用於車輛的分形天線的製作方法

2023-06-09 00:22:56 2

專利名稱：用於車輛的分形天線的製作方法
技術領域：
本發明主要涉及用於車輛的分形天線(fractal antenna)，且更具體地涉 及一種用於車輛(vehicle)的分形天線，在該天線中由輻射元件所形成的內 部空間中安置寄生元件，從而產生寬帶諧振頻率，將兩個輻射元件在左右側 彼此對置，從而提供全方向的天線，且該天線使用具有分形結構的圖案，使 得提高空間效率，從而減小天線的體積。
背景技術：
通常地，當前廣泛地使用微帶貼片天線(Microstrip Patch Antenna)作為 陸地廣播、衛星廣播和通信中使用的天線。但是這樣的微帶貼片天線在效率 上的問題就是效率很低，且由於帶寬很窄，很難進行帶寬的主動管理，使得 帶寬的中心頻率隨著周圍環境的變化而改變。
此外，使用將天線圖案印刷到部分印刷電路板上的方法來製造常規的天 線，在該印刷電路板上印刷信號傳輸/接收電路。在將天線圖案印刷到印刷電 路板併集成地提供天線的情況下，輻射圖案在所有方向上並不是規則的。因 此，產生了特定方向的輻射效率低的問題，從而減少了接收靈敏度。為了執 行移動通信，例如接收數字多媒體廣播(DMB)和調幅/調頻(AM/FM)廣 播，必須在所有方向實施通信，且因此對於天線來說，在二維中具有好的全 方位特性是非常重要的。
另外，當接收具有中心頻率為200MHz的頻率帶寬的信號，例如DMB 信號時，單級天線通常的電長度通常為37.6cm。而使用比DMB廣播天線更 低頻帶的AM/FM廣播天線的長度比DMB廣播天線的長度更長。但是，通 常使用的並具有突出結構外觀的天線具有的問題是，在安全和外觀方面不理 想，它不方便，並且在洗車的時候可能被損壞。
因此，急切需要一種現實可行的解決方法，其能夠通過在有限空間中獲 得輻射元件的電長度來減少天線的體積，並具有全方位特性，使其適合接收DMB和AM/FM廣播，且能夠通過優化天線性能而實現寬帶特性。

發明內容
因此，本發明解決現有技術中發生的問題為己任，且本發明的一個目的 是提供用於車輛的分形天線，其中在由第一和第二輻射元件形成的內部空間 中安置第一和第二寄生元件，並使輻射元件和寄生元件以耦合方式彼此連 接，其結果是在電容值上實施補償，從而產生寬帶諧振頻率。
本發明的另一目的是提供用於車輛的分形天線，其中第一和第二輻射元 件在左右側彼此對置，從而提供全方位天線，在全部方向上信號衰減都很小。
本發明的另一目的是提供用於車輛的分形天線，其中使用分形結構圖 案，從而提高空間效率，從而提供進一步減少了體積的天線。
為了獲得上述目的，本發明提供用於車輛的分形天線，該天線包含第一 和第二輻射元件，該第一和第二輻射元件從頂脊向下傾斜，且在用於保護天 線的天線屏蔽器中在左右側彼此對置；和第一和第二寄生元件，該第一和第 二寄生元件形成於由第一和第二輻射元件所形成的內部空間中，平行於第一 和第二輻射元件且以規則的間隙分別與第一和第二輻射元件間隔開，從頂脊 向下傾斜，且在左右側彼此對置。
為了獲得上述目的，本發明提供用於車輛的分形天線，該天線包含四個 基板(substrate)，即兩對基板，第一對基板從頂脊向下傾斜且在左右側彼 此對置，且第二對基板從頂脊向下傾斜且在左右側彼此對置；形成在基板的 各外表面上的多個圖案單元；和配置為向多個圖案單元提供多個信號的供應 單元。
為了獲得上述目的，本發明提供用於車輛的分形天線，該天線包含四個 基板，即兩對基板，第一對基板從頂脊向下傾斜且在左右側彼此對置，且第 二對基板從頂脊向下傾斜且在左右側彼此對置；配置為具有各預定形狀的多 個圖案單元，且其形成在基板的各外表面上；配置為向多個圖案單元提供多 個信號的供應單元；和配置為保護多個圖案單元的天線屏蔽器；其中將基板 置於天線屏蔽器中，並使從頂脊向下傾斜且在左右側彼此對置的第一對基板 之間的中心軸線和從頂脊向下傾斜且在左右側彼此對置的第二對基板之間 的中心軸線垂直於車輛的安裝表面。因此，本發明具有一個優點在於，第一和第二寄生元件置於第一和第二 輻射元件形成的內部空間內，並使輻射元件和寄生元件以耦合方式彼此連 接，其結果是在電容值上實施補償，從而產生寬帶諧振頻率。
