和导电基面6之间的固定连接。因此，环形辐射器1的功能所需的尺寸稳定性可以通过保护天线罩1a内部的相应形状的塑料体来建立，天线结构2以夹紧的方式紧固在该塑料体上，例如，在保持天线盖1a预载下。此外，可以在保护天线罩1a的塑料中设置至少一个闩锁元件，例如闩锁鼻部26(图4)，以保持天线结构2。

对于根据图1中的现有技术的环形辐射器1，电极5a、5b、5c、5d对电容值的观察对于天线阻抗和辐射方向图案非常重要。为此目的，确保电容式扁平电极7a-7d从导电基面6或从形成天线连接器10的对电极25所需的正确间隔11(见图3)通过保护天线罩1a的尺寸稳定性以简单的方式给出。本发明的特殊优点在于，除了精确观察电容器5a-5d在电容式扁平电极7a-7d与导电基底表面6之间所需的距离11之外，当保护天线罩1a机械连接到导电基面6时，还可以电容地建立天线结构2到天线连接器10的连接，即没有焊接连接。这种电容实现了在基面6上的天线结构2与更多的先进电路的连接-通常由电路板实现-特别是对于大规模生产具有显著的成本优势。

在本发明的有利实施例中，天线结构2通过导向沟槽或凹槽9的导轨***被推入保护性天线盖1a中，导向沟槽或凹槽9朝向保护性天线盖1a的开口敞开。在径向金属板条4a-4d向下弯曲的垂直辐射器15的弯曲角度相对于环形结构3的平面大约90°时，自然产生突出部分12，该突出部分大致对应于金属板的厚度。

为了引导垂直辐射器4a-4b，为此可以在保护天线罩1a的塑料体上的保护天线罩1a中设计多个垂直内表面，所述保护天线罩1a具有直线垂直引导槽9，该引导槽9彼此平行地完全延伸，使得在天线结构2的高度上形成直到保护天线罩1a的开口边缘11的轨道***，导向沟槽9的位置适合于环形结构3的尺寸，且它们的宽度适合于形成垂直辐射器4a-4d的金属板条的宽度，并且垂直辐射器4a-4d在天线结构2的***时以精确的形状被引导。

电容器5a、5b、5c、5d各自由电容式扁平电极7a-7d形成，并且分别与其平行的基板6的平面中的平坦对电极相对设置。在每种情况下，电容器5a、5b、5c、5d的电容值由间隔11共同确定。

在根据图1中的现有技术的环形辐射器1中，由电容式扁平电极7a-7d观察电容值5a、5b、5c、5d对于天线阻抗和辐射图案是非常重要的。为此目的，根据本发明，确保电容式扁平电极7a-7d从导电基面6或从形成天线连接器10的对电极25所需的正确间隔11(见图3)由保护天线罩1a的尺寸稳定性，以简单的方式给出。为了将垂直辐射器4d在其下端处与基板6的平面中的天线连接器10电容性连接，形成与其电绝缘的扁平对电极25。

为了确保在压制壳形盖时无错误地去除模具，设置在壳形保护天线罩1a内部的所有扁平部分和设置在壳形保护天线罩1a的外表面上的所有扁平部分应采用朝向水平参考平面的不大于89.5％作为脱模斜面的角度。

为了产生预载荷，由预制件建立的垂直辐射器15的弯曲角度可以设定为相对于环形结构3的平面小于90°的几个环形度，例如87°。通过将天线结构2***由保护天线罩1a内部的引导槽9形成的轨道***中，垂直辐射器被压入相对于环形结构3的平面的90°的期望角度位置。

还公开了由用于产生相对于导电基面6的预载荷的预制件建立的电极角14可以设定为小于90°的几个角度，例如同样为87°。为了将电极角度14调节为90°，为此目的，在保护天线罩1a的内部中形成具有两个支座的调节冲头16，其中上支座17向下保持环结构3并且下部支座18按下电容式扁平电极7a-7d，使得当天线结构2完全***保护性天线罩1a的内部时，相对于导电基部表面6的平行度被设定。另外，通过调节冲头16的下支座17与其位于导电基面6上的端部之间的间隔精确地观察到所需的间隔11。支座当然也可以在保护天线罩1a的内部以不同方式形成。

根据本发明，以特别经济的方式确保天线结构2具有正确的形状，并因此在***保护性天线盖1a之后保持长期所述预期的电数据。现代塑料具有极小的热膨胀系数，例如65*10^-61/℃。在此基础上充分给出了电容器5a-5d所需的一致性。

