V2X天線與具有V2X天線的V2X通信系統的制作方法

本申請要求于2015年10月22日提交的韓國專利申請第10-2015-0147132號的權益，其全部內容通過引證結合于此。

技術領域

本公開涉及V2X天線以及具有V2X天線的V2X通信系統。

背景技術：

本章節中的陳述僅提供與本公開相關的背景信息，并且不會構成現有技術。

V2X通信系統是支持車輛到車輛(V2V)通信以及車輛到基礎設施(V2I)通信的通信系統，并且被用于通過車輛間的通信來指明在車輛行駛的路況(諸如高速公路狀況或普通道路狀況)前方產生的危險情況，或者被用于通過車輛間的通信或者移動通信的基站傳播危險情況至后方車輛，以便防止事故。

進一步，根據應用服務，V2X通信系統可以有助于交通事故預防，諸如前方危險對象的感測、交通控制、應急車輛在交叉路口的中途不停車駛過、交叉路口死角區的事故預防以及二輪車輛逼近的預檢測。

在此，沿地表面方向(X方向和Y方向)進行定向輻射的貼片天線可被用于在車輛間執行V2X通信，并且沿所有方向(Z方向)進行非定向輻射的單極天線可被用于在車輛和基站之間執行V2X通信。

如果使用非定向天線，則沿所有方向進行輻射，因此，在特定方向上的增益低；并且如果使用定向天線，則波束寬度窄，并且因此通信靜區寬。

技術實現要素：

本公開提供一種具有定向性和非定向性兩者的V2X天線，其在對方車輛所在的方向上和通信目標所在的方向上產生強定向性，以及具有該V2X天線的一種V2X通信系統。

本公開的另外優點、目的及特征將部分闡述在隨后的說明書中，并且部分將在研究以下內容時對本領域內的普通技術人員變得顯然，或者可以從本公開的實踐中得到。本發明的目的和其他優點，可以通過在書面說明及其權利要求書以及附圖中具體指出的結構來實現和獲得。

一種V2X天線包括Z定向輻射器、從Z定向輻射器的中心位置沿Z方向延伸的XY定向輻射器以及形成在Z定向輻射器與XY定向輻射器之間的感應耦合器，并且該感應耦合器施加具有指定電平的感應電流至Z定向輻射器和XY定向輻射器。

V2X天線可以進一步包括基板單元，沿Z定向輻射器的邊緣形成，使得Z定向輻射器形成在基板單元的內側。

V2X天線可以進一步包括在基板單元內形成的饋電器，該饋電器的上部與Z定向輻射器的下部接觸。

V2X天線可以進一步包括在基板單元的下部形成的接地部，并且該接地部與饋電器的下部接觸。

接地部可以由導電材料形成。

感應耦合器可以以從XY定向輻射器的中心開始的十字形狀形成。

如果感應耦合器包括沿X方向形成的第一感應耦合器部以及沿Y方向形成并且與第一感應耦合器部相交的第二感應耦合器部，則除了第一和第二感應耦合器部之間的相交區域外的第一感應耦合器部的一條邊的長度和第二感應耦合器部的一條邊的長度相等。

該長度可以在1.4mm～1.8mm范圍內。

第一感應耦合器部或第二感應耦合器部的端部的寬度可以在0.02mm～2mm范圍內。

除了第一和第二感應耦合器部之間的相交區域外的第一感應耦合器部的一條邊的長度和第二感應耦合器部的一條邊的長度可在1.4mm～1.8mm范圍內具有不同值。

XY定向輻射器可以包括具有桿狀并且形成在Z方向的中心位置的第一XY定向輻射器部，以及具有柱狀并且形成在第一XY定向輻射器部的上端部的第二XY定向輻射器部。

柱狀的第二XY定向輻射器部可以用作負載。

Z定向輻射器、XY定向輻射器和感應耦合器可以由導電材料形成。

XY定向輻射器可以在單極模式下運轉，并且Z定向輻射器可以在貼片模式(patch mode)下運轉。

饋電器可以在基板單元內沿X方向偏置，使得Z定向輻射器或XY定向輻射器具有沿ZX方向的輻射定向，或饋電器在基板單元內在Y方向偏 置，使得Z定向輻射器或XY定向輻射器具有沿ZY方向的輻射定向。

在本公開的另一方面，一種V2X通信系統，包括對方車輛內的第一V2X天線、通信目標的第二V2X天線以及車輛內的V2X天線，該V2X天線通過第一WAVE通信連接至第一V2X天線并且通過第二WAVE通信連接至第二V2X天線。

