一种高增益低剖面的车载天线的制作方法

本发明涉及无线移动通信领域，具体涉及一种高增益低剖面的车载天线。

背景技术：

近年来，随着电信通信行业的快速发展，各运营商各种网络通信制式的通信信令交互日益密集，其在时域高度密集、频域严重重叠，对于通信设备来说也提出了越多越高的要求。而天线是移动通信设备的一个重要组成部分，很大程度上影响了整个通信设备的性能。例如车载测向系统，一般采用的是外置式天线。由于其设备的特殊性，对于增益要求比较高，与一般的应用于移动通信频段的天线不一样，常见的鲨鱼鳍天线或者是鞭状天线不具备高增益的特性，不能满足该类系统对性能的要求。对于天线来说性能与其尺寸是显著相关的，但是由于美观以及对于隐蔽性的要求，天线的的剖面高度应该尽可能地小。

此外，车载外置天线的工作环境一般为车顶，金属车顶存在反射效应，会使得辐射方向图偏离水平方向，导致水平方向上增益偏低。现有的车载外置天线一般为单极化天线全向辐射天线，或者是单极化定向辐射天线，一般在垂直面上存在信号盲区。

技术实现要素：

为了实现满足车载测向系统类产品对外置天线的需求，本发明提供一种高增益低剖面的车载天线。

本发明的天线主要包括通过使用双极化的天线实现不同角度的区域互相补充与加强，避免了信号盲区的存在。采用抛物反射面实现高增益性能，减少了PCB结构的数量，一方面使得结构更加的简单，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结构带来的能量的损耗，例如功率分配器。辐射结构与辐射性能的独立使得当需要对天线性能进行调整的时候，可以仅更换金属抛物反射面，更加的方便与低成本。

本发明采用如下技术方案：

一种高增益低剖面的车载天线，包括金属抛物反射面及设置在金属抛物反射面内的第一天线、第二天线及第三天线，所述金属抛物反射面设置在汽车车顶，所述第一天线设置在金属抛物反射面内的焦点位置，所述第二天线通过绝缘体支撑柱水平放置，所述第一天线为工作在频段1710MHz-2690MHz的垂直极化天线单元，所述第二天线包括工作在频段为825MHz-960MHz及1710MHz-2690MHz的水平极化天线单元，所述第三天线由两个垂直极化的印刷式单极子天线单元、功率分配器及连接两个天线单元的中和线结构构成，所述功率分配器的输出端分别与两个印刷式单极子天线单元连接，功率分配器的输入端接信号源。

第二天线水平放置的高度为中心工作频率的三分之一个波长，所述第三天线距离第一天线为中心工作频率的三分之一个波长。

所述第一天线及第三天线分别通过PCB结构固定在金属抛物反射面上。

所述第一天线具体为改进后的椭球型印刷单极子天线。

所述第二天线具体为印刷式维瓦尔第天线。

所述金属抛物反射面的高度小于车载外置天线最低工作频段的四分之一波长。

本发明的有益效果：

(1)采用金属抛物反射面结构来实现高增益特性，与天线阵列的方案相比，减少了引入功分器带来的能量损耗与复杂的结构；此外，金属的加工更加的简单方便，不需要特殊工艺，加工难度以及成本都会降低；

