天线装置和包括天线装置的车辆的制作方法

天线装置和包括天线装置的车辆
1.本发明涉及一种天线装置和一种包括至少一个天线装置的车辆。
2.为了减小天线装置的尺寸，在电路板装置的一侧布置多个天线的方案被广泛使用。例如，天线可以是单极天线或贴片天线。这些天线可以在操作期间发射和/或接收相应的电磁波。如所期望的，相应电磁波的一部分被辐射到周围环境中。特别是在包括介电基板层和导电层的电路板上的天线的情况下，一部分电磁波沿边界表面作为表面波或者沿电路板或在电路板内作为体积波被引导。因此在天线之间会产生不希望的寄生耦合。这种耦合通常会对天线性能产生负面影响，并且就在当前5g移动电话技术的情况下所应用的多进多出（mimo）传输方法而言，这种耦合会损害信噪比和/或可能的传输速率。
3.为了减少这些寄生耦合，例如可以增加天线之间的距离，尽管由于尺寸上的几何限制，这在机动车辆或移动终端中的mimo天线的情况下仅可以在有限的程度上实现。
4.减少寄生耦合的一种可能性在于使用电磁带隙结构。这些结构会在特定频率范围内表现出增加的阻抗。因此可以衰减该频率范围内的电磁波，从而减少天线之间的耦合。
5.该频率范围取决于电磁带隙结构的电感和电容。因此必须将这些电感和电容选择为使得它们与要衰减的频率范围相匹配。根据现有技术，这通过设计带隙结构的各个元件来实现。然而，这产生了一个问题，即必须为相应频率范围提供相应的带隙结构。
6.例如，在以下科学出版物中研究了电磁带隙结构的设计：kushwaha, nagendra; kumar, raj. study of different shape electromagnetic band gap (ebg) structures for single and dual band applications [关于用于单频带和双频带应用的不同形状电磁带隙（ebg）结构的研究]. journal of microwaves, optoelectronics and electromagnetic applications [微波、光电子和电磁应用杂志], 2014, 第13卷, 第1期, 第16-30页。
[0007]
thaysen, jesper; jakobsen, kaj b. design considerations for low antenna correlation and mutual coupling reduction in multi antenna terminals [关于多天线端子中的低天线相关性和互耦合减少的设计考虑]. european transactions on telecommunications [欧洲电信汇刊], 2007, 第18卷, 第3期, 第319-326页。
[0008]
从现有技术中已知以下带隙结构：us 7,760,140 b2描述了一种具有电磁带隙结构的多频带天线装置。该多频带天线装置包括布置在基板的表面上的两个或更多个平面天线、位于具有天线的表面上且在天线之间的第一组电磁带隙单元、以及位于天线下方在基板内部的第二组电磁带隙单元。
[0009]
ca 2 936 482 a1描述了一种电磁带隙结构。该电磁带隙结构由具有电感器和电容器的共面波导形成，这些电感器和电容器被选择为使得它们在平行板波导模式与共面波导模式之间产生频率相关耦合以创建电磁带隙。
[0010]
因此，本发明的一个目的是在不改变电磁带隙结构中的元件形状的情况下实现对电磁带隙结构的频率范围的偏移。
[0011]
该目的通过独立权利要求的主题来实现。从从属专利权利要求的特征、从以下描述、以及从附图中显现了本发明的有利的改进。
[0012]