V2X天線可以包括：被配置為進行第二WAVE通信的Z定向輻射器；從Z定向輻射器的中心位置沿Z方向上延伸以便進行第一WAVE通信的XY定向輻射器；形成在Z定向輻射器與XY定向輻射器之間的感應耦合器，并且該感應耦合器施加具有指定電平的感應電流至Z定向輻射器與XY定向輻射器；沿Z定向輻射器的邊緣形成使得Z定向輻射器形成在基板單元的內側的基板單元；在基板單元內形成的饋電器，該饋電器的上部接觸Z定向輻射器的下部；以及在基板單元的下部形成的接地部，并且該接地部接觸饋電器的下部。

感應耦合器可以以從XY定向輻射器的中心開始的十字形狀形成。

如果感應耦合器包括沿X方向形成的第一感應耦合器部以及沿Y方向形成并且與第一感應耦合器部相交的第二感應耦合器部，則除了第一和第二感應耦合器部之間的相交區域外的第一感應耦合器部的一條邊的長度和第二感應耦合器部的一條邊的長度在1.4mm～1.8mm范圍內相等。

XY定向輻射器可以包括具有桿狀并且形成在Z定向輻射器的中心位置的第一XY定向輻射器部，以及具有柱狀并且形成在第一XY定向輻射器部的上端部的第二XY定向輻射器部，并且該柱狀的第二XY定向輻射器部可以用作負載。

饋電器可以在基板單元內沿X方向偏置，使得Z定向輻射器或XY定向輻射器具有沿ZX方向的輻射定向；或饋電器在基板單元內在Y方向偏 置，使得Z定向輻射器或XY定向輻射器具有沿ZY方向的輻射定向。

通過文中提供的描述，應用性的進一步方面將變得顯然。應當理解，說明書和特定實例僅旨在用于說明之目的，并不旨在限制本公開內容的范圍。

附圖說明

為了使本公開能得到很好地理解，現在將參考附圖以實例的方式給出本公開中的各種形式的描述，其中：

圖1是示意性示出V2X通信系統的一個實例的視圖；

圖2是示出V2X天線結構的一個實例的透視圖；

圖3是示出圖2的感應耦合器的結構的放大圖；

圖4是示出感應耦合器的不同于圖3的另一種類型的放大圖；

圖5是示出用作圖2的負載的第二XY定向輻射器部的定向特性的曲線圖；以及

圖6是圖解示出從圖2的V2X天線產生的輻射圖案的一個實例的視圖。

本文中描述的附圖僅用于說明的目的，并不旨在以任何方式限制本公開的范圍。

具體實施方式

以下描述在本質上僅是示例性的，并不旨在限制本公開、應用或用途。應理解，全部附圖中，相應的參考標號表示相同或相應的部分和特征。

給出或共同使用以下描述中使用的后綴“模塊”和“單元”，僅是出于易于制備本說明書的考慮，并沒有區別的含義或功能。

此外，能理解，在以下描述中使用的術語“和/或”包括列出的一個或多個相關項的所有任意的和所有可能的組合。

在以下形式的描述中，將理解的是，術語“包含”、“包括”、“含有(consisting of)”和“具有”是指存在相應的元件，除非另有說明，否則不排除存在其它元件。

在以下說明書中公開的V2X天線和V2X通信系統具有定向性和非定向性兩者，以在車輛之間以及車輛和由IEEE標準化的WAVE通信連接的通信目標之間順暢地發送和接收數據，并且沿著地表面方向(X方向和Y方向)以及對方車輛和通信目標所在的所有方向(Y方向)集中由此產生的輻射定向，因此提高與對方車輛和與通信目標的通信靈敏度。

進一步，V2X天線和V2X通信系統將原本在不必要方向的輻射定向集中到沿著對方車輛和通信目標中的大多數所在的XZ方向或YZ方向以及地表面方向(X方向和Y方向)和向上方向(Z方向)，因此實現更多地提高與對方車輛和與通信目標的通信靈敏度的機制。

在此，通信目標是指支持提供電子收費(ETC)服務的專用近程通信(DSRC)技術、支持提供遠程信息處理的蜂窩通信技術、支持在廣闊區域中提供交通信息的廣播和通信技術等的平臺(例如終端、通信模塊、基站等)。