此外，根據本發明的用於車輛的分形天線提供一種全方位天線，其中第 一和第二輻射元件在左右側彼此對置，使得在所有方向上的信號衰減都很 小。
另外，根據本發明的用於車輛的分形天線使用分形結構圖案，從而提高 空間效率，從而提供進一步減小了體積的天線。


通過結合附圖對本發明進行詳細描述，本發明的上述和其他目的、特性、 優點將會變得更加清楚，其中
圖1是顯示根據本發明的實施例的用於車輛的分形天線的立體圖； 圖2是顯示根據本發明的實施例的用於車輛的分形天線的截面圖； 圖3是顯示根據本發明的實施例的用於車輛的分形天線的立體圖； 圖4是顯示根據本發明的實施例的用於車輛的分形天線的平面圖； 圖5顯示典型分形結構的示例；
圖6顯示根據本發明的實施例用於車輛的AM/FM廣播分形天線的輻射 元件結構；
圖7顯示根據本發明的實施例的天線電壓駐波比(Voltage Standing Wave Ratio) (VSER)特性；
圖8顯示根據本發明的實施例的天線輻射圖案特性。
具體實施例方式
在下文中，將參考附圖詳細說明本發明的較佳實施例。
圖1是顯示根據本發明的實施例的用於車輛的分形天線的透視圖，圖2 是顯示根據本發明的實施例的用於車輛的分形天線的截面圖。
本發明的實施例的用於車輛的分形天線包含第一和第二輻射元件100a 和100b,及第一和第二寄生元件200a和200b。
更詳細地，如圖1和圖2中所示的，第一和第二輻射元件100a和100b及第一和第二寄生元件200a和200b安裝在天線屏蔽器300中，天線屏蔽器 300保護天線並垂直安裝在車輛的安裝表面上。
在天線屏蔽器300中，第一和第二輻射元件100a和100b從頂脊向下傾 斜且在左右側彼此對置。此外，在第一和第二輻射元件100a和100b形成的 內部空間中，第一和第二寄生元件200a和200b平行於並以規則的間隙分別 與第一和第二輻射元件100a和100b間隔開，從頂脊向下傾斜且在左右側彼 此對置。
從頂脊向下傾斜且在左右側彼此對置的第一和第二輻射元件100a和 100b之間的中心軸線和從頂脊向下傾斜且在左右側彼此對置的第一和第二 寄生元件200a和200b之間的中心軸線垂直於車輛的安裝表面。
圖3是顯示根據本發明的實施例的用於車輛的分形天線的立體圖，且圖 4是顯示根據本發明的實施例的用於車輛的分形天線的平面圖。
如圖3和4所示，第一和第二輻射元件100a和100b以多個的圖案 (pattern)的形式分別形成於第一基板110a —側的部分上表面上和第二基板 llOb—側的部分上表面上，多個圖案各自具有預定形狀。
第一基板llOa和第二基板110b的每一個都形成為具有預定大小。可以 根據天線屏蔽器300的形狀對第一基板110a和第二基板llOb進行各種類型 的修改，且第一基板llOa和第二基板110b的材料可以容易地改變為其使用 的，例如，環氧、塑料、阻燃劑4 (Flame Retardant 4; FR4)和特氟綸(Teflon)。
第一和第二輻射元件100a和100b以多個圖案的形式分別形成於第一基 板(substrate) 110a—側的部分上表面上和第二基板llOb—側的部分上表面 上，多個圖案各自具有預定形狀。在一個實施例中，第一和第二輻射元件100a 和100b每一個都以周期地重複Koch曲線的分形(Koch curve fractal)的方 式形成。
具有分形結構的天線在不降低其性能的情況下可能會相當小。此外，使 用分形結構以獲得多頻帶，並使用自相似性的原理將分形結構應用於天線以 增加每一頻率附近的帶寬。