附图说明

下面将参考实施例更详细地解释本发明。相关附图详细示出：

图1：根据现有技术的环形辐射器1，包括从金属板切割并通过在导电基面6上方弯曲成形的天线结构2；

图2：通过在保护天线罩1a(图3)的内部形成环绕的引导槽9和调节冲头16，在天线罩1a中形成天线结构2的形状限定固定的方案。在金属板的下/内侧上的尖锐的冲头毛刺便于将设计成金属板“腿”的垂直辐射器4a-4d***导向装置中。由预制件产生的电极角度14在该示例中设定为大约87°，并且垂直辐射器15相对于环形结构3的平面的弯曲角度同样设定为大约87°。通过借助于图2所示的调节方法将天线结构2引入保护天线罩1a，使两个角度达到90°的最终角度。

图3：通过在垂直延伸的导向槽9中引导略微突出的垂直辐射器4a-4d，将天线结构2固定在根据本发明的保护天线罩1a中，并凭借调节冲头16将电容式扁平电极7保持向下来固定电容式扁平电极7。作为塑料压制的保护性天线盖1a的内部形状的一部分的调节冲头16设置有两个支座17、18，其中上支座17保持环形结构3并且下支座18以这样的方式按压电容式扁平电极7，使得其与导电基面6的平行度被设定。通过调节冲头16的下支座17与其位于导电基面6上的端部之间的间距精确地观察所需的间隔11。在调节冲头16的下端处通过按压到导电表面6(未示出)来通过调节冲头16的下端的长度实现这种效果。天线结构2由于金属板的弹性而被机械预加载，并且在通过预设图2所示的垂直辐射器15的弯曲角度和到87°的电极角度14下，***保护天线罩1a之后，天线结构2长期完全稳定；

图4：根据本发明的天线装置0在车顶上的侧视图中的表示，作为行进方向平面中的截面。保护天线罩1a(ESD盖)作为导电基面6安装在电路板上方。所述示例示出了调节冲头16的实施例，其具有支座17和18以及由两个横向标记的引导沟槽9形成的在保护天线罩1a的内部的天线结构2的引导件的形状。在本发明的该有利实施例中，空间19保留在用于垂直天线的保护性天线罩1a内部的中心，例如，优选地所述垂直天线可以设计成电路板技术；

图5：在水平截面的平面图中，在车顶上表示根据本发明的天线装置0。保护天线罩1a的内部设计的示例性实施例具有调节冲头16，用于压紧环形结构3并固定其高度20(图3)和用于调节电容式扁平电极7a-7d。如上所述，该附图还示出了在保护天线罩1a的内部中心处存在用于垂直天线的空间19；

图6：示出了作为电路结构的支撑件和地面天线的部件的一个天线电路板23。其被布置在行进方向F的垂直平面中。用于地面电话天线24(图7)的电路结构可以例如以这种方式与卫星天线电磁去耦地印刷。在横向于行进方向F的平面中以V形成角度的扇形电路条被施加到电路板的两侧，以形成地面宽带通信天线22，例如，用于LTE；

图7：横向于行进方向F的垂直平面中的侧视图中的截面。地面宽带通信天线22的扇形电路条连接到天线电路板23，地面电话天线24也通过该天线电路板23形成。

具体实施方式

此外，在保护天线罩1上方安装杆状地面天线21(例如用于AM/FM/DAB等)，以在环形辐射器1的垂直中心线的延续处形成用于较低频率的地面天线，并且它与保护天线罩1a机械地连接，并与天线电路板23电连接。

以下再次示出了本发明的有利实施例：

1、一种用于接收圆极化卫星无线电信号的天线装置(0)，其中具有环形辐射器(1)的天线结构(2)布置在塑料保护天线罩(1a)中，其中所述保护天线罩(1a)在内侧设置有凹槽(9)，所述凹槽(9)朝向开口敞开并且适合于所述天线结构(2)的外轮廓，使得在***所述开口后，其在所述保护天线罩(1a)中至少在周向方向上保持形状匹配。

2、根据示例1所述的天线装置(0)，

其特征在于，

至少一个支座(17、18)，设置在所述保护天线罩(1a)中，当所述天线结构(2)被完全推入所述保护天线罩(1a)时，所述天线结构(2)邻接所述至少一个支座(17、18)。

3、根据示例1或2所述的天线装置(0)，

其特征在于，

闩锁元件(26)，所述闩锁元件(26)设置在所述保护天线罩(1a)中，所述闩锁元件(26)将所述天线结构(2)固定在所述保护天线罩(1a)中的完全***位置。

4、根据前述示例中至少一项所述的天线装置(0)，

其特征在于，

所述引导槽(9)的位置适合于所述环形结构(3)的尺寸，并且它们的宽度适合于形成所述垂直辐射器(4a-4d)的金属板条的宽度，所述垂直辐射器(4a-4d)在将所述天线结构(2)***这些引导槽(9)中时，以精确的形状被引导。

