CN109314310A - 车载天线 - Google Patents

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Abstract

本发明一实施例的用于卫星多媒体服务的车载天线包括：天线模块，其包括贴片天线；反射体，与所述贴片天线隔开预定距离而设置以使从所述贴片天线发射的电磁波在特定角度上的增益最大化；以及电介质，***所述贴片天线和所述反射体之间而设置。

Description

车载天线
技术领域
本申请主张2016年6月20日在韩国提出专利申请第10-2016-0076709的优先权，将该韩国申请的说明书中公开的整体内容引入于此作为参考。
本发明涉及一种天线技术，更具体地，涉及一种将尺寸减小的车载天线。
背景技术
随着通信设备的发展，用于发送和接收各种类型的无线信号的天线设置于车辆的内部和外部。各种类型的无线信号可包括：利用基于位置的***的GNSS(GlobalNavigation Satellite System：全球导航卫星***)信号、FM和AM无线电信号、用于在车内收看数字广播的DMB(Digital Multimedia Broadcast：数字多媒体广播)信号、用于远程信息通信的TMU(Telematics Management Unit：远程信息处理单元)信号、XM卫星无线电信号和天狼星卫星(Sirius：天狼星)信号、DAB(Digital Audio Broadcasting：数字音频广播)信号等。这种车载天线技术领域的重要课题在于因车辆的空间限制等的原因需要使天线小型化。
最近，对北美的卫星多媒体服务(Sirius XM)的车载天线的需求正在增加。虽然目前仅实施语音服务，但如果扩展到数据服务，其重要性将进一步提高。用于接收所述卫星多媒体服务的车载天线应包括：作为基本配置的2.4GHz的RHCP(Right Hand CircularPolarized：右旋圆极化)贴片天线、以及与该贴片天线以规定间隔分开配置的作为导体结构的反射体(Reflector)。调整所述反射体和所述贴片天线之间分离距离以满足所述卫星多媒体服务的性能规格。
图1是表示现有技术的车载天线的图，如图1所示，现有技术的车载天线包括：基座110、信号处理基板120、天线模块130、反射体140以及壳体150。
基座110是整体具有平板(plate)形状的构件，其下表面结合于车辆的外部面板，上部设置有所述信号处理基板120和天线模块130。
信号处理基板120处理由所述天线模块130接收的信号。例如，通过带通滤波器对需要的频带的信号进行滤波以去除噪声等，并放大到所需的水平。这种信号处理基板120可以通过如PCB(Printed Circuit Board，印制电路板)形式来配置。
天线模块130接收用于前述的卫星多媒体服务的信号并发送到所述信号处理基板120。天线模块130设置于所述信号处理基板120的接地面，并按顺序层叠有电介质132和贴片天线133。
反射体140固定设置于壳体150或固定设置于另一个支撑结构以设置在与所述天线模块130的上部分离一定距离的位置。反射体140位于与所述天线模块130分离一定距离的位置，从而使从天线模块130发射的电磁波倾斜，以使特定角度上的增益最大化。通常，为了所述北美的卫星多媒体服务，电波的峰值增益应出现在以所述天线模块130的中心为基准的约60度处，为此，天线模块130和反射体140最小应分离3mm～10mm。
壳体150与基座110结合以在内部收容空间***述信号处理基板120、天线模块130、反射体140。壳体150以鱼翅的形状实现，从而可以减小车辆移动时产生的空气阻力和风噪声。
如参照上述图1所述，用于所述北美的卫星多媒体服务的车载天线应包括：作为基本配置的2.4GHz的RHCP贴片天线133和从该贴片天线133分离规定间隔而设置的作为导体结构的反射体140，为了获得60度上的电波的峰值增益，贴片天线133和反射体144应最小分离3mm～10mm而设置，其结果，存在车载天线的尺寸变大的问题。因此，需具有最小分离距离的贴片天线133和反射体144在流线型设计的车载天线中占据较大空间，另外，在车载天线作为用于同时实现为如LTE(Long Term Evolution：长期演进)的移动通信服务的天线模块和为GNSS服务的天线模块等的各种类型的天线模块的情况下，贴片天线133与反射体144之间的宽的间隔会限制空间。
