基于电磁带隙结构的车车通信天线的制作方法

1.本实用新型的实施方式总体上涉及车载通信技术领域，更具体地，涉及一种基于电磁带隙结构的车车通信天线。


背景技术：

2.家用汽车的广泛普及致使道路交通运输网中的车辆陡增,道路负荷的增加，堵车、追尾、碰撞等交通事故频频发生，采用修建道路立交、行政命令手段等方式在解决交通拥堵问题中收效甚微。智能交通系统(intelligent transportation system,its)在这种情况下应势而生，在减少交通拥堵和降低交通事故发生率等方面效果显著。智能交通系统包括信息采集系统、信息处理分析系统和信息发布系统三个部分，其中车车通信系统(car to car，c2c)是its的重要组成部分，依靠技术的实现，通过车载通信设备实现移动车辆间的信息交互，驾驶员收到警告后就能降低事故的风险或车辆本身就会采取自治措施，有效的避免交通事故的发生，保障驾乘人员的生命安全。
3.车载通信天线作为车车通信系统的核心组件，在完成信息传递和接收过程中占有重要地位，其功能是接收和发射电磁波的装置，实现通信频带内电磁波与电信号的相互转换。所以，天线性能的优劣直接会影响整个通信系统的可靠性。
4.目前，需要一种在水平辐射面上能够获得良好的全向辐射性的车车通信天线。


