具有辐射元件布置的车辆天线模块
阅读说明：本技术 具有辐射元件布置的车辆天线模块 (Vehicle antenna module with radiating element arrangement ) 是由 A·诺塔里 M·齐尔莱特里 G·拉克诺 P·法奇尼 M·罗恩卡格利亚 G·卡梅利尼 于 2021-05-13 设计创作，主要内容包括：一种用于车辆的天线模块(100),包括：基座(1),其适用于固定到车身的一部分；主板(2),其水平地设置在该基座(1)上；第一、第二、第三和第四辐射元件(3、4、5、6),其从该主板(2)向上突出；第一和第二辐射元件(3、4)具有各自的中轴线(a3、a4),其在竖直轴(Z)的方向上延伸,并且在相对于基座的纵轴(X)设置在两侧的各自的交点(P1、P2)与基座(1)的水平面相交,并且与基座的纵轴(X)间隔开距离(d1、d2)；第三和第四辐射元件(5、6)具有各自的中轴线(a5、a6),其在竖直轴(Z)的方向上延伸,并且在相对于基座的纵轴(X)设置在两侧的各自的交点(P3、P4)与基座(1)的水平面相交,并且与基座的纵轴(X)间隔开距离(d3、d4)。(An antenna module (100) for a vehicle, comprising: a base (1) adapted to be fixed to a portion of a vehicle body; a main board (2) horizontally disposed on the base (1); first, second, third and fourth radiation elements (3, 4, 5, 6) protruding upward from the main board (2); the first and second radiating elements (3, 4) have respective central axes (a3, a4) which extend in the direction of the vertical axis (Z) and intersect the horizontal plane of the base (1) at respective intersection points (P1, P2) disposed on either side with respect to the longitudinal axis (X) of the base and spaced apart from the longitudinal axis (X) of the base by distances (d1, d 2); the third and fourth radiating elements (5, 6) have respective central axes (a5, a6) which extend in the direction of the vertical axis (Z) and intersect the horizontal plane of the base (1) at respective intersection points (P3, P4) arranged on either side with respect to the longitudinal axis (X) of the base and are spaced apart from the longitudinal axis (X) of the base by distances (d3, d 4).)
技术领域
本发明涉及一种具有辐射元件的特定布置的车辆的天线模块，其以在减小的空间中并且不影响车辆的空气动力学特性的方式来实现天线的不同功能。
背景技术
在汽车领域中，天线通常布置在车辆的车顶上。天线是已知的，其中，部件被布置在形状像鲨鱼鳍的空气动力学箱中，以减少空气摩擦。