发明内容
技术课题
本发明为了解决上述问题而提出，其目的在于，减小用于卫星多媒体服务的车载天线中的贴片天线与反射体之间的间隔以实现小型化。
此外，本发明的另一个目的在于，减小车载天线中的贴片天线与反射体之间的间隔，提高发射效率。
解决问题的技术方案
为了实现上述目的，根据本发明的一个方面，车载天线包括：天线模块，其包括贴片天线；反射体，与所述贴片天线隔开一定距离而设置以使从所述贴片天线发射的电磁波在特定角度上的增益最大化；以及电介质，***所述贴片天线和所述反射体之间而设置。
根据一实施例，所述电介质与所述反射体相接而设置，而与所述贴片天线隔开规定距离。
根据一实施例，可还包括隔离片，其设置于所述贴片天线和所述电介质之间的间隔空间并与所述贴片天线和所述电介质相接。
根据一实施例，所述隔离片可以是海绵等的低介电常数的物质。
根据一实施例，所述电介质的介电常数为3至50。
根据一实施例，所述天线模块可包括：接地面；另一个电介质，堆叠在所述接地面上；以及所述贴片天线，堆叠在所述另一个电介质上。
根据一实施例，所述反射体的上表面以分形(fractal)结构形成，其可以实现大量边缘，并通过该边缘发射电场。
根据一实施例，所述电介质和所述反射体的尺寸可以等于或大于所述贴片天线。
根据一实施例，所述电介质的厚度可以大于所述反射体的厚度。
发明效果
根据一实施例，通过在贴片天线和反射体之间***电介质，可以减小贴片天线和反射体之间的物理分离距离，并且可以满足卫星多媒体服务规格，从而可以实现用于卫星多媒体服务的车载天线的小型化。
根据一实施例，可以通过将反射体的上表面制作成分形结构以具有大量边缘，从而补偿所述电介质引起的发射损耗。
根据一实施例，通过在所述贴片天线和所述电介质之间的间隔空间***介电常数低的隔离片，由此将贴片天线、电介质和反射体制造成一体型，从而简化了车载天线的制造工程并降低废品率，此外，通过吸收车辆移动时产生的冲击，可以降低车载天线故障的发生。
附图说明
图1是表示现有技术的车载天线的图。
图2是表示本发明的一实施例的车载天线的图.
图3是图2的车载天线的主要构成要素的立体图。
图4是将图3的主要构成要素堆叠的剖视图。
图5是用于说明本发明的一实施例中通过贴片天线与反射体之间的电介质来减小分离距离的效果的图。
图6是表示本发明的一实施例的反射体的上面结构的图。
图7a是表示现有技术的车载天线的电磁场的图。
图7b是表示本发明的一实施例的车载天线的电磁场的图。
图8是比较现有技术和本发明的一实施例的车载天线的电压驻波比的图。
图9是表示现有技术和本发明的一实施例的车载天线的发射图案的图。
图10是比较现有技术和本发明的一实施例的车载天线的高度的图。
图11是本发明的另一个实施例的车载天线的主要构成要素的立体图。
图12是将图11的主要构成要素堆叠的剖视图。
具体实施方式
以下，参照附图说明本发明的优选实施例，使本领域技术人员可以容易得地实施本发明。然而，在对本发明的优选实施例的详细说明中，当判断对于相关的已知功能或构成的具体说明使本发明的宗旨不清楚时，将省略对其详细说明。此外，对于类似功能和作用的部分，将贯穿所有附图使用相同符号。
图2是表示本发明的一实施例的车载天线的图，如图2所示，本实施例的车载天线包括：基座210、信号处理基板220、天线模块230、反射体240、壳体250以及电介质260。
基座210是整体具有板形状的构件，下部面与车辆的外部面板结合，在上部设置有所述信号处理基板220和所述天线模块230。
信号处理基板220处理由所述天线模块230接收的信号。例如，通过带通滤波器对需要的频带的信号进行滤波以去除噪声等，并放大到所需的水平。这种信号处理基板220可以通过例如PCB(Printed Circuit Board，印制电路板)形式来配置。