可以通過在表面上執行屈曲畸形(flexion deformity)或成型，形成分形 形狀來獲得天線形狀的自相似性。在圖5中，顯示各種類型的分形作為示例。 可以使用具有各種結構，例如，Sierpinski襯墊(Sierpinski gasket) 、 Sierpinski毪(Sierpinski carpet) 、 Minkovski碎片(Minkovski patch) 、 Mandelbrot扭J(Mandelbrot tree) 、 Koch曲線和Koch島的分形形狀來形成分形天線。
雖然在本發明的實施例中採用Koch曲線形狀，但是正如上文所述，也可以使用各種分形形狀來形成本發明的天線。
供應單元130形成在第一輻射單元100a的一端上。該供應單元130向第一和第二輻射元件100a和100b供電。
在第二輻射單元100b的一端上形成開口端140。
第一和第二輻射元件100a和100b彼此電連接。由於第一和第二輻射元件100a和lOOb彼此電連接，本發明的用於車輛的分形天線的總長度是第一輻射單元100a的圖案長度加上第二輻射單元100b的圖案長度。
根據第一輻射單元lOOa和第二輻射單元100b的各自圖案的總長度和寬度來調節基本諧振頻率。第一輻射單元100a和第二輻射單元100b的圖案的總長度確定諧振頻率，且第一輻射單元100a和第二輻射單元100b的圖案的寬度確定諧振頻率的諧振寬度。
根據形成第一和第二輻射元件100a和100b的圖案的總長度，本發明的用於車輛的分形天線在DMB廣播接收頻帶或AM/FM廣播接收頻帶中運行。
在這個實施例中，如果第一輻射單元100a和第二輻射單元100b的圖案的總長度是38±2cm，則天線具有適用於DMB廣播接收的頻帶諧振特性(174到216MHz)。在這種情況下，形成為分形形狀的第一和第二輻射元件100a和100b的每一個都具有2cm的基本周期長度並形成為具有四個數值範圍的四個周期的Koch曲線形狀。每一個第一和第二輻射元件100a和100b的圖案的長度都約為18.96cm，且第一和第二輻射元件100a和100b的總長度為37.94cm。
在這個實施例中，如果第一輻射單元100a和第二輻射單元100b的圖案的總長度是95士2cm，則天線具有適用於FM廣播接收的頻帶諧振特性(88到108MHz)。在這種情況下，形成為分形形狀的第一和第二輻射元件100a和100b的每一個都具有2cm的基本周期長度並形成為具有四個數值範圍的十個周期的Koch曲線形狀。每一個第一和第二輻射元件100a和100b的圖案的長度都約為47.4cm，且第一和第二輻射元件100a和100b的總長度約為94.8cm。此外，通過將輸入阻抗與高阻抗進行匹配使用緩衝器和放大器，第一輻射元件100a和第二輻射元件100b產生AM頻帶中的諧振頻率(150到1750KHz)。
在上述的實施例中以示例方式提到輻射元件圖案長度的數值，但本發明並不限於此。
使用低頻帶的天線(例如AM/FM廣播天線)的圖案單元很長。如圖6所示，當第一和第二輻射元件100a和100b的長度分別比第一和第二基板110a和110b的長度要長，那麼形成第一和第二輻射元件100a和100b使其以在各第一和第二基板110a和110b中的折線結構(meander line)的形式被彎曲，使得在不被切斷的情況下形成單一圖案(singlepattern)。
第一和第二寄生元件200a和200b以每一個都具有預定形狀的圖案，分別形成於第三基板210a—側的部分上表面上和第四基板210b —側的部分上表面上，第三和第四基板每一個都形成為具有預定大小。第一和第二寄生元件200a和200b彼此電連接。
與第一和第二輻射元件100a和100b相似，第一和第二寄生元件200a和200b以周期地重複Koch曲線分形的方式形成。
第一輻射元件100a以耦合方式連接到第一寄生元件200a，且第二輻射元件100b以耦合方式連接到第二寄生元件200b，使得在電容值"C"上實施補償，從而產生寬帶諧振頻率。
