一種高增益低剖面的車載天線的制作方法

本發(fā)明涉及無線移動通信領(lǐng)域，具體涉及一種高增益低剖面的車載天線。

背景技術(shù)：

近年來，隨著電信通信行業(yè)的快速發(fā)展，各運(yùn)營商各種網(wǎng)絡(luò)通信制式的通信信令交互日益密集，其在時域高度密集、頻域嚴(yán)重重疊，對于通信設(shè)備來說也提出了越多越高的要求。而天線是移動通信設(shè)備的一個重要組成部分，很大程度上影響了整個通信設(shè)備的性能。例如車載測向系統(tǒng)，一般采用的是外置式天線。由于其設(shè)備的特殊性，對于增益要求比較高，與一般的應(yīng)用于移動通信頻段的天線不一樣，常見的鯊魚鰭天線或者是鞭狀天線不具備高增益的特性，不能滿足該類系統(tǒng)對性能的要求。對于天線來說性能與其尺寸是顯著相關(guān)的，但是由于美觀以及對于隱蔽性的要求，天線的的剖面高度應(yīng)該盡可能地小。

此外，車載外置天線的工作環(huán)境一般為車頂，金屬車頂存在反射效應(yīng)，會使得輻射方向圖偏離水平方向，導(dǎo)致水平方向上增益偏低。現(xiàn)有的車載外置天線一般為單極化天線全向輻射天線，或者是單極化定向輻射天線，一般在垂直面上存在信號盲區(qū)。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

為了實現(xiàn)滿足車載測向系統(tǒng)類產(chǎn)品對外置天線的需求，本發(fā)明提供一種高增益低剖面的車載天線。

本發(fā)明的天線主要包括通過使用雙極化的天線實現(xiàn)不同角度的區(qū)域互相補(bǔ)充與加強(qiáng)，避免了信號盲區(qū)的存在。采用拋物反射面實現(xiàn)高增益性能，減少了PCB結(jié)構(gòu)的數(shù)量，一方面使得結(jié)構(gòu)更加的簡單，加工成本更低，更易于加工，另一方面避免了由于引入其他PCB結(jié)構(gòu)帶來的能量的損耗，例如功率分配器。輻射結(jié)構(gòu)與輻射性能的獨(dú)立使得當(dāng)需要對天線性能進(jìn)行調(diào)整的時候，可以僅更換金屬拋物反射面，更加的方便與低成本。

本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：

一種高增益低剖面的車載天線，包括金屬拋物反射面及設(shè)置在金屬拋物反射面內(nèi)的第一天線、第二天線及第三天線，所述金屬拋物反射面設(shè)置在汽車車頂，所述第一天線設(shè)置在金屬拋物反射面內(nèi)的焦點(diǎn)位置，所述第二天線通過絕緣體支撐柱水平放置，所述第一天線為工作在頻段1710MHz-2690MHz的垂直極化天線單元，所述第二天線包括工作在頻段為825MHz-960MHz及1710MHz-2690MHz的水平極化天線單元，所述第三天線由兩個垂直極化的印刷式單極子天線單元、功率分配器及連接兩個天線單元的中和線結(jié)構(gòu)構(gòu)成，所述功率分配器的輸出端分別與兩個印刷式單極子天線單元連接，功率分配器的輸入端接信號源。

第二天線水平放置的高度為中心工作頻率的三分之一個波長，所述第三天線距離第一天線為中心工作頻率的三分之一個波長。

所述第一天線及第三天線分別通過PCB結(jié)構(gòu)固定在金屬拋物反射面上。

所述第一天線具體為改進(jìn)后的橢球型印刷單極子天線。

所述第二天線具體為印刷式維瓦爾第天線。

所述金屬拋物反射面的高度小于車載外置天線最低工作頻段的四分之一波長。

本發(fā)明的有益效果：

(1)采用金屬拋物反射面結(jié)構(gòu)來實現(xiàn)高增益特性，與天線陣列的方案相比，減少了引入功分器帶來的能量損耗與復(fù)雜的結(jié)構(gòu)；此外，金屬的加工更加的簡單方便，不需要特殊工藝，加工難度以及成本都會降低；

(2)本發(fā)明采用了兩種極化方向的天線，緊湊的排布，不同極化的天線覆蓋區(qū)域相互補(bǔ)充，避免了主要工作區(qū)域的覆蓋盲區(qū)；重疊部分相互疊加，實現(xiàn)高性能的雙極化覆蓋；

(3)所述第三天線通過小陣列的形式實現(xiàn)了更高的水平增益；

(4)僅對金屬拋物反射面進(jìn)行更換即可對天線性能進(jìn)行調(diào)整，不需要對輻射結(jié)構(gòu)主體進(jìn)行任何修改。

附圖說明

圖1是本發(fā)明的車載天線結(jié)構(gòu)的俯視圖；

圖2是去掉金屬拋物反射面后，車載天線側(cè)視結(jié)構(gòu)圖；

圖3是金屬拋物反射面的立體結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4是第三天線的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖5是2.2GHz時第一天線垂直方向的輻射方向圖；