天线模块230接收2.4GHz的卫星多媒体服务信号并发送到所述信号处理基板220。天线模块230设置于所述信号处理基板220的接地面，按顺序堆叠有电介质232和贴片天线233。贴片天线233为2.4GHz的RHCP(Right Hand Circular Polarized：右旋圆极化)贴片。
反射体240作为板形状的导体，其固定设置于壳体250或固定设置于另一个支撑结构以与所述天线模块230的上部分离一定距离而设置。反射体240与所述天线模块230分离一定距离而设置，从而使从所述天线模块230发射的电磁波倾斜，以使在特定角度上的增益最大。通常，为了所述北美的卫星多媒体服务，电波的峰值增益应出现在以所述天线模块230的中心为基准的约60度处。调整所述反射体240和所述贴片天线233的间隔以使电波的峰值增益出现在所述天线模块230的中心为准的约60度处。
与现有技术的车载天线相比，本实施例的车载天线中，在天线模块230的贴片天线233与反射体240之间还包括电介质260。电介质260设置成与所述反射体240的下面相接，并以规定距离与贴片天线233隔开，例如最小隔开0.1mm以上的间隔。当电介质260和贴片天线233设置成在物理上接触时，阻抗受到影响，并据此需要减小贴片天线233的尺寸以进行阻抗匹配，然而此时的发射效率减小。因此，贴片天线233和电介质260优选最小隔开0.1mm以上，用于保持发射效率。当贴片天线233和电介质260最小隔开0.1mm以上时，贴片天线233和电介质260之间形成介电常数接近1的气隙(air gap)，从而可以使阻抗影响最小化。
电介质260的介电常数优选为3至50，例如，本实施例中的电介质260的介电常数为12。在参照图1说明的现有技术的车载天线中，贴片天线133与反射体140之间形成气隙(airgap)而不放置单独的物质。然而，本实施例的车载天线中，在贴片天线233与反射体240之间还包括电介质260，并通过所述电介质260可以使反射体240进一步靠近贴片天线233设置。即，可以以比现有技术的贴片天线133和反射体140之间的分离距离更小的分离距离设置反射体240。
壳体250与基座210结合并在其内部收容空间***述信号处理基板220、天线模块230、反射体240。壳体250以鱼翅的形状实现，从而可以减小车辆移动时产生的空气阻力和风噪声。
图3是图2的车载天线的主要构成要素的立体图，图4是将图3的主要构成要素堆叠的剖视图。
参照图3和图4，在信号处理基板220的接地面上按顺序堆叠有天线模块230的电介质232和贴片天线233。这种天线模块230与一般的微波传输带贴片天线的构成相同。如前所述，天线模块230接收2.4GHz的卫星多媒体服务信号。供电构件设置于信号处理基板220的接地面，该供电构件通过输电线连接于所述贴片天线233。通常，供电构件和输电线由导线等制成。天线模块230中包括的电介质232设置于接地面与贴片天线233之间，并可以应用各种材料的电介质，如塑料，特氟隆，陶瓷，玻璃，环氧基，合成树脂等。贴片天线233使用导电率优异的金属薄板而形成。例如，可以使用铜或铝等的金属薄板，或者也可以使用银、金等导电率优异并成形性和加工性优异的银、金等的金属薄板。
如图3和图4所示，在天线模块230与反射体240之间***电介质260。电介质260可应用塑料、特氟隆、陶瓷、玻璃、环氧基、合成树脂等各种材料的电介质。电介质260与反射体240的表面相接，而与天线模块230的贴片天线233隔开规定的分离距离而设置。电介质260和贴片天线233之间最小隔开0.1mm以上的间隔以形成气隙(air gap)。当电介质260和贴片天线233在物理上接触设置时，阻抗受到影响，并据此需要减小贴片天线233的尺寸以进行阻抗匹配，然而此时的发射效率减小。因此，贴片天线233和电介质260优选最小隔开0.1mm以上，用于保持发射效率。当贴片天线233和电介质260最小隔开0.1mm以上时，贴片天线233和电介质260之间形成介电常数接近1的气隙(air gap)，从而可以使阻抗影响最小化。