但是，除了具有AM和FM频率的无线电接收器的功能外，天线最近还具有其它功能，例如用于移动电话和GPS信号的信号收发器以及数字无线电。因此，天线模块需要添加由辐射元件组成的组件，这些组件不能容纳在具有标准化尺寸的鲨鱼鳍形箱中。此外，如果它们彼此太靠近设置，则辐射元件由于信号耦合而产生干扰。
CN107181047公开了一种车辆天线，其包括：被制成具有在PCB上的双螺旋的第一辐射元件和具有电容性负载元件的第二辐射元件。第二辐射元件具有三角形形状，设置为与第一辐射元件正交并且设置有切口，在该切口中插入了第三辐射元件。辐射元件相对于天线的中心纵轴对准。辐射元件之间的相交及其对准导致各种辐射元件之间的信号耦合。
CN106099322A公开了一种天线，其包括三个辐射元件，该三个辐射元件由用于AM/FM的第一PCB，用于高频DAB的第二PCB和用于低频DAB的第三PCB组成。天线的各种PCB和组件相对于天线的中心纵轴对齐并对称布置。其中各种辐射元件沿纵轴布置成一条线的几何分布通常趋向于使一个辐射方向优先于其它辐射方向，或者在最坏的情况下，由于派生自近端的辐射元件的屏蔽作用，在某些方向上产生了真正的零辐射。
CN204885432公开了一种具有多个独立辐射元件的天线组件。所有辐射元件都相对于天线的纵轴对齐。仅一个辐射元件沿着天线的横轴延伸，在任何情况下它都相对于天线的纵轴居中且对称，从而导致上述缺点。
EP2622682A1公开了一种由多个辐射元件组成的多功能天线：两个用于GNSS和SDARS功能的贴片天线以及两个用于LTE和AM-FM功能的天线，这些天线是通过垂直放置的PCB获得的。AM-FM天线以分布式方式在三个垂直PCB上实现：一个沿纵轴布置的中央PCB，和两个横向布置并接合在中央PCB末端的末端PCB。三个PCB的组装通过在每个PCB上实现导电迹线以及在末端PCB之间设置的导体网格来重新创建一个综合的天线结构。末端PCB还为天线执行感应负载功能。由于分布式AM/FM天线体积庞大且制造复杂，因此这种天线受到一些缺点的损害。此外，带有垂直LTE PCB的辐射元件完全平行，并且非常接近分布式AM-FM天线的端部PCB之一，从而在LTE天线与AM-FM天线之间产生低水平的解耦。
WO2017076750公开了一种天线单元，该天线单元包括：水平放置的主PCB，其作为基座；两个LTE天线，包括PCB；两个Wi-Fi天线，由单极天线和两个贴片天线组成。基座为矩形的非细长形状，短边与长边之比约为7/11。由于基座的形状，可以将天线布置在足够的距离处以避免干扰。实际上，两个LTE天线设置在基座的短边的边缘附近，并且相对于中心线轴对称。两个Wi-Fi天线位于偏移位置的基座主边的边缘附近；两个贴片天线设置在基座的中心位置。非伸长的平行六面体盖与基座耦合以便覆盖天线。显然，这样的盖在布置在车辆的车顶上时不符合空气动力学。
US018109006A1公开了一种天线组件，该天线组件包括：水平放置的主PCB，其用作基座；以及多个Wi-Fi、LTE、和贴片天线。基座具有圆形形状。在这种情况下，为了避免天线之间的干扰，将Wi-Fi和LTE天线设置在靠近基座的圆形边缘的周边位置，并且将贴片天线设置在基座的中央位置。形状类似于球体的一部分的盖与基座耦合以便覆盖天线。显然，这样的盖不如细长的盖符合空气动力学。
US2013082890A1公开了一种阵列天线，其包括根据网格的交点布置的多个辐射元件(陷波天线)，所述辐射元件彼此等距间隔并协作以用作天线。在这种情况下，必须提供一个控制单元来控制辐射元件的功率，确定要发送到每个辐射元件的信号的幅度和相位。这种类型的应用用于高方向性天线，不能用于全向天线，例如车辆天线。
发明内容
本发明的目的是通过公开一种具有细长的空气动力学形状的用于车辆的天线模块来消除现有技术的缺点，该天线模块适合于布置在车辆的车顶上，并且具有辐射元件的特定布置以优化体积，同时确保辐射元件之间的适当解耦。
本发明的另一个目的是公开一种用于车辆的天线模块，其具有不同的功能，同时具有细长的空气动力学形状，具有减小的尺寸，并且易于实现和安装。
根据本发明，通过独立权利要求1的特征实现了这些目的。
本发明的有利的实施例由从属权利要求得出。
在权利要求1中限定了根据本发明的用于车辆的天线模块。