圖6是2.2GHz時第二天線垂直方向的輻射方向圖；

圖7是900MHz時第三天線垂直方向的輻射方向圖。

具體實施方式

下面結(jié)合實施例及附圖，對本發(fā)明作進(jìn)一步地詳細(xì)說明，但本發(fā)明的實施方式不限于此。

實施例

如圖1及圖2所示，一種高增益低剖面的車載天線，包括金屬拋物反射面11及設(shè)置在金屬拋物反射面內(nèi)的第一天線31、第二天線2及第三天線41，所述金屬拋物反射面11設(shè)置在汽車車頂，所述第一天線31及第三天線41分別通過PCB結(jié)構(gòu)32、42固定在金屬拋物反射面上，實現(xiàn)一個功率分配及相位控制。

如圖3所示，所述金屬拋物反射面11為拋物線形式，調(diào)整金屬反射面的高度H與口徑面寬度L的兩個參數(shù)，實現(xiàn)對天線輻射性能，包括波瓣寬度與增益大小的調(diào)整，本實施例中金屬拋物反射面的高度小于天線最低工作頻段的四分之一波長，具有低剖面特性。

本實施例中，第一天線31為工作在頻段1710MHz-2690MHz的垂直極化天線單元，本實施例中為改進(jìn)后的橢球型印刷單極子天線，放置于金屬拋物反射面的焦點(diǎn)位置，通過拋物反射面的作用實現(xiàn)增益的提升。

第二天線2包括工作在頻段為825MHz-960MHz及1710MHz-2690MHz的水平極化天線單元，通過絕緣體支撐柱水平放置在反射面內(nèi)，高度為中心工作頻率的三分之一個波長，實現(xiàn)波束指向上傾，本實施例中的第二天線具體為印刷式維瓦爾第天線，能夠?qū)Φ谝惶炀€的輻射盲區(qū)進(jìn)行補(bǔ)充，并且在主要工作區(qū)域?qū)崿F(xiàn)雙極化輻射，提高整體覆蓋能力；。

第三天線41距離第一天線為其中心工作頻率的三分之一波長，避免過強(qiáng)的天線間耦合。

如圖4所示，第三天線41由兩個單獨(dú)的垂直極化的印刷式單極子天線單元401、402、功率分配器404及連接兩個天線單元的中和線結(jié)構(gòu)403構(gòu)成。所述中和線結(jié)構(gòu)403通過在兩個天線單元之間建立連接，抵消部分天線耦合的能量，使得兩個天線單元在下于五分之一工作波長的間距下的兩個獨(dú)立天線在功率分配器連接下共同的工作，功率分配器印刷在PCB結(jié)構(gòu)上，輸入端接信號源，輸出端連接兩個天線單元，通過調(diào)整兩個端口的輸出相位與幅度可以控制第三天線的最終輻射方向圖，提高水平方向上的增益大小。

圖5為第一天線激勵時的2.2GHz頻率下的垂直方向輻射方向圖，可以看到主輻射偏離水平方向角度約為18°，增益最大點(diǎn)為15dBi，以5dBi為基準(zhǔn)的話，天線一的工作范圍為0°至40°，但是天線在40°到60°增益很低；，而在參見圖6，圖6為第二天線激勵時2.2GHz下的垂直方向輻射方向圖，可以看到主輻射方向偏離水平方向角度約為35°，增益最大點(diǎn)為14dBi,以5dBi為基準(zhǔn)的話，天線一的工作范圍為10°至65°。兩個天線的工作區(qū)間的疊加足以覆蓋正常工作區(qū)間，并不存在單天線的覆蓋盲區(qū)，能夠滿足性能需求；此外主要工作區(qū)間是雙極化的信號覆蓋，比傳統(tǒng)單極化天線覆蓋效果更佳。

參見圖7為第三天線的輻射方向圖，第三天線輻射方向圖的傾角幾乎為0，這是通過將兩個緊湊放置的同頻天線單元去耦之后協(xié)同工作，通過第三天線配置的功分器，對方向圖進(jìn)行了賦形，輻射傾角明顯降低了。通過這種形式部分抵消了由于金屬車頂帶來的反射效應(yīng)，使得水平方向上能夠獲得更大的增益。

本發(fā)明使用金屬拋物反射面來包圍三個天線，提升其增益性能，不同的極化方向的輻射單元覆蓋不同的空間區(qū)域并相互補(bǔ)充；并且輻射單元與金屬拋物反射面獨(dú)立，可單獨(dú)通過替換反射面實現(xiàn)天線性能的靈活調(diào)整配置。并且存在輻射單元通過形成小陣列提升其水平方向的增益。

金屬拋物反射面與輻射單元可分離，能夠通過替換金屬拋物反射面實現(xiàn)性能的調(diào)整。

輻射單元形成的小陣列通過中和線結(jié)構(gòu)實現(xiàn)去耦合之后再實現(xiàn)方向圖賦形。

上述實施例為本發(fā)明較佳的實施方式，但本發(fā)明的實施方式并不受所述實施例的限制，其他的任何未背離本發(fā)明的精神實質(zhì)與原理下所作的改變、修飾、替代、組合、簡化，均應(yīng)為等效的置換方式，都包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。