5、根据前述示例中至少一项所述的天线装置(0)，

其特征在于，

所述天线结构(2)是弯曲的金属板部件，所述弯曲的金属板部件具有闭环结构(3)，其形成所述环形辐射器(1)并且在其周边处至少三个金属板条(4a-d)背向所述环形结构(3)形成以设计垂直辐射器(4a-d)，其端部分别形成为电容式扁平电极(7a-7d)。

6、根据示例5所述的天线装置(0)，

其特征在于，

所述金属板条(4a-4d)由所述环形结构(3)的平面弯曲约90°的弯曲角度(15)，其中所述电容式扁平电极(7a-7d)由相对于所述金属板条的约为90°的所述电极弯曲角度(14)弯曲，并且其中电容式扁平电极(7a-7d)以几乎与所述环形结构(3)的平面平行的间隔(11)延伸。

7、根据示例5或6所述的天线装置(0)，

其特征在于，

所述垂直辐射器以所述环形结构(3)的平面的弯曲角度(15)被弯曲以产生预载荷，所述弯曲角度(15)设定为小于90°的几个角度，使得在将所述天线结构(2)***所述保护天线罩(1a)之后，当所述天线结构(2)完全***所述保护天线罩(1a)中时，所述垂直辐射器(4a-4d)在预载下被保持在凹槽中。

8、根据前述示例2至7中至少一项所述的天线装置(0)，

其特征在于，

所述环形辐射器(1)或环形结构(3)邻接所述支座(17)。

9、根据前述示例5至8中至少一项所述的天线装置(0)，

其特征在于，

至少一个支座(18)设置在所述保护天线罩(1a)中，当所述天线结构(2)完全***所述保护天线罩(1a)中时，所述电容式扁平电极(7a-7d)邻接所述至少一个支座(18)。

10、根据示例9所述的天线装置(0)，

其特征在于，

所述电容式扁平电极(7a-7d)通过电极角度(14)相对于所述垂直辐射器(4a-4d)弯曲以产生预载荷，所述电极角度(14)设定为小于90°的几个角度，使得在所述天线结构(2)***所述保护天线罩(1a)中之后，当所述天线结构(2)完全***所述保护天线罩(1a)中时，所述电容式扁平电极(7a-7d)以预载荷接触所述支座(18)

11、根据前述示例中至少一项所述的天线装置(0)，

其特征在于，

用于垂直天线的空间(19)设置在所述保护天线罩(1a)内部的所述环形辐射器(1)的中心，并且将用于地面无线电业务的至少一个垂直天线(21、22、24)布置在所述空间(19)。

12、根据示例11所述的天线装置(0)，

其特征在于，

天线电路板(23)用于形成用于所述空间(19)中的地面无线电业务的垂直极化天线，所述天线电路板(23)被设计为电路结构和地面天线的部件的支撑件，并且被保持在形成于所述保护天线罩(1a)内部的引导槽中。

13、根据示例12所述的天线装置(0)，

其特征在于，

在平面中成角为V形的扇形导体条附接到所述电路板(23)的两侧，以形成地面宽带通信天线(22)。

14、根据示例12至13中任一项所述的天线装置(0)，

其特征在于，

杆状地面天线(21)，与所述保护天线罩(1)机械地连接并且与所述天线电路板(23)电连接，所述杆状地面天线(21)在所述环形辐射器(1)的垂直中心线的延续部分中附接在所述保护天线罩(1a)的上方，以形成用于较低频率的地面天线。

15、根据示例12至14中任一项所述的天线装置(0)，

其特征在于，

对于所有现有的地面天线，在所述天线电路板(23)的下端处形成普通地面天线连接。

16、根据前述示例中至少一项所述的天线装置(0)，

其特征在于，

在没有焊接连接的情况下建立所述天线结构(2)与天线连接器(10)的连接。

附图标记列表：

0 天线装置

1 环形辐射器

1a 保护天线罩

2 天线结构

3 环形结构

4a-d 垂直辐射器

5a-5d 电容器

6 导电基面

7a-7d 电容式扁平电极

8 垂直辐射器

9 垂直延伸的引导槽

10 天线连接器

11 开口边界

12 突出部分

13 锋利的冲头毛刺

14 电极角度

15 垂直辐射器的弯曲角度

16 调整冲头

17 上支座

18 下支座

19 垂直天线空间

20 高度

21 杆状地面天线

22 地面宽带通信天线

23 天线电路板

24 地面电话天线

25 对电极

26 闩锁鼻部

Claims (16)

1.一种天线装置(0)，用于接收圆极化卫星无线电信号，其中具有环形辐射器(1)的天线结构(2)布置在塑料保护天线罩(1a)中，其中所述保护天线罩(1a)在内侧设置有凹槽(9)，所述凹槽(9)朝向开口敞开并且适合于所述天线结构(2)的外轮廓，使得在***通过所述开口后，所述天线结构(2)在所述保护天线罩(1a)中至少在周向方向上保持形状匹配。