根据本发明的天线模块包括至少四个辐射元件，该辐射元件相对于在天线模块的主要尺寸上延伸的天线模块的轴线以基本上横向和纵向和/或倾斜的方向而分布在空间中，其与车辆的行驶方向一致。辐射元件包括相对于天线模块的纵轴和横轴在两侧偏移的第一对辐射元件，以及相对于天线模块的纵轴和横轴在两侧偏移的第二对辐射元件。
辐射元件用作单独的全向天线。
以这种方式，可以优化辐射元件的相互影响和单个元件的辐射图。实际上，通过改变在天线模块的纵轴和横轴上的辐射模块的不对准，可以优化辐射的最大值和最小值的方位角分布，从而获得如下辐射图：对于每个辐射元件，均应尽可能各向同性(全向)。
本发明提供了以可控的方式使辐射元件尽可能地不对准，即，至少两个相对于天线模块的纵轴和横轴不对准的辐射元件，以便最小化或在任何情况下优化不可避免地会出现的相互干扰(也在当各种辐射元件专用于不同功能并具有不同工作频率时)。
本发明的天线模块包括多个辐射元件，其支持车辆天线的多种功能，例如电话功能，其通常用于语音和/或数据连接，具有单辐射元件或双辐射元件，以及实现其它典型的车辆功能，例如AM、FM、DAB、V2X、Wi-Fi、蓝牙等。
通常，在本发明的天线模块中，辐射元件不具有双螺旋，不相交并且彼此不接触。相反，它们具有单个螺旋或非螺旋几何形状。此外，无论是由单个PCB还是由单个金属板组成，每种类型的辐射元件都是独立的辐射元件，其可作为独立的天线，而无需与其它辐射元件配合使用。换句话说，辐射元件不是分布式结构的一部分，例如，包括多个协作执行天线功能的辐射元件的阵列。有利地，为每种功能减小了体积和复杂性，并且辐射元件可以被正确地布置以便最小化耦合。
附图说明
通过下面的详细描述，本发明的附加特征将变得更加清楚，该详细描述是指仅是说明性的而不是限制性的实施方式，其在附图中示出，其中：
图1是根据本发明的天线模块的透视图；
图2是图1的天线模块的侧视图；
图3是图1的天线模块的俯视图；
图3A是示出辐射元件的中轴线与基座的水平面的交点以及所述交点在基座的纵轴上的投影的示意图；
图4是图1的天线模块的主视图；
图5是与图1相同的视图，示出了由具有导电迹线的PCB组成的辐射元件；
图6是与图4相同的视图，示出了辐射元件的PCB上的迹线；
图7是天线模块的第二实施例的透视图，其中两个辐射元件是导电板；
图8是图7的天线模块的侧视图；
图9是图7的天线模块的俯视图；
图10是根据本发明的天线模块的盖的示例的透视图。
具体实施方式
参考附图，公开了根据本发明的天线模块，该天线模块总体上用附图标记100表示。
天线模块100包括基座1，该基座1适于固定在车身的一部分(例如车顶)上。
在下面的描述中，术语“前”和“后”是指车辆的行驶方向，而不会影响天线可以沿相反的方向安装在车辆上的事实。
基座1的形状像矩形或细长的板，其具有后端10和前端11，前端11具有渐缩的形状，并且尺寸朝前减小。基座1具有在基座的中心O相交的纵轴X和横轴Y(图3)。基座的纵轴和横轴与基座的中央纵线和横线重合。可以定义基座的竖直轴Z，该竖直轴Z垂直于基座的轴X和Y形成的平面，并穿过中心O。
参考图3，基座10具有长度L和宽度W，被认为是最大宽度，其中长度L大于宽度W的三倍。
柄部12从基座向上伸出，靠近基座1的侧边缘。柄部12适合于接收诸如螺钉之类的固定装置，该固定装置用于固定具有如鲨鱼鳍的空气动力学细长形状的盖200(如图10所示)。这样的盖200具有带有最大高度的后部201和朝前减小高度的锥形前部202。
升高支撑件13从基座1向上突出，并从后端10延伸到基座的前部11。基座的前部11设置有梯形的通槽14。
升高支撑件13的形状像板，其厚度略高于基座1。升高支撑件13具有围绕柄部12的带有弯曲部15的侧边缘，以便提供通向柄部12的通道。升高支撑件13可以与基座一体制成。有利地，基座1和升高支撑件13由锌、铝和镁合金制成，其以商品名ZAMA(ZAMAC或ZAMAK)而被熟知。
主板2布置在升高支撑件13上。主板2可以实现在一个PCB上，或者可以分成沿着平行于基座1的水平面布置的多个PCB。主板2具有大致矩形形状，设置有后端20、前端21、右侧边缘21和左侧边缘22。