此外，通信目標可以指漫游設備，諸如移動電話、筆記本電腦和可穿戴設備。

在下文中，為了提高與由V2X通信連接的對方車輛以及通信目標的通信靈敏度，將更詳細地描述安裝在任意車輛中的V2X天線以及使用該V2X天線的V2X通信系統。

<V2X通信系統的一個實例>

圖1是示意性示出V2X通信系統的一個實例的視圖。

參考圖1，V2X通信系統1000包括：車輛10內的V2X天線100、對方車輛20內的第一V2X天線200以及通信目標30的第二V2X天線300。

車輛10內的V2X天線100可以通過V2X通信(第一WAVE通信)連接至對方車輛20內的第一V2X天線200，并且通過V2X通信(第二WAVE通信)連接至通信目標30的第二V2X天線300。

車輛10和對方車輛20可以是行駛中的車輛或停車中的車輛。因此，可以在行駛中的或停車中的車輛10和對方車輛20之間進行第一WAVE通信。

在另一方面，通信目標30可以被固定在預定位置或者可以正在移動。

例如，如果通信目標30是移動電話，則可以在由人手攜帶的移動電話30和車輛10之間進行第二WAVE通信。另一方面，如果通信目標30是基站，則可以在行駛中或停車中的車輛10和位于建筑物內或路邊的基站30之間進行第二WAVE通信。

在此，可以通過非定向性，例如，不僅通過沿著X方向和Y方向進行輻射的輻射定向，而且通過沿著XZ方向和/或YZ方向進行輻射的輻射定向，在車輛10內的V2X天線100和對方車輛20內的第一V2X天線200之間執行WAVE通信。

此外，可以通過定向性，例如，不僅通過沿著Z方向(向上方向)進行輻射的輻射定向，而且通過沿XZ方向和/或YZ方向進行輻射的輻射定向，在車輛10內的V2X天線100和通信目標30的第二V2X天線300之間執行WAVE通信。

如上所述，通過將車輛10內的V2X天線100指定為一個通信模塊，作為不僅可以覆蓋地表面方向和向上方向，而且還可以覆蓋位于它們之間的方向的非定向天線和定向天線，能夠減少沿不必要的方向的輻射定向，從而增加通信靈敏度并且降低制造成本。

在下文中，將更詳細地描述在車輛10內的V2X天線100的結構和特性。

<V2X天線的一個實例>

圖2是示出V2X天線結構的一個實例的透視圖。

參考圖2，V2X天線100可以包括基板單元110、Z定向輻射器120、XY定向輻射器130、感應耦合器140和饋電器(power feeder)150。

首先，基板單元110可以由介電材料形成并且具有大致矩形形狀。基板單元110可以沿Z定向輻射器120(將在稍后描述)的邊緣形成，使得Z定向輻射器120形成在基板單元110的內側。

基板單元110可以包括在其下部的接地部111。接地部111可以由導電材料形成以便容易接地。

根據本公開的一種形式，Z定向輻射器120安裝在基板單元110內部。安裝在基板單元100內部的Z定向輻射器120的上端部可被制造為具有的高度大約與基板單元110的上端部的高度一致，并且具有與基板單元110的形狀相同的大致矩形形狀。

通過這樣的結構，為了執行與通信目標30的WAVE通信，當導入感應電流時，Z定向輻射器120可基本上具有在3D空間坐標中沿垂直于地表面的Z方向的輻射定向。

在這種情況下，Z定向輻射器120可以在具有定向輻射圖案的貼片天線的貼片模式(patch mode)下運轉。

為了增強輻射定向，Z定向輻射器120可以由導電材料形成(例如銅)。然而，本公開不限于此，并且Z定向輻射器120可以由兩種或更多種的導電材料的組合形成。

根據一種形式，XY定向輻射器130制造為以下形狀：其中在三維空間坐標中，XY定向輻射器130位于Z定向輻射器120的中心位置并且沿Z方向延伸。

也就是說，XY定向輻射器130可以從Z定向輻射器120的中心位置起沿Z方向延伸。

XY定向輻射器130可以由導體(例如銅)形成，并且包括：具有桿狀并且形成在Z軸方向輻射器120的中心位置的第一XY定向輻射器部131，以及具有柱狀(pillar shape)并且形成在第一XY定向輻射器部131的上端部的第二XY定向輻射器部132。

通過這樣的結構，為了順暢地執行與對方車輛20的WAVE通信，當導入感應電流時，XY定向輻射器130可以具有非定向性，即在三維空間坐標中沿地表面方向(例如，X方向和Y方向)的輻射定向。

在這種情況下，XY定向輻射器130可以在具有非定向的輻射圖案的單極天線的單極模式下運轉。

特別地，柱狀的第二XY定向輻射器部132可以制造為在X方向和Y方向上具有強輻射定向的頂裝式負載，以便與對方車輛20執行更順暢的V2X通信。

在一種形式中，感應耦合器140可以由導體形成(例如銅)，并且形成(安裝)在Z定向輻射器120與XY定向輻射器130之間。

為了實現方便安裝，感應耦合器140可以制造為具有縫隙結構并且具有的高度大約等于Z定向輻射器120的高度，并且感應耦合器140可被插入到Z定向輻射器120和XY定向輻射器130之間。