本发明涉及一种天线装置。该天线装置包括至少两个被配置为发射和/或接收电磁波的天线。该天线装置包括电路板装置，其中，这些天线布置在同一电路板装置上。该电路板装置可以包括至少一个电路板，在该电路板上可以布置集成电路或部件以用于天线的操作。该电路板装置可以包括彼此上下堆叠的多个层。这些层可以例如包括介电材料构成的基板层或导电材料构成的导电层。规定该电路板装置包括至少一个解耦层，通过该解耦层减少天线的寄生耦合。换句话说，将至少一个层布置在电路板装置中，以减少由于电磁波而在天线之间引起的寄生耦合。可以规定，解耦层在预定频率范围内具有升高的阻抗。由此，可以在预定的频率范围内减少电磁波沿电路板装置传播的表面分量。该电路板装置包括至少一个上基板层，该上基板层上布置有至少一个金属条，该金属条具有预定尺寸。换句话说，该电路板装置包括至少一层介电基板，同时该至少一个金属条布置在基板层中或基板层的表面上。该金属条通过该至少一个上基板层与该至少一个解耦层分隔开。例如，可以规定，上基板层的一侧布置在解耦层上。该至少一个金属条可以布置在该基板层的另一侧上。金属条可以例如是金属箔，或者是基板层的涂布有金属的区域。金属条的尺寸可以以使得由于解耦层而使两个天线解耦的频率范围偏移到更低的频率范围中的方式来确定。换句话说，金属条的尺寸可以以使得表现出高阻抗的频率范围发生偏移的方式来确定。
[0013]
本发明产生的优点在于：可以在不改变解耦层的情况下使出现升高的阻抗的频率范围偏移。
[0014]
本发明还包括可选的进一步发展，通过该发展可以引起进一步的优点。
[0015]
本发明的进一步发展规定，解耦层包括高阻抗结构。换句话说，解耦层包括在至少一个导电层中的金属表面的至少一个规律性布置，其中，相应金属表面借助与金属表面垂直对准的相应连接元件穿过基板层与接地层导电连接。换句话说，该天线装置的至少一个基板层包括位于一侧的接地层。金属表面的规律性布置位于基板层的与接地层相反的一侧，其中，相应金属表面经由穿过基板层的相应连接元件与接地层导电连接。这里的金属表面与接地层相互作用，可以提供电容。连接元件可以提供预定的电感。这产生的优点在于：可以通过指定预定的谐振和预定的电感来提供具有预定频率的谐振。该频率可以以如下的方式选择，即，使得该频率对应于要抑制的表面波或体积波的频率。
[0016]
例如，可以规定，通过指定金属表面的表面积、选择具有预定介电常数的基板层的基板材料、以及选择金属表面与接地层之间的预定间距来指定高阻抗结构中的元件的电容。可以通过选择连接元件的尺寸来指定高阻抗结构中的元件的电感。例如，高阻抗结构可以是所谓的蘑菇形电磁带隙结构。由于在谐振频率范围内结构的阻抗升高，因此表现出预定谐振频率的寄生耦合可以减少寄生耦合的传播。本发明带来的优点是，通过借助高阻抗结构来确定预定谐振频率，可以减少在预定谐振频率下的寄生耦合的传播。例如，可以规定，高阻抗结构具有位于天线之一的频谱中的至少一个谐振频率。
[0017]
本发明的进一步发展规定，解耦层包括不完整的地板结构。换句话说，解耦层包括连接到地电位的导电表面，其中，该导电表面具有沿表面中的至少一个平面方向的周期性不完整区域，在这些区域中导电材料的一些区域被去除。例如，该导电表面可以是具有可以连接到地电位的周期性孔的铜层。这种结构例如被称为平面电磁带隙结构。
[0018]
本发明的进一步发展规定，该至少一个金属条与朝向该至少两个天线的纵向方向对齐。换句话说，金属条布置在上基板层上，其方式为使得金属条的纵向方向平行于两个天
线之间的连线延伸。例如，可以规定，金属条具有大于宽度的长度。长度的纵向方向在此可以平行于两个天线之间的连线对齐。这产生的优点在于：金属条与表面波的最大强度方向对齐。
[0019]
本发明还包括具有至少一个天线装置的机动车辆。
[0020]
本发明还包括对根据本发明的机动车辆的发展，这些发展具有已经结合根据本发明的天线装置的发展而描述的特征。由此，在此不再次描述对根据本发明的机动车辆的对应进一步发展。
[0021]
本发明还涵盖所描述的实施例的特征的组合。
[0022]
下文描述了本发明的示例性实施例。在这方面：图1示出了天线装置；图2示出了天线装置的平面视图；图3示出了没有金属条的天线装置；图4示出了具有金属条的天线装置；图5示出了天线装置的天线的s12参数的曲线图；以及图6示出了s12参数的两条曲线之间的比较。
[0023]