参考图3，主板2的长度L1小于基座的长度L，和被视为最大宽度的宽度W1，而宽度W1小于基座的宽度W。在任何情况下，主板2的长度L1是主板2的宽度W1的两倍半。
主板2具有在主板的中心O1相交的纵轴X1和横轴Y1(图3)。主板的纵轴和横轴与主板的中心纵线和横线重合。显然，主板的中心O1设置在相对于基座的中心O的后方位置。
可以定义主板的竖直轴Z1，其垂直于主板并穿过主板的中心O1。
天线模块100包括第一对辐射元件，其包括实现两个分开的独立天线的功能的第一辐射元件3和第二辐射元件4。
第一和第二辐射元件3、4安装在主板2上。每个辐射元件3、4具有纵向尺寸，该纵向尺寸是沿着竖直轴Z延伸的尺寸。辐射元件3、4以基本竖直的位置设置在主板2上，并沿着辐射元件的纵向尺寸从主板向上突出。
每个辐射元件3、4可以是具有合适形状的PCB或导电板(图7-9)。在这种情况下，辐射元件3、4具有基本平面的几何形状。
图3示出了其中第一和第二辐射元件3、4设置在横向方向上的结构，即，辐射元件的平面正交于纵轴X。
图7示出了一种构造，其中第一辐射元件3设置在横向方向上并且相对于基座的竖直轴Z倾斜，并且第二辐射元件4设置在相对于基座1的横向正交方向上。
第一和第二辐射元件3、4具有各自的中轴线a3、a4。中轴线是穿过辐射元件的中心并穿过基座1的纵轴。
参考图3A，基座1具有水平面，基座的纵轴X位于该水平面上。
在图3A所示的各个交点P1、P2中，第一辐射元件和第二辐射元件的中轴线a3、a4与基座的水平面相交。
根据本发明，交点P1、P2相对于基座的纵轴X设置在两侧，并且与基座的纵轴X间隔开距离d1、d2。
而且，投影轴J1、J2在相对于纵轴X正交的方向上经过交点P1、P2，在纵轴的不同高度Q1、Q2处与纵轴X相交。
因此，第一辐射元件3和第二辐射元件4相对于基座的纵轴X不对准，即，它们相对于基座的纵轴X不对称地设置。
参考附图，第一辐射元件3更靠近主板的左侧边缘22，第二辐射元件4更靠近主板的右侧边缘23。
如前所述，两个辐射元件3、4相对于基座的纵轴X偏移了距离d1、d2。通过改变距离d1、d2，可以改变由辐射元件3、4组成的两个天线之间的解耦，从而设置正确的距离以最大程度地实现解耦、以及辐射图的均匀性和各向同性。
必须考虑到，由于盖200的体积，第一个和第二个辐射元件与纵轴X的最大距离d1、d2大约为基座1的宽度W的1/3-1/4。
在图3所示的配置中，第一和第二辐射元件3、4相对于主板2沿横向布置，并且天线模块还包括第二对辐射元件，第二对辐射元件包括构成两个附加天线的第三辐射元件5和第四辐射元件6，它们在物理上是分开的，并实现不同的功能，而这些功能又与第一和第二辐射元件3、4实现的功能分开并不同。
第三和第四辐射元件5、6在纵向方向上垂直布置在主板2上，即，辐射元件的表面平行于基座的纵轴X。
第三辐射元件5和第四辐射元件6相对于基座的纵轴X不对准。换句话说，第三辐射元件5和第四辐射元件6设置在平行位置并与基座的纵轴X间隔开。
而且，第三辐射元件5和第四辐射元件6相对于基座的纵轴X不对准，即，它们相对于基座的纵轴X不对称地设置。
第三和第四辐射元件5、6具有各自的中轴线a5、a6。第三和第四辐射元件的中轴线a5、a6在图3A所示的各个交点P3、P4中与基座1的水平面相交。
参照图3A，第三辐射元件和第四辐射元件的中轴线a5、a6的交点P3、P4相对于基座的纵轴X设置在两侧，并与基座的纵轴X隔开各自的距离d3、d4。
此外，正交于纵轴X的投影轴J3、J4经过交点P3、P4，在纵轴的不同高度Q3、Q4处与纵轴X相交。
同样在这种情况下，第一辐射元件和第二辐射元件与纵轴X的最大距离d3、d4大约可以是基座1的宽度W的1/3-1/4。
通过改变第三辐射元件和第四辐射元件的中轴线相对于基座的纵轴X的交点P3、P4的距离d3、d4，可以改变由第三和第四辐射元件组成的两个天线之间的解耦，从而设置正确的距离以最大程度地实现解耦，以及辐射图的均匀性和各向同性。
此外，如果天线模块100包括处于不对准位置的第一对辐射元件(由第一和第二辐射元件3、4组成)和处于不对准位置的第二对辐射元件(由第三和第四辐射元件5、6组成)，通过改变单个辐射元件的不对准，可以优化该单个辐射元件的辐射图。