电介质260接触反射体240而设置，将贴片天线233和电介质260以规定距离间隔开，反射体240固定在壳体250上或固定在单独的支撑结构中。当在贴片天线233和反射体240之间***电介质260时，由于电介质260的介电常数起到电信号的延迟效果，从而能够缩短贴片天线233和反射体240之间的物理分离距离，而且获得了距离长时的效果。即，可以使贴片天线233和反射体240之间的分离距离最小化的同时可以获得与现有的发射效果相同的效果。
电介质260的厚度大于反射体240的厚度。本实施例中，反射体240的厚度为0.15mm，电介质260的厚度为0.8mm。如上所述，电介质260的介电常数优选为3至50。当使电介质260的厚度小于反射体240的厚度时，电介质260的介电常数大于50，从而导致发射损耗。因此，电介质260的厚度应大于反射体240的厚度。
图5是用于说明本发明的一实施例中通过贴片天线和反射体之间的电介质来减小分离距离的效果的图，图5的(a)是表示贴片天线233和反射体240之间没有***电介质260而仅具有气隙(air gap)时的电波的波长的图，图5的(b)时表示贴片天线233和反射体240之间***厚度为L的电介质260时的电波的波长的图。如图5所示，当贴片天线233和反射体240之间没有***电介质260而仅具有气隙时电波的波长为T，如果***电介质260，从贴片天线233发射到反射体240的电波的波长通过介电常数高的电介质260而缩短，其结果，减小贴片天线233和反射体240之间的物理分离距离但能够获得与距离长时的效果相同的效果。
电介质260的介电常数优选为3至50。如果电介质260的介电常数小于3，则与真空状态没有显著差异，所以需要使用厚度厚的电介质260，从而没有实效。如果电介质260的介电常数大于50时，可以缩小电介质260的厚度，然而由于电介质260引起的发射损耗(Loss)使得发射增益减小。此外，电介质260和反射体240相对于贴片天线233，电介质260和反射体240的尺寸优选大于等于贴片天线233的尺寸。
反射体240的上表面，即与设置有电介质260的表面相反面可以以分形(fractal)结构形成，具有大量边缘(edge)。在设置有反射体240的车载天线中，电波的发射主要形成在反射体240的边缘(edge)。边缘(edge)指至少有两个面相遇时的顶点或线段。当反射体240的上面为非分形结构、即平面结构时，边缘(edge)仅存在于反射体240的四个侧面，但如果反射体240的上面为分形结构时，不仅在四个侧面，上面也形成大量边缘，从而可以通过该多个边缘感应反射体240的表面电流以实现多重共振，由此可以提高发射效果。当在贴片天线233和反射体240之间***电介质260时，可以缩短贴片天线233和反射体240之间的物理分离距离，但由于因电介质260而可能发生发射损耗，因此，可以通过将反射体240的上表面形成为分形结构以包括大量边缘，来补偿因电介质260而导致的发射损耗。
图6是表示本发明的一实施例的反射体的上表面的分形结构的图，图6的(a)是在反射体240的上表面重复填充多个小三角形的例子，图6的(b)是在反射体240的上表面填充希尔伯特曲线结构的例子。如图6所示，反射体240的上表面以分形结构形成，因此形成大量边缘，并且从该多个边缘到信号处理基板220的接地面形成电场，由此实现多重共振以提高发射效率。
图7a是表示现有技术的车载天线的电磁场的图，图7b是表示本发明的一实施例的车载天线的电磁场的图，如图7a所示的现有技术的车载天线的反射体140的上表面是扁平的结构、即非分形结构。如图7b所示的本发明的实施例中，车载天线的反射体240的上表面为分形结构。如图7a和图7b所示，与现有技术的非分形结构的车载天线相比，可知在分形结构的本发明的实施例的车载天线中，反射体240中形成的近场(near field)(图7中的黄色)的性能提高，由此，远场(far field)(图7中的红色)的性能也同时提高，从而使发射效率提高。这是因为分形结构的反射体240的上表面形成了大量的边缘。