下文说明的示例性实施例是本发明的优选实施例。在示例性实施例中，该实施例的所描述部件各自表示本发明的单独特征，这些单独特征应当被彼此独立地考虑并且各自还彼此独立地发展本发明并且因此还可以单独地或以除所示组合之外的组合被认为是本发明的一部分。此外，所描述的实施例还可以由已经描述的本发明的另外特征进行补充。
[0024]
在附图中，具有相同功能的元件各自设有相同的附图标记。
[0025]
图1示出了天线装置。天线装置1可以包括至少两个天线2，这两个天线可以布置在天线装置1的电路板装置3的一侧并且可以彼此相距一定距离。例如，天线2可以是可以连接到相应天线端子4的单极天线。可以规定，天线2馈通相应的天线端子4，以便以相应的频谱发射电磁波。可以规定，两个天线2的频谱重叠或相同。两个天线2可以由集成电路5控制，该集成电路可以与天线2布置在同一电路板装置3上。
[0026]
电路板装置3可以包括解耦层6。解耦层可以出于减少寄生波对两个天线2的电磁耦合的目的被提供。寄生波可以例如是由天线2辐射的电磁波的沿电路板装置3被引导的表面分量。解耦层6可以包括高阻抗结构7。高阻抗结构7可以具有高阻抗元件8的周期性布置。可以规定，该高阻抗元件8可以是所谓的蘑菇形结构。高阻抗元件8可以布置在解耦层6的接地层9上。高阻抗元件8可以包括相应的连接元件10，该连接元件可以布置在解耦层6的基板层11中以连接在基板层11上方的平行于接地层9布置的金属表面12。高阻抗元件8的尺寸和基板层11的材料可以以如下的方式选择，即，使得相应的高阻抗元件8可以表现出预定的电容和预定的电感。结果，在特定频率下解耦层6中会发生谐振。在这些频率处，解耦层6可以表现出更高的阻抗，从而降低寄生波的传播能力。这些频率将在要抑制的电磁波的频率范围内进行选择。
[0027]
解耦层6上可以布置至少一个上基板层13。基板层13可以由介电材料构成。基板层13上可以布置至少一个金属条14。金属条14例如可以是胶合到基板层13的箔，或者是涂覆有金属的区域。金属条14可以布置在天线2之间。至少一个金属条14和上基板层13可以具有能够使解耦层6的频率范围偏移到更低的频率区域的尺寸。
[0028]
图2示出了天线装置1的平面视图。天线装置可以包括至少两个天线2。金属条14可以布置在上基板层13上在天线2之间。可以包括高阻抗结构7的解耦层6可以布置在上基板层13下方。高阻抗结构7的高阻抗元件8可以周期性地布置。高阻抗元件8的金属表面可以具有预定的形状，例如卍形、十字形或矩形。高阻抗元件8的金属表面可以具有4.8 mm * 4.8 mm * 0.8 mm的尺寸。金属条的宽度可以是2.3 mm。上基板层13可以具有1.3 mm的厚度。天线装置1例如可以布置在机动车辆15中。
[0029]
图3示出了天线装置1’，其中，电路板装置3’可以包括具有高阻抗结构7’的解耦层6’。天线装置1’在两个天线2’之间没有任何金属条14’。天线2’可以是单极天线。
[0030]
图4示出了天线装置1。该天线装置可与图3中的天线装置1’一致，其中，与天线装置1不同，天线装置1可以在两个天线2之间包括金属条14。金属条可以包括铜，并且可以具有16 mm
ꢀ×ꢀ
3.7 mm的尺寸。
[0031]
图5示出了天线装置1’的天线2’的s12参数的曲线图，该天线装置的电路板装置3’既不包括具有高阻抗结构7’的解耦层6’，也不包括金属条14’。s21参数可以描述电磁波从一个天线2’到另一个天线2’的传输。s12参数相对于频率f进行绘制。该曲线示出了在所有频率f上相对恒定的曲线图。
[0032]
图6示出了s12参数的两条曲线之间的比较。曲线i示出了图3的天线装置1’的s12参数的曲线图。该天线装置包括解耦层6’，但不包括金属条。曲线ii示出了图4的天线装置1的s12参数的曲线。该天线装置1包括解耦层6和金属条14。这两条曲线i、ii均示出了具有较低的s12参数值的特征频率范围fi、fii。曲线ii的曲线图具有相似的形状。然而下降更加明显，并且向更低频率偏移了大约0.5 ghz。
[0033]
总的来说，该示例示出了本发明可以如何影响解耦层的频率范围。