在內部空間中，第一和第二寄生元件200a和200b平行於且與各第一和第二輻射元件100a和100b間隔開，且在左右側彼此對置，其中該內部空間以以下方式形成第一和第二輻射元件100a和lOOb從頂脊向下傾斜且在左右側彼此對置。在本發明的這個實施例中，安置第一和第二寄生元件200a和200b及第一和第二輻射元件100a和100b，同時維持它們之間3mm的優化分隔。第一和第二寄生元件200a和200b的定位確定耦合數量。
圖7是顯示根據本發明實施例的VSER特性的圖示。
如圖7中所示，與通用的微帶貼片天線相比，本發明的用於車輛的分形天線的頻帶擴張了約20MHz。
由於第一和第二輻射元件100a和lOOb從頂脊向下傾斜且在左右側彼此對置，用於車輛的分形天線具有全方位輻射圖案。
圖8是顯示根據本發明的實施例的天線輻射圖案特性的圖示。如圖8所示，本發明的用於車輛的分形天線提供全方位天線，在所有方向上其信號衰減都很小。
本發明另一實施例的用於車輛的分形天線包含基板U0a和110b，其從頂脊向下傾斜且在左右側彼此對置(例如以"A"的形狀)；基板210a和210b，其從頂脊向下傾斜，在由基板110a和110b形成的內部空間內在左右側彼此對置，且與基板110a和110b具有相同形狀；圖案單元100a、 100b、200a和200b,其具有預定形狀，並形成在基板110a、 110b、 210a和210b的各自外表面上；以及供應單元130，其向四個圖案單元100a、 100b、 200a和200b提供多個信號。
更詳細地，基板110a和110b從頂脊向下傾斜且在左右側彼此對置，且基板210a和210b從頂脊向下傾斜且在左右側彼此對置。基板110a、 110b、210a和210b置於保護天線的天線屏蔽器300內部，並使基板110a和110b之間的中心軸線和基板210a和210b之間的中心軸線垂直於車輛的安裝表面。
基板110a、 110b、 210a和210b包含向外安置的第一和第二基板110a和110b，以及向內安置的第三和第四基板210a和210b。
圖案單元lOOa、 100b、 200a和200b包含第一和第二輻射元件100a和100b，其以周期地重複Koch曲線分形的方式形成在各第一和第二基板110a和110b上，且配置為輻射電磁波，圖案單元100a、 100b、 200a和200b還包含第一和第二寄生元件200a和200b，其以周期地重複Koch曲線分形的方式形成在各第三和第四基板210a和210b上，且以耦合方式連接到各第一和第二輻射元件100a和100b。
根據形成第一和第二輻射元件100a和100b的圖案總長度和寬度來調節基本諧振頻率。
根據形成第一和第二輻射元件100a和100b的圖案總長度，本發明的用於車輛的分形天線在DMB廣播接收頻帶或AM/FM廣播接收頻帶中運行。
當在分形結構圖案中形成的第一和第二輻射元件100a和100b的長度比第一和第二基板110a和110b的各長度要長時，形成第一和第二輻射元件100a和lOOb使其以折線結構的形式彎曲。
本發明另一實施例的用於車輛的分形天線包含基板U0a和U0b，其從頂脊向下傾斜且在左右側彼此對置；基板210a和210b，其從頂脊向下傾斜，在由基板110a和110b形成的內部空間內在左右側彼此對置，且與基板110a和110b具有相同形狀；圖案單元100a、 100b、 200a和200b，其具有預定形狀，並形成在基板110a、 110b、 210a和210b的各外表面上;供應單元130，其向四個圖案單元100a、 100b、 200a和200b提供多個信號；和天線屏蔽器300，其保護圖案單元100a、 100b、 200a和200b。基板110a、 110b、 210a和210b置於天線屏蔽器300內部，並使從頂脊向下傾斜且在左右側彼此對置的基板110a和110b之間的中心軸線，以及從頂脊向下傾斜且在左右側彼此對置的基板210a和210b之間的中心軸線垂直於車輛的安裝表面。