2.根据权利要求1所述的天线装置(0)，

其特征在于，

至少一个支座(17、18)，设置在所述保护天线罩(1a)中；当所述天线结构(2)被完全推入所述保护天线罩(1a)时，所述天线结构(2)邻接所述至少一个支座(17、18)。

3.根据权利要求1或2所述的天线装置(0)，

其特征在于，

闩锁元件(26)，设置在所述保护天线罩(1a)中；所述闩锁元件(26)将所述天线结构(2)固定在所述保护天线罩(1a)中的完全***位置。

4.根据前述权利要求中至少一项所述的天线装置(10)，

其特征在于，

所述引导槽(9)的位置适合于所述环形结构(3)的尺寸，并且它们的宽度适合于形成垂直辐射器(4a-4d)的金属板条的宽度，所述垂直辐射器(4a-4d)在将所述天线结构(2)***这些引导槽(9)中时，以精确的形状被引导。

5.根据前述权利要求中至少一项所述的天线装置(0)，

其特征在于，

所述天线结构(2)是弯曲的金属板部件，所述弯曲的金属板部件具有闭环结构(3)，其形成所述环形辐射器(1)并且在其周边处至少三个金属板条(4a-d)远离所述环形结构(3)形成以设计垂直辐射器(4a-d)，所述垂直辐射器(4a-d)的端部分别形成为电容式扁平电极(7a-7d)。

6.根据权利要求5所述的天线装置(0)，

其特征在于，

所述金属板条(4a-4d)由所述环形结构(3)的平面弯曲约90°的弯曲角度(15)，其中所述电容式扁平电极(7a-7d)由相对于所述金属板条的约为90°的所述电极弯曲角度(14)进行弯曲，并且其中电容式扁平电极(7a-7d)以几乎与所述环形结构(3)的平面平行的间隔(11)来延伸。

7.根据权利要求5或6所述的天线装置(0)，

其特征在于，

所述垂直辐射器以所述环形结构(3)的平面的弯曲角度(15)被弯曲以产生预载荷，所述弯曲角度(15)设定为小于90°的几个角度，使得在将所述天线结构(2)***所述保护天线罩(1a)之后，当所述天线结构(2)完全***所述保护天线罩(1a)中时，所述垂直辐射器(4a-4d)在预载下被保持在凹槽中。

8.根据前述权利要求2至7中至少一项所述的天线装置(0)，

其特征在于，

所述环形辐射器(1)邻接所述支座(17)。

9.根据前述权利要求5至8中至少一项所述的天线装置(0)，

其特征在于，

至少一个支座(18)设置在所述保护天线罩(1a)中，当所述天线结构(2)完全***所述保护天线罩(1a)中时，所述电容式扁平电极(7a-7d)邻接所述至少一个支座(18)。

10.根据权利要求9所述的天线装置(0)，

其特征在于，

所述电容式扁平电极(7a-7d)通过电极角度(14)相对于所述垂直辐射器(4a-4d)弯曲以产生预载荷，所述电极角度(14)设定为小于90°的几个角度，使得在所述天线结构(2)***所述保护天线罩(1a)中之后，当所述天线结构(2)完全***所述保护天线罩(1a)中时，所述电容式扁平电极(7a-7d)以预载荷接触所述支座(18)。

11.根据前述权利要求中至少一项所述的天线装置(0)，

其特征在于，

用于垂直天线的空间(19)设置在所述保护天线罩(1a)内部的所述环形辐射器(1)的中心，并且将用于地面无线电业务的至少一个垂直天线(21、22、24)布置在所述空间(19)中。

12.根据权利要求11所述的天线装置(0)，

其特征在于，

天线电路板(23)用于形成用于所述空间(19)中的地面无线电业务的垂直极化天线，所述天线电路板(23)被设计为电路结构和地面天线的部件的支撑件，并且被保持在形成于所述保护天线罩(1a)内部的引导槽中。

13.根据权利要求12所述的天线装置(0)，

其特征在于，

在平面中成角为V形的扇形导体条附接到所述电路板(23)的两侧，以形成地面宽带通信天线(22)。

14.根据权利要求12至13中任一项所述的天线装置(0)，

其特征在于，

杆状地面天线(21)，与所述保护天线罩(1)机械地连接并且与所述天线电路板(23)电连接，所述杆状地面天线(21)在所述环形辐射器(1)的垂直中心线的延续部分中附接在所述保护天线罩(1a)的上方，以形成用于较低频率的地面天线。

15.根据权利要求12至14中任一项所述的天线装置(0)，

其特征在于，

对于所有现有的地面天线，在所述天线电路板(23)的下端处形成共同地面天线连接。

16.根据前述权利要求中至少一项所述的天线装置(10)，

其特征在于，

在没有焊接连接的情况下建立所述天线结构(2)与天线连接器(10)的连接。