(2)本发明采用了两种极化方向的天线，紧凑的排布，不同极化的天线覆盖区域相互补充，避免了主要工作区域的覆盖盲区；重叠部分相互叠加，实现高性能的双极化覆盖；

(3)所述第三天线通过小阵列的形式实现了更高的水平增益；

(4)仅对金属抛物反射面进行更换即可对天线性能进行调整，不需要对辐射结构主体进行任何修改。

附图说明

图1是本发明的车载天线结构的俯视图；

图2是去掉金属抛物反射面后，车载天线侧视结构图；

图3是金属抛物反射面的立体结构示意图；

图4是第三天线的结构示意图；

图5是2.2GHz时第一天线垂直方向的辐射方向图；

图6是2.2GHz时第二天线垂直方向的辐射方向图；

图7是900MHz时第三天线垂直方向的辐射方向图。

具体实施方式

下面结合实施例及附图，对本发明作进一步地详细说明，但本发明的实施方式不限于此。

实施例

如图1及图2所示，一种高增益低剖面的车载天线，包括金属抛物反射面11及设置在金属抛物反射面内的第一天线31、第二天线2及第三天线41，所述金属抛物反射面11设置在汽车车顶，所述第一天线31及第三天线41分别通过PCB结构32、42固定在金属抛物反射面上，实现一个功率分配及相位控制。

如图3所示，所述金属抛物反射面11为抛物线形式，调整金属反射面的高度H与口径面宽度L的两个参数，实现对天线辐射性能，包括波瓣宽度与增益大小的调整，本实施例中金属抛物反射面的高度小于天线最低工作频段的四分之一波长，具有低剖面特性。

本实施例中，第一天线31为工作在频段1710MHz-2690MHz的垂直极化天线单元，本实施例中为改进后的椭球型印刷单极子天线，放置于金属抛物反射面的焦点位置，通过抛物反射面的作用实现增益的提升。

第二天线2包括工作在频段为825MHz-960MHz及1710MHz-2690MHz的水平极化天线单元，通过绝缘体支撑柱水平放置在反射面内，高度为中心工作频率的三分之一个波长，实现波束指向上倾，本实施例中的第二天线具体为印刷式维瓦尔第天线，能够对第一天线的辐射盲区进行补充，并且在主要工作区域实现双极化辐射，提高整体覆盖能力；。

第三天线41距离第一天线为其中心工作频率的三分之一波长，避免过强的天线间耦合。

如图4所示，第三天线41由两个单独的垂直极化的印刷式单极子天线单元401、402、功率分配器404及连接两个天线单元的中和线结构403构成。所述中和线结构403通过在两个天线单元之间建立连接，抵消部分天线耦合的能量，使得两个天线单元在下于五分之一工作波长的间距下的两个独立天线在功率分配器连接下共同的工作，功率分配器印刷在PCB结构上，输入端接信号源，输出端连接两个天线单元，通过调整两个端口的输出相位与幅度可以控制第三天线的最终辐射方向图，提高水平方向上的增益大小。

图5为第一天线激励时的2.2GHz频率下的垂直方向辐射方向图，可以看到主辐射偏离水平方向角度约为18°，增益最大点为15dBi，以5dBi为基准的话，天线一的工作范围为0°至40°，但是天线在40°到60°增益很低；，而在参见图6，图6为第二天线激励时2.2GHz下的垂直方向辐射方向图，可以看到主辐射方向偏离水平方向角度约为35°，增益最大点为14dBi,以5dBi为基准的话，天线一的工作范围为10°至65°。两个天线的工作区间的叠加足以覆盖正常工作区间，并不存在单天线的覆盖盲区，能够满足性能需求；此外主要工作区间是双极化的信号覆盖，比传统单极化天线覆盖效果更佳。

参见图7为第三天线的辐射方向图，第三天线辐射方向图的倾角几乎为0，这是通过将两个紧凑放置的同频天线单元去耦之后协同工作，通过第三天线配置的功分器，对方向图进行了赋形，辐射倾角明显降低了。通过这种形式部分抵消了由于金属车顶带来的反射效应，使得水平方向上能够获得更大的增益。

本发明使用金属抛物反射面来包围三个天线，提升其增益性能，不同的极化方向的辐射单元覆盖不同的空间区域并相互补充；并且辐射单元与金属抛物反射面独立，可单独通过替换反射面实现天线性能的灵活调整配置。并且存在辐射单元通过形成小阵列提升其水平方向的增益。

金属抛物反射面与辐射单元可分离，能够通过替换金属抛物反射面实现性能的调整。

辐射单元形成的小阵列通过中和线结构实现去耦合之后再实现方向图赋形。

上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受所述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。