如上所述，感應耦合器140可以施加指定強度的感應電流至Z定向輻射器120和XY定向輻射器130，從而允許Z定向輻射器120與XY定向輻射器130具有如上所述的必要的定向的和/或非定向的輻射定向。

在此，感應耦合器140的形狀和長度可能影響從Z定向輻射器120和XY定向輻射器130輻射出的能量(輻射)的量。

也就是說，這可能意味著由感應耦合器140的形狀和長度來確定從Z定向輻射器120和XY定向輻射器130輻射出的定向的和非定向的輻射定向圖案和/或輻射定向強度。

例如，當感應耦合器140以從XY定向輻射器130的中心起形成的十字形時，Z定向輻射器120和/或XY定向輻射器130不僅可以在上述固有方向上具有強輻射定向，而且在XZ方向和/或YZ方向上具有強輻射定向。

為了這個目的，十字形的感應耦合器140可以包括：在X方向形成的第一感應耦合器部141和在Y方向形成且與第一感應耦合器部141相交的第二感應耦合器部142。

稍后將參考圖2描述關于感應耦合器140的長度的輻射特性。

最后，可形成其上部接觸Z定向輻射器120的下部，并且其大部分位于基板單元110內的饋電器150。

這樣的饋電器150可以決定性地影響Z定向輻射器120的輻射圖案和/或輻射強度。例如，Z定向輻射器120和/或XY定向輻射器130的輻射定向圖案和/或輻射定向強度可以根據饋電器150的位置的偏置方向而變化。

例如，在X方向偏置的饋電器150可以形成在基板單元110內，使得Z定向輻射器120和/或XY定向輻射器130在ZX方向具有強輻射定向。

由此，Z定向輻射器120不僅可以在Z方向具有輻射圖案，而且可以在XZ方向具有強輻射定向；和/或XY定向輻射器130不僅可以在X方向和Y方向具有非定向的輻射定向，而且可以在XZ方向具有強輻射定向。

然而，本公開并不限于此，并且饋電器150可以位于基板單元110中的其它位置。

例如，雖然未在附圖中示出，但是可以在基板單元110內形成在Y方向偏置的饋電器150，使得Z定向輻射器120和/或XY定向輻射器130在ZY方向具有強輻射定向。

在這種情況下，Z定向輻射器120不僅可以在Z方向具有輻射定向，而且可以在YZ方向具有強輻射定向，和/或XY定向輻射器130不僅可以在X方向和Y方向具有非定向的輻射定向，而且可以在YZ方向上具有強輻射定向。

當Z定向輻射器120和XY定向輻射器130在ZY方向和YZ方向具有輻射定向時，能夠增加通信靈敏度，以更準確地識別位于距地表面指定高度的對方車輛和通信目標。

上述基板單元110的接地部111形成在基板單元110的下部并且接觸饋電器150的下部，因此，用作在Z定向輻射器120和/或XY定向輻射器130中流動的電流(感應電流)的地。

在下文中，將描述感應耦合器140的長度對定向特性的影響。

圖3是示出圖2的感應耦合器的結構的放大圖，并且圖4是示出感應耦合器的不同于圖3的另一種類型的結構的放大圖。

參考圖3，感應耦合器140可以包括在X方向形成的第一感應耦合器部141和在Y方向形成且與第一感應耦合器部141相交的第二感應耦合器部142。

在這種情況下，除了感應耦合器140的相交區域以外的第一感應耦合器部141的一條邊的長度和第二感應耦合器部142的一條邊的長度(例如長度X和長度Y)可以是相等的。在此，長度X和長度Y可被確定在1.4mm～1.8mm范圍內。

例如，當第一感應耦合器部141的長度X和第二感應耦合器部142的長度Y超出上述長度范圍時，在XY定向輻射器130中感應的電場的量增加并且因此在地表面方向(即在X方向和Y方向)的非定向的輻射定向性增加，但是Z定向輻射器120的Z方向的輻射定向與在地表面方向上的非定向輻射定向的增加成比例地降低。因此，感應耦合器140的長度X和長度Y在上述范圍內。

另外，當第一感應耦合器部141的長度X和第二感應耦合器部142的長度Y低于上述長度范圍時，Z定向輻射器120的Z方向的輻射定向增加，但是與XY定向輻射器130感應耦合的量減少，并且因此在X方向和Y方向的非定向輻射定向降低。因此，感應耦合器140的長度X和長度Y在上述范圍內。