此外，通过改变每个辐射元件3、4、5、6沿纵轴X的高度Q1、Q2、Q3、Q4，可以优化该辐射元件的辐射图。由于盖202具有锥形的前部201，所以每个辐射元件3、4、5、6沿纵轴X的高度Q1、Q2、Q3、Q4不会导致第四辐射元件6位于基座1的前端。而第一辐射元件3的高度Q1接近基座的后端，第四辐射元件6的高度Q4接近基座的中心线Y。
参考图1和3，第三辐射元件5更靠近主板的右侧边缘23，第四辐射元件6更靠近主板的左侧边缘22。
有利地，第一辐射元件3靠近主板的后端20。第二辐射元件4设置为接近与主板的中心线重合的横轴Y1。第三辐射元件5设置在第一和第二辐射元件3、4之间。第四辐射元件6相对于第二辐射元件4布置在前部，使基座1的前部自由。
尽管图3示出了包括竖直延伸的四个辐射元件3、4、5、6的天线模块，但是天线模块可以包括多于四个竖直延伸的辐射元件。
而且，第三和第四辐射元件5、6中的至少一个可以沿倾斜方向设置，即，辐射元件的平面相对于基座的纵轴X倾斜。
参照图1和图2，第三辐射元件5是PCB，其具有从后部突出并且不干扰第一辐射元件3的上部50，因为第一辐射元件3接近主板的右侧边缘22，第三辐射元件5接近主板的左侧边缘23。
类似地，第四辐射元件6是PCB，其具有从后部突出并且不干扰第二辐射元件4的上部60，因为第二辐射元件4接近主板的左侧边缘23，第四辐射元件6接近主板的右侧边缘22。
必须注意，四个辐射元件3、4、5、6不接触也不相交。
第四辐射元件6不在主板2的前部中延伸。实际上，可以在主板2的前部布置具有正方形、圆形或矩形形状的集成电路7，在高度上占据有限的空间并实现第五贴片天线。
出于说明目的：
-第一辐射元件3实现了用于移动电话(LTE或5G)的第一天线，
-第二辐射元件4实现了用于移动电话(LTE或5G)的第二天线，
-第三辐射元件5实现了AM/FM天线，
-第四辐射元件6实现了DAB天线，并且
-集成电路7实现了GNSS/GPS天线。
由第一和第二辐射元件3、4实现的电话天线可以使用第四代(4G)蜂窝电话使用的LTE(长期演进)标准，或第五代(5G)或更高版本蜂窝电话的另一种标准。
由第三辐射元件5实现的AM/FM天线是具有调幅/调频的无线电天线。
由第四辐射元件6实现的DAB天线是使用DAB(数字音频广播)标准的无线电天线，其是允许以更好的质量进行无线电节目的声音传输的数字音频广播标准。
由集成电路7实现的GNSS/GPS天线是一种用于接收来自全球导航卫星系统(GNSS/GPS)的信号的天线，该系统是使用人造卫星网络和伪卫星进行地理定位和地球导航的系统。
参考图5，第三和第四辐射元件3、4是PCB，其包含由单个螺旋线圈55、66产生的各自的电感，单个螺旋线圈55、66通过PCB上的迹线获得。
参考图6，第一辐射元件3包含两个单极的分支。一个单极比另一个单极长，并且被部分折叠。所述单极对于实现适于覆盖分配给移动电话的两组频带的操作的频率特性是必需的。较长的单极覆盖较低的频带，而较短的单极覆盖较高的频带。
第二辐射元件4由包含单极的PCB和由单个螺旋线圈45产生的电感组成，该单个螺旋线圈45通过PCB上的迹线获得。
参考图7-9，第一和第二辐射元件3、4由由适当形状的金属板制成的导电迹线构成。当在主视图中观察时，导电板具有C形形状，具有折叠的边缘35。
在任何情况下，每个辐射元件的导电板都具有基本平面的几何形状，并且大部分相对于基座1在竖直方向上延伸。
特别地，第一辐射元件3具有中轴线3a，该中轴线相对于基座的竖直轴Z向后倾斜大约10°至40°的角度。
本发明的天线模块100被设想用于细长的窄基座1，其中长度L与宽度W之比大于3。此外，必须考虑基座的宽度W通常小于60mm。如果所述辐射元件不对称地布置，则这导致辐射元件3、4、5、6的接近，这产生干扰。
而且，必须考虑到盖200具有锥形的前部202。因此，必须将具有一定高度的辐射元件3、4、5、6布置在后部，以防止它们干扰盖。代替地，实现贴片天线的集成电路7可以布置在前方。
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