技术实现要素：

5.为了解决现有技术中的上述问题，本实用新型的实施方式提供了一种基于电磁带隙结构的车车通信天线，所述天线包括基质板、贴片辐射单元、电磁带隙结构和矩形接地板。所述贴片辐射单元设置于所述基质板的正面，包括水平放置的e形结构和t形结构，其中，所述水平放置的e形结构的底边与所述t形结构的顶边贴合连接，并且所述t形结构的顶边的长度大于所述水平放置的e形结构的底边的长度。所述电磁带隙结构设置于所述基质板的正面，包括多个电磁带隙结构单元，所述多个电磁带隙结构单元位于所述t形结构的纵边两侧。所述矩形接地板设置于所述基质板的背面，并且所述矩形接地板的位置对应于所述电磁带隙结构在所述基质板的正面上的位置。
6.在一些实施方式中，所述多个电磁带隙结构单元分布为两行。
7.在一些实施方式中，所述电磁带隙结构包括分布为两行的8个所述电磁带隙结构单元，每行包括4个所述电磁带隙结构单元。
8.在一些实施方式中，所述多个电磁带隙结构单元相对于所述t形结构的纵边对称。
9.在一些实施方式中，所述水平放置的e形结构依次包括第一纵边、第二纵边和第三纵边，其中所述第一纵边和所述第三纵边位于所述第二纵边的两侧并且相对于所述第二纵边对称。
10.在一些实施方式中，所述第一纵边和所述第三纵边的长度相同，并且大于所述第二纵边的长度。
11.在一些实施方式中，所述第一纵边和所述第三纵边的宽度相同，并且小于所述第二纵边的宽度。
12.在一些实施方式中，所述基质板是厚度在0.9mm至1.5mm范围内的聚四氟乙烯fr-4基质板，所述基质板的相对介电常数εr＝4.4，损耗角正切tanδ＝0.02。
13.在一些实施方式中，所述电磁带隙结构单元的长度在3mm至6mm的范围内，所述电磁带隙结构单元的孔半径在0.5mm至1mm的范围内，所述多个电磁带隙结构单元中两个相邻电磁带隙结构单元之间的间隙在0.3mm至0.8mm的范围内。
14.在一些实施方式中，所述矩形接地板的宽度在12mm至18mm的范围内。
15.本实用新型的实施方式提出了一种包含dsrc(dedicated short-range communications)通信频段、wlan通信频段的车载通信天线，该天线在基质板正面采用e形+t形贴片的辐射单元，底端两边加载了8个单元的电磁带隙结构，基质板背面加载了矩形振子的贴片，在水平辐射面上获得了良好的全向辐射性，满足了车车通信系统对天线低剖面和全向性的要求。
附图说明
16.通过参考附图阅读下文的详细描述，本实用新型实施方式的上述以及其他目的、特征和优点将变得易于理解。在附图中，以示例性而非限制性的方式示出了本实用新型的若干实施方式，其中：
17.图1示出了根据本实用新型的基于电磁带隙结构的车车通信天线的正面示意图；
18.图2示出了根据本实用新型的基于电磁带隙结构的车车通信天线的背面示意图；
19.图3示出了根据本实用新型的基于电磁带隙结构的车车通信天线的仿真结果示意图；
20.图4示出了根据本实用新型的基于电磁带隙结构的车车通信天线的xoz面辐射方向图；
21.图5示出了根据本实用新型的基于电磁带隙结构的车车通信天线的xoy面辐射方向图。
22.在附图中，相同或对应的标号表示相同或对应的部分。
具体实施方式
23.下面将参考若干示例性实施方式来描述本实用新型的原理和精神。应当理解，给出这些实施方式仅仅是为了使本领域技术人员能够更好地理解进而实现本实用新型，而并非以任何方式限制本实用新型的范围。
24.微带天线这一概念最早由美国的g.a.deschamps教授在1953年提出，当时对其研究并不多，随着微波集成技术的逐渐发展，微带天线因其所具有的独特优势被广泛应用于各种无线电通信系统中。
25.微带天线是由一块厚度远小于波长的介质基板和覆盖在它的两面上的金属导体贴片组成，两侧的金属导体分别为金属接地板和辐射单元，辐射电磁波的机制是通过在辐射单元和金属接地板间激励起高频电磁场，然后由两者之间的缝隙对外辐射。由于微带天线的性能与其贴片结构密切相关，而且天线都会产生表面波，但是表面波会影响天线辐射
到空间中能量的效率，造成天线的辐射效率较低。电磁带隙结构具有高阻抗特性，能够有效抑制表面波，这样电磁能量不会被束缚于贴片表面，从而提高天线的辐射效率。
26.在一个方面，本实用新型的实施方式提供了一种基于电磁带隙结构的车车(car to car，c2c)通信天线。参考图1-图2，其分别示出了根据本实用新型的基于电磁带隙结构的车车通信天线的正面和背面的示意图。
27.如图1-2所示，天线包括基质板、贴片辐射单元、电磁带隙结构和矩形接地板。贴片辐射单元设置于基质板的正面，包括水平放置的e形结构和t形结构，其中，水平放置的e形结构的底边与t形结构的顶边贴合连接，并且t形结构的顶边的长度大于水平放置的e形结构的底边的长度。电磁带隙结构设置于基质板的正面，包括多个电磁带隙结构单元，多个电磁带隙结构单元位于t形结构的纵边两侧。矩形接地板设置于基质板的背面，并且矩形接地板的位置对应于电磁带隙结构在基质板的正面上的位置。
28.如图1-2所示，w4为电磁带隙结构单元的长度，w6为带隙结构单元间的间隙，l5为基质板背面矩形振子的长度，r为孔半径。
29.作为本实用新型的一个实施方式，如图1所示，多个电磁带隙结构单元分布为两行。例如，电磁带隙结构包括分布为两行的8个电磁带隙结构单元，每行包括4个电磁带隙结构单元。
30.作为本实用新型的一个实施方式，多个电磁带隙结构单元相对于t形结构的纵边对称。如图1所示，8个电磁带隙结构单元均匀分布在t形结构的纵边两侧。
31.作为本实用新型的一个实施方式，水平放置的e形结构依次包括第一纵边、第二纵边和第三纵边，其中第一纵边和第三纵边位于第二纵边的两侧并且相对于第二纵边对称。
32.作为本实用新型的一个实施方式，第一纵边和第三纵边的长度相同，并且大于第二纵边的长度。
33.作为本实用新型的一个实施方式，第一纵边和第三纵边的宽度相同，并且小于第二纵边的宽度。
34.作为本实用新型的一个实施方式，基质板是厚度在0.9mm至1.5mm范围内的聚四氟乙烯fr-4基质板，基质板的相对介电常数εr＝4.4，损耗角正切tanδ＝0.02。例如，基质板的长度可以在28mm至33mm的范围内。作为一个具体示例，基质板的大小可以为20mm*30.5mm，厚度1.1mm。
35.作为本实用新型的一个实施方式，电磁带隙结构单元的长度在3mm至6mm的范围内，电磁带隙结构单元的孔半径在0.5mm至1mm的范围内，多个电磁带隙结构单元中两个相邻电磁带隙结构单元之间的间隙在0.3mm至0.8mm的范围内。
36.作为本实用新型的一个实施方式，矩形接地板的宽度在12mm至18mm的范围内。
37.基于电磁软件仿真建模，表1给出了优化后的详细的天线尺寸的一个具体示例。需要注意的是，根据本实用新型的c2c通信天线可以在上述实施方式描述的结构下，通过多种尺寸的组合来实现，不限于表1所列的这一种具体方式。
38.表1优化后的微带天线的尺寸的一个具体示例
[0039][0040][0041]
e形+t形贴片辐射单元与带隙结构的距离l4起到了调节该微带天线工作带宽的作用。参考图3，其示出了根据本实用新型的基于电磁带隙结构的车车通信天线的仿真结果示意图。如图3所示，当距离增加时，工作带宽减小，但天线谐振点没有变化，当l4＝2.5mm时，谐振频点处的s11值下探值最大，匹配最优。
[0042]
参考图4和图5，其分别给出了该微带天线在5.2ghz、5.5ghz、5.75ghz、5.9ghz处的xoz面和xoy面2d仿真方向图。从图4-5中可以看出，水平面天线方向图近似为全向辐射；垂直面方向图类似为“8”形，与单极子天线的方向性一致，从而呈现出了良好的边界特性。
[0043]
下表2给出了测试频点在5.2ghz、5.5ghz、5.75ghz和5.9ghz天线水平面内各个方向的增益大小，从表中数据可以看出该微带天线在工作频带内水平面不圆度小于2.4db，达到了设计要求。
[0044]
表2微带天线水平面各个方向增益值
[0045]
角度5.2ghz5.5ghz5.75ghz5.9ghz0
°
1.9db2.22.9db3.3db90
°
2.3db1.32.1db1.8db180
°
2.6db2.93.7db4.2db270
°
1.3db1.52.0db2.3db
[0046]
本实用新型的实施方式提出了一种包含dsrc(dedicated short-range communications)通信频段、wlan通信频段的车载通信天线，该天线在基质板正面采用e形+t形贴片的辐射单元，底端两边加载了8个单元的电磁带隙结构，基质板背面加载了矩形振子的贴片，在水平辐射面上获得了良好的全向辐射性，满足了车车通信系统对天线低剖面和全向性的要求。
[0047]
出于示意的目的，已经给出了本实用新型的实施方式的前述说明，其并非是穷举性的也并非要将本实用新型限制为所公开的确切形式。本领域技术人员可以理解的是，在不偏离本实用新型的范围的情况下可以做出各种变化，并且可以将其中的元件替换为等同物。另外，在不偏离本实用新型的基本范围的情况下，可以进行很多修改以使得特定的情况或材料适应于本实用新型的教导。因此，本实用新型不试图限制于所公开的作为用于实现本实用新型所预期的最佳模式的特定实施方式，本实用新型将包括落入所附的权利要求的范围内的所有实施方式。