根據本發明一個實施例的用於車輛的分形天線的操作和配置幾乎與第二實施例的用於車輛的分形天線相同，且僅在進一步包括保護圖案單元100a、 100b、 200a和200b的天線屏蔽器300處與第二實施例的用於車輛的分形天線不同。
因此，本發明具有下列優點第一和第二寄生元件200a和200b置於由第一和第二輻射元件100a和100b形成的內部空間中，並使輻射元件和寄生元件以耦合方式彼此連接，其結果是在電容值"C"上實施補償，從而產生寬帶諧振頻率。
此外，本發明的用於車輛的分形天線提供一種全方位天線，其中第一和第二輻射元件100a和100b在左右側彼此對置，使得在所有方向上的信號衰減都很小。
另外，根據本發明的用於車輛的分形天線使用分形結構圖案，從而提高空間效率，從而提供減小了天線的體積。
儘管以說明目的來揭示本發明的優選實施例，但本領域的技術人員應該理解，在不脫離由所附權利要求揭示的本發明的精神和範圍的情況下，可以對其進行各種修改、增加和替換。
1權利要求
1、一種用於車輛的分形天線，包括第一和第二輻射元件，從頂脊向下傾斜並在用於保護所述天線的天線屏蔽器內部在左右側彼此對置；以及第一和第二寄生元件，在由所述第一和第二輻射元件形成的內部空間中形成，所述第一和第二寄生元件平行於各所述第一和第二輻射元件且以規則的間隙分別與各所述第一和第二輻射元件間隔開，並從頂脊向下傾斜並在左右側彼此對置。
2、 根據權利要求l所述的用於車輛的分形天線，其中所述第一和第二輻射元件以多個圖案的形式分別形成於第一基板一側的部分上表面上和第二基板一側的部分上表面上，所述多個圖案各自具有預定形狀，所述第一和第二基板每一個都形成為具有預定大小；以及所述第一和第二輻射元件彼此電連接。
3、 根據權利要求2所述的用於車輛的分形天線，其中所述第一輻射元件的一端設置有供應單元，該供應單元配置為提供多個信號；以及所述第二輻射元件的一端設置有開口端。
4、 根據權利要求2所述的用於車輛的分形天線，其中以周期地重複Koch曲線分形的方式一個一個地形成所述第一和第二輻射元件的多個圖案，其中每個圖案具有所述預定形狀。
5、 根據權利要求2所述的用於車輛的分形天線，其中所述第一和第二輻射元件從頂脊向下傾斜且在左右側彼此對置。
6、 根據權利要求2所述的用於車輛的分形天線，其中基於形成所述第一和第二輻射元件的所述多個圖案的總長度和寬度來調節基本諧振頻率。
7、 根據權利要求6所述的用於車輛的分形天線，其中基於形成所述第一和第二輻射元件的所述多個圖案的總長度，在數字多媒體廣播(DMB)廣播接收頻帶或調幅/調頻(AM/FM)廣播接收頻帶中運行所述分形天線。
8、 根據權利要求4所述的用於車輛的分形天線，其中當形成所述第一和第二輻射元件的多個分形結構圖案的長度比所述第一和所述第二基板的各長度都長時，形成所述第一和第二輻射元件使其以折線結構被彎曲。
9、 根據權利要求l所述的用於車輛的分形天線，其中所述第一和第二寄生元件以多個圖案的形式分別形成於第三基板一側的部分上表面上和第四基板一側的部分上表面上，所述多個圖案各自具有預定形狀，所述第三和第四基板的每一個都形成為具有預定大小；以及所述第一和第二寄生元件彼此電連接。
10、 根據權利要求9所述的用於車輛的分形天線，其中所述第一寄生元件以耦合方式連接到所述第一輻射元件，且所述第二寄生元件以耦合方式連接到所述第二輻射元件，從而產生寬帶諧振頻率。
11、 根據權利要求9所述的用於車輛的分形天線，其中以周期地重複Koch曲線分形的方式一個一個地形成所述第一和第二輻射元件的多個圖案，其中每個圖案具有所述預定形狀。
