小型化隐蔽汽车天线的应用研究

论文摘要

随着无线通信的迅猛发展和人们对信息需求的不断增加,现代的汽车上要求有越来越多的无线服务设施,尤其是豪华轿车。它们不仅需要标准的调幅调频广播接收系统,而且需要电视接收、无钥匙进入、遥控功能、卫星导航、移动电话以及未来的数字无线电等。于是就产生了这些服务设施的无线电系统,天线作为无线电系统的前端设备,在整个系统中起着至关重要的作用,天线性能的高低直接影响着整个系统的接收效果。微带天线具有一系列的优点,譬如像结构紧凑、剖面低、重量轻,不仅如此,而且易与载体共形,容易制作,与微波电路极易集成,且宜大规模生产等诸多优点,被广泛的应用于各种无线电系统。为了实现天线的隐蔽性,本文是设法将天线做成微带结构,与车体共形。本文首先回顾了小型汽车天线的发展历程,介绍了传统汽车天线与现代汽车天线,汽车天线的发展现状及未来的发展趋势。接着归纳了目前汽车天线的一些设计方法,阐述了微带天线的辐射机理及微带天线实现小型化的几种常用方法,分别是采用特殊介质材料法、加载技术、分形技术来减小天线的尺寸以及一些其他特殊结构形式。最后,本文主要针对小型汽车上的通信系统设计了三款小型化的应用天线。一种是2.4GHz频段的超薄微带天线,其厚度仅为0.4mm,可以应用于无线收费系统、车辆管理系统等。其基本结构是在一块矩形绝缘基板的一面制作了一个圆形的导电贴片,在另一面制作了一个圆形的环带,两者之间形成一个圆环形的缝隙,其中圆环形的缝隙的长度大约在二分之一波长(λ/2)左右。在圆环上开出了一个缝隙,在此处利用同轴线进行馈电。整个结构简单,车上的很多位置适合安装。在2.4～2.4835GHz频段天线的驻波比均在1.3以下(VSWR<1.3)。第二种是一款接收移动通信信号的车载电话天线。该天线的基本结构是一个椭圆形的贴片中间被挖空的环状结构作为天线的辐射体,采用梯形的地板,能够减小天线的尺寸,实现小型化。整个结构印刷在PCB板上,馈电点与辐射体之间采用渐变的微带连接,实现阻抗匹配。这款天线能够覆盖到移动电话所用的各个频段,在所有频段的驻波比均在1.75以下,而且最高增益达到4.06dBi。第三款是一GPS天线,其基本结构是在方形的基板上印刷一六边形的贴片作为天线的辐射体,另一面是金属地,在地上开出了两对相互正交但长短不等的缝隙,减小天线的尺寸,同时实现圆极化。经过不断的优化,在基板对角线的位置上寻找到合适的馈点,使天线得到了较好的性能。在1575.42±5MHz频段,VSWR<1.3。该天线可以安装于汽车的顶部或者与汽车的天窗融为一体,与车体共形,实现隐蔽性。以上三款天线均能很好的满足各种通信系统的应用要求,具有广泛的应用前景。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 汽车天线的国内外研究现状及发展趋势
• 1.3 选题的目的和意义
• 1.4 本文研究内容与组织结构
• 第2章 小型汽车天线设计方法
• 2.1 引言
• 2.2 传统的汽车天线
• 2.3 现代汽车天线
• 2.3.1 利用曲流原理设计车顶天线
• 2.3.2 其他形式车顶天线
• 2.3.3 汽车玻璃天线
• 2.4 利用微带技术减小天线尺寸
• 2.4.1 微带天线辐射机理
• 2.4.2 采用特殊材料法
• 2.4.3 利用加载技术
• 2.4.4 附加有源网络
• 2.4.5 分形技术
• 2.4.6 其他特殊结构形式
• 2.5 本章小结
• 第3章 汽车无线收费系统天线设计
• 3.1 引言
• 3.2 天线设计
• 3.3 仿真结果
• 3.3.1 驻波比
• 3.3.2 方向图
• 3.3.3 增益
• 3.4 本章小结
• 第4章 车载移动电话系统天线设计
• 4.1 引言
• 4.2 车载电话天线设计考虑
• 4.3 天线结构设计
• 4.4 仿真结果分析与讨论
• 4.4.1 驻波比
• 4.4.2 方向图
• 4.4.3 增益
• 4.5 本章小结
• 第5章 车载GPS天线设计
• 5.1 引言
• 5.2 天线的圆极化技术
• 5.2.1 实现圆极化的基本条件
• 5.2.2 微带天线的圆极化实现方法
• 5.3 天线结构设计与仿真
• 5.3.1 天线结构设计
• 5.3.2 天线仿真结果
• 5.4 本章小结
• 结论与展望
• 结论
• 展望
• 参考文献
• 攻读硕士期间的科研成果
• 致谢