然而，第一感應耦合器部141的長度X和第二感應耦合器部142的長度Y不限于是相同的長度，并且例如可以是不同的，如在圖4中示例性示出。

即，參考圖4，根據一種形式，除了感應耦合器140的相交區域以外的第三感應耦合器部143的一條邊的長度和第四感應耦合器部144的一條邊的長度(例如長度X’和長度Y’)可以是不同的。

然而，雖然第三感應耦合器部143的長度X’和第四感應耦合器部144的長度Y’是不同的，但是長度X’和長度Y’可以具有1.4mm～1.8mm范圍內的不同值。例如，第三感應耦合器部143的長度X’可以是1.6mm，并且第四感應耦合器部144的長度Y’可以是1.4mm。

此外，不同于圖4，感應耦合器140可以制造為使得第三感應耦合器部143的一條邊的長度X’和位于相交區域另一側的第三感應耦合器部143的另一條邊的長度是不同的；并且第四感應耦合器部144的一條邊的長度Y’和位于相交區域另一側的第四感應耦合器部144的另一條邊的長度是不同的。

如上所述，可以在不僅沿X方向、Y方向和Z方向，而且沿著XZ方向和YZ方向改進輻射特性的范圍內，確定長度的各種修改。

圖3中所示的第一感應耦合器部141的端部寬度和/或第二感應耦合器部142的端部寬度可以在0.02mm～2mm范圍內。在此，第一感應耦合器部141和第二感應耦合器部142的端部寬度“a”可以在0.02mm～2mm范圍內是相同的或不同的。

第一感應耦合器部141和第二感應耦合器部142具有上述端部寬度“a”的原因是為了增加在對方車輛20的方向和在通信目標30的方向上的強輻射定向。然而本公開不限于此，并且如果能夠制造這些感應耦合器部141 和感應耦合器部142，則第一感應耦合器部141和第二感應耦合器部142可以被制造為具有的端部寬度大于或小于上述寬度“a”。

這樣做的原因是，相較于第一感應耦合器部141的長度X的設計和第二感應耦合器部142的長度Y的設計，第一感應耦合器部141的端部寬度“a”和第二感應耦合器部142的端部寬度“a”的設計是對輻射特性較不敏感的。

<定向特性的實例1>

圖5是示出作為圖2的負載的第二XY定向輻射器部的定向特性的曲線圖。

參考圖5，可以確認的是，當V2X天線100包括用作負載的第二XY定向輻射器部132時，由此形成的沿X方向和Y方向的非定向輻射圖案40比(沒有第二XY定向輻射器部132的單極天線的)常規輻射圖案50具有更高的定向強度。

也就是，在圖5中示出的在X方向和Y方向上的常規輻射圖案50略微扁平并且在其它方向(例如在Z方向或在地表面的向下方向上)展開。然而，在X方向和Y方向上的輻射圖案40不在Z方向或地表面的向下方向輻射并且集中在X方向和Y方向上。

<定向特性的實例2>

圖6是圖解示出從圖2的V2X天線產生的輻射圖案的一個實例的示圖。

參考圖6，為了執行與在地面或者距地面的指定高度處的停車中或者行駛中的對方車輛以及固定在比對方車輛高的位置處或者移動中的通信目標的順暢的WAVE通信，可以確認的是，從上述V2X天線產生的輻射 圖案，不僅在地表面方向(即X方向和Y方向)而且在大多數通信目標和對方車輛所在的XZ方向和/或YZ方向上具有強的輻射定向圖案和/或輻射定向強度。

特別地，在XZ方向上增加定向特性的原因是，在基板單元110內的饋電器150在X方向偏置。在這種情況下，可以從圖6確認的是提高了在YZ方向的定向特性以及在XZ方向的定向特性。

如從以上描述中明顯看出，根據本公開的具有改進輻射特性的V2X天線具有如下效果。

首先，對于V2X通信不必要的輻射定向集中在了通信目標和/或對方車輛所在的方向(例如X方向、Y方向、Z方向、YZ方向和XZ方向)，因此提高了與對方車輛和/或通信目標的通信靈敏度。

其次，不執行不必要方向上的輻射，因此增加了V2X通信系統的能量效率。

對于本領域內的技術人員顯而易見的是，可以在本公開內容中作出各種變型和修改，而不偏離本公開的精神或范圍。因此，目的在于本公開內容涵蓋該公開內容的變型和修改，倘若其在所附權利要求及其等同物的范圍內的話。