12、 根據權利要求1所述的用於車輛的分形天線，其中所述第一和第二輻射元件以多個圖案的形式分別形成於第一基板一側的部分上表面上和第二基板一側的部分上表面上，所述多個圖案各自具有預定形狀，所述第一和第二基板的每一個都形成為具有預定大小且所述第一和第二輻射元件彼此電連接；以及所述第一和第二寄生元件以多個圖案的形式分別形成於第三基板一側的部分上表面上和第四基板一側的部分上表面上，所述多個圖案各自具有預定形狀，所述第三和第四基板的每一個都形成為具有預定大小且所述第一和第二寄生元件彼此電連接。
13、 根據權利要求l所述的用於車輛的分形天線，其中使從頂脊向下傾斜且在左右側彼此對置的所述第一和第二輻射元件之間的中心軸線，以及從頂脊向下傾斜且在左右側彼此對置的所述第一和第二寄生元件之間的中心軸線垂直垂直於所述車輛的安裝表面。
14、 一種用於車輛的分形天線，包括四個基板，包含兩對基板，第一對基板從頂脊向下傾斜且在左右側彼此對置，且第二對基板從頂脊向下傾斜且在左右側彼此對置；多個圖案單元，形成於所述基板的各外表面；以及供應單元，配置為向所述多個圖案單元提供多個信號。
15、 根據權利要求14所述的用於車輛的分形天線，其中所述四個基板、3所述多個圖案單元和所述供應單元置於用於保護所述天線的天線屏蔽器中， 並使從頂脊向下傾斜且在左右側彼此對置的所述第一對基板之間的中心軸 線，以及從頂脊向下傾斜且在左右側彼此對置的所述第二對基板之間的中心 軸線垂直於所述車輛的安裝表面。
16、 一種用於車輛的分形天線，其包括四個基板，包含兩對基板，第一對基板從頂脊向下傾斜且在左右側彼此 對置，第二對基板從頂脊向下傾斜且在左右側彼此對置；多個圖案單元，配置為具有各預定形狀，形成於所述基板的各外表面；供應單元，配置為向所述多個圖案單元提供多個信號；以及 天線屏蔽器，配置為保護所述多個圖案單元；其中所述四個基板置於所述天線屏蔽器中，並使從頂脊向下傾斜且在左 右側彼此對置的所述第一對基板之間的中心軸線，以及從頂脊向下傾斜且在 左右側彼此對置的所述第二對基板之間的中心軸線垂直於所述車輛的安裝 表面。
17、 根據權利要求14或16所述的用於車輛的分形天線，其中 所述第一對基板包括向外安置的第一和第二基板，且所述第二對基板包括向內安置的第三和第四基板；以及所述多個圖案單元包括第一和第二輻射元件，以及第一和第二寄生元 件，其中所述第一和第二輻射元件以周期地重複Koch曲線分形的方式形成 在各所述第一和第二基板上，且配置為輻射電磁波；所述第一和第二寄生元 件以周期地重複Koch曲線分形的方式形成在各所述第三和第四基板上，且 以耦合方式連接到各所述第一和第二輻射元件。
18、 根據權利要求17所述的用於車輛的分形天線，其中基於形成所述 第一和第二輻射元件的多個圖案的總長度和寬度來調節基本諧振頻率。
19、 根據權利要求18所述的用於車輛的分形天線，其中基於形成所述 第一和第二輻射元件的多個圖案的總長度，在DMB廣播接收頻帶或AM/FM 廣播接收頻帶中運行所述分形天線。
20、 根據權利要求17所述的用於車輛的分形天線，其中當形成所述第 一和第二輻射元件的多個分形結構圖案的長度比所述第一和所述第二基板 的各長度更長時，形成所述第一和第二輻射元件使其以折線結構被彎曲。
全文摘要
本發明公開了一種用於車輛的分形天線(fractal antenna)。第一和第二輻射元件從頂脊向下傾斜並在用於保護天線的天線屏蔽器中在左右側彼此對置。第一和第二寄生元件形成於由第一和第二輻射元件形成的內部空間中。此外，第一和第二寄生元件平行於各第一和第二輻射元件且以規則的間隙與各第一和第二輻射元件間隔開，從頂脊向下傾斜且在左右側彼此對置。第一和第二輻射元件以每一個都具有預定形狀的圖案，分別形成於第一基板的部分上表面上和第二基板的部分上表面上。
文檔編號H01Q1/32GK101478077SQ20081009284
公開日2009年7月8日 申請日期2008年5月4日 優先權日2008年1月3日
發明者李東元, 金珍虎 申請人:摩拓泰有限公司