图8的(a)是表示现有技术的车载天线的电压驻波比(VSWR:Voltage StandingWave Ratio)的图，图8的(b)是表示本发明的一实施例的车载天线的电压驻波比(VSWR)的图。图9的(a)是表示现有技术的车载天线的发射图案的图，图9的(b)是表示本发明的一实施例的车载天线的发射图案的图。如图8和图9所示，本发明的车载天线即使通过在贴片天线233和反射体240之间***电介质260而缩短了物理分离距离，但具有与现有技术的车载天线相同的发射增益(5.8dBi)，并具有类似的发射效率(radiation efficiency)和发射图案。现有技术的车载天线的发射效率为84％，本发明的实施例的车载天线的发射效率为88％。可知在模拟误差范围的差异上具有同等水平。
图10是比较现有技术的车载天线和本发明的一实施例的车载天线的高度的图。图10的(a)是现有技术的车载天线，图10的(b)是本发明的实施例的车载天线。现有技术的车载天线中，贴片天线133和反射体140之间的分离距离为3mm～10mm。然而，本发明的实施例的车载天线中，通过在贴片天线233和反射体240之间***介电常数为12的电介质260，使得贴片天线233和反射体240之间的分离距离可以实现至1.2mm。因此，如图10所示，本发明的实施例的车载天线与现有技术的车载天线相比，该高度缩小约1.8mm至8.8mm，从而可以实现小型化。
在以上的实施例中，电介质260与反射体240相接而设置，而与贴片天线233隔开一定距离以维持气隙(air gap)。因此，需要将反射体240固定在壳体250中或者固定在单独的支撑结构中。作为另一个实施例，通过在贴片天线233和电介质260之间***如海绵(sponge)等的介电常数接近1的隔离片，可以一体形成天线模块230和反射体240。
图11是本发明的另一个实施例的车载天线的主要构成要素的立体图，图12是将图11的主要构成要素堆叠的剖视图。参照图11和图12，在信号处理基板220的接地面上按顺序堆叠天线模块230的电介质232和贴片天线233，在天线模块230的贴片天线233上堆叠如海绵等的介电常数接近1的隔离片1110。并且，在隔离片1110上按顺序堆叠电介质260和反射体240。由于隔离片1110接近空气的介电常数，即使该隔离片***贴片天线233和电介质260之间，也不会影响电波的发射。通过从信号处理基板220的接地面到反射体240没有气隙(air gap)地堆叠，从而使反射体240不需要由单独的支撑结构来支撑，因此，可以包括反射体240而与天线模块230一体的形成，并当组装车载天线时，只需要将与反射体240一体形成的天线模块230安装于信号处理基板220上，从而可以简化制造工程并降低废品率。另外，隔离片1110由诸如海绵等的材料制成，因此可以吸收车辆移动时产生的冲击，从而使车载天线稳定地操作。
如上所述，虽然参考特定实施例和附图说明了本发明，但是本发明不限于此，应当理解的是，对于本领域技术人员，可以在不脱离本发明的技术思想和所附权利要求书的同等范围内，可以进行各种修改和变形。

Claims (9)

1.一种车载天线，包括：
天线模块，包括贴片天线；
反射体，设置为与所述贴片天线隔开预定距离，使从所述贴片天线发射的电磁波在特定角度上的增益最大化；以及
电介质，***于所述贴片天线与所述反射体之间。
2.根据权利要求1所述的车载天线，其中，
所述电介质与所述反射体相接，而与所述贴片天线隔开规定距离。
3.根据权利要求2所述的车载天线，其中，
还包括隔离片，在所述贴片天线与所述电介质之间的间隔空间，所述隔离片与所述贴片天线和所述电介质相接。
4.根据权利要求3所述的车载天线，其中，
所述隔离片是海绵。
5.根据权利要求1所述的车载天线，其中，
所述电介质的介电常数为3至50。
6.根据权利要求1所述的车载天线，其中，
所述天线模块包括：
接地面；
电介质，堆叠在所述接地面上；以及
所述贴片天线，堆叠在所述电介质上。
7.根据权利要求1所述的车载天线，其中，
所述反射体的上表面由分形(fractal)结构形成。
8.根据权利要求1所述的车载天线，其中，
所述电介质和所述反射体的尺寸大于或者等于所述贴片天线的尺寸。
9.根据权利要求1所述的车载天线，其中，
所述电介质的厚度大于所述反射体的厚度。
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