CN101595595A

CN101595595A - 天线连接器

Info

Publication number: CN101595595A
Application number: CNA2007800469239A
Authority: CN
Inventors: D·巴拉恩斯基
Original assignee: Pilkington Automotive Deutschland GmbH
Current assignee: Pilkington Automotive Deutschland GmbH
Priority date: 2006-11-15
Filing date: 2007-11-02
Publication date: 2009-12-02
Anticipated expiration: 2027-11-02
Also published as: CN101595595B; GB0622786D0

Abstract

公开了一种车用车窗玻璃，包括天线连接器。该车窗玻璃包括至少一层第一透明车窗材料层，以及在该车窗材料层上延伸并具有与之相接触的线状电导体的塑料材料层，该电导体的线的一部分被配置为天线导体，一部分被配置为形成耦合区域。此外，在第一透明车窗材料层的远离塑料材料的表面上提供表面触点，其与耦合区域对准。耦合区域和表面触点形成用作针对频带f的带通滤波器的传输线，电导体的形成耦合区域的部分的长度大约等于在玻璃中对应于f的第一有效波长λ_eff的四分之一的奇数倍。由天线在该带宽内接收的信号在耦合区域和表面触点之间通过低阻抗射频耦合被传输。优选地，表面触点和耦合区域形成双线传输线。

Description

天线连接器

技术领域

本发明涉及车用车窗玻璃上的天线，特别是涉及将这种天线电耦合到外部有线电路。

背景技术

常规地，天线已经作为可移动或伸缩杆包括在机动车辆上，连接到车辆的车身上，其能够接收AM和FM传输。最近的趋势是将天线设置到车辆的分层的前窗玻璃或后窗玻璃中。在分层车窗玻璃的情况下，分层车窗玻璃包括具有一层夹层材料的两层玻璃，该夹层材料诸如是夹在两层玻璃之间的PVB(聚乙烯醇缩丁醛)，天线可以通过将基于银的导电油墨丝网印刷到形成车窗的玻璃层的表面。作为替代，天线可以通过将细金属丝敷设到夹层材料的一个表面上并且施加热量使得金属丝变得粘附到夹层并嵌入其中而提供。

当通过印刷或布线在分层的车窗玻璃中提供天线时，有必要在天线、车窗玻璃内部和安装了车窗玻璃的车辆的线束之间进行连接。对于线状天线，这可以使用电流扁平电缆连接器实现。诸如扁平电缆连接器的连接器被焊接到夹层上的天线线路的末端，使得当被层压时，电缆的端部位于车窗玻璃结构内。连接器的外部然后悬于已完成的车窗玻璃的边缘之上，准备用于车辆内的连接。然而，使用这种连接时存在缺点。在层压期间，需要在热压之前去除玻璃/夹层组件内的空气，这通常通过使组件通过一对固定的或铰接的轧辊来实现。当扁平电缆连接器已经被焊接到位时，则不可能使用轧辊来去除车窗玻璃内的空气。作为替代，需要使用复合真空环设备，其中玻璃/夹层/玻璃的组合结构通过在该组合结构的边缘周围密封的橡胶环抽出空气。

作为使用扁平电缆连接器的替代，可以在分层结构中、在车窗玻璃边缘处的剪切部位中和通过外部插头和插座固定到这些连接器上的外部布线中包括小的扁平电流连接器。虽然花费相对较高，但这种方案至少允许玻璃/夹层/玻璃的组合结构使用轧辊去除空气，从而降低了制造成本。然而，在车窗玻璃的边缘处存在连接器可能会导致当使用车窗玻璃时玻璃层的局部分层和断裂。

此外，这两种连接方案均涉及将连接器焊接到位于玻璃层的一层的表面的天线上。当使用含铅焊料时，连接器、触点和玻璃之间的充分粘附力通过在玻璃的表面内相对较低的应力来实现。然而，对环保的考虑已经产生了在汽车工业中使用无铅焊料在车窗玻璃上进行电涂敷的日益增长的需求。使用无铅焊料的一个缺点是所提供的粘附力的水平较低，使得有时当进行电连接时需要同时使用焊料和粘合剂，如在EP 1256261 B1中所述的。此外，当单独使用无铅焊料时，与含铅焊料相比可能会增加玻璃表面处的应力。

作为使用电流连接器的替代，已知使用电容耦合连接器。不是像使用电流连接器那样依赖于连接器和在车窗玻璃内的天线线路之间的物理焊接触点，而是通过重叠的耦合板之间的电容耦合进行连接。一个铜板被焊接到夹层表面上的天线线路上，然后被放置在两层玻璃之间。天线线路和所述铜板可以靠近外层玻璃的内表面(“表面2”)或者内层玻璃的外表面(“表面3”)，每个表面都面向夹层。能够与铜板电容耦合的连接器被安装在内层玻璃的内表面(“表面4”，当安装时其面向车辆内部)上。(表面1是车窗玻璃的外表面。)典型地，这种连接器是具有附着到内层玻璃的内表面上的塑料外壳的金属按扣连接器的较低一半(阳连接器)。当车窗玻璃被固定到车辆上时，使用按扣连接器的较高一半(阴连接器)实现与车辆线束的连接。尽管这种方法比使用电流连接器更加可靠和易于处理，但当使用AM天线连接时会出现困难，这要求使用大面积耦合板以确保接收低频传输的低阻抗射频连接。将铜板或类似物焊接到天线导体还增加了制造过程的复杂性。

在WO99/66588A1中采取了替代方法。该文件建议使用导电补片区域以形成与玻璃上天线的电容连接。补片区域可以由透明导电涂层或者由不透明的导电陶瓷IR、UV、耐热或热塑性涂料形成。如果使用不透明材料，则补片区域以网格图案形成，以增加在连接器区域中透过玻璃的可视性。

希望找到一种将在分层车窗玻璃中的天线电路连接到外部线路的改进方法，具有较低的分层风险，无需使用焊料，并适合于使用广泛可得到的处理设备和所有已确定的天线类型。

发明内容

本发明的目的是通过提供一种车用车窗玻璃来解决这些问题，其包括至少一层第一透明车窗材料层；在该车窗材料层上延伸并且具有与该车窗材料层相接触的线状电导体的一层塑料材料，该电导体的线的一部分被配置为形成天线导体，一部分被配置为形成耦合区域；所述第一车窗材料层的远离塑料材料的表面上的表面触点，与耦合区域对准(in registration)；其中耦合区域和表面触点形成传输线，该传输线用作针对频带f的带通滤波器，电导体的形成耦合区域的部分的长度大约等于在玻璃中对应于f的第一有效波长λ_eff的四分之一的奇数倍，使得由天线在该带宽中接收的信号在耦合区域和表面触点之间通过低阻抗射频耦合被传输。

通过由线路本身形成耦合区域，信号可以从天线导体被耦合到表面触点，而无需使用需要物理连接的常规电子触点。因此降低了分层和玻璃断裂的风险，并且生产方法得以简化，导致减少了成本。此外，可以将连接器用作所接收的信号的带通滤波器，过滤掉不期望的频率。

此外，本发明还提供了一种车窗玻璃，其包括一层透明车窗材料层，具有与之相接触的线状电导体；该线状电导体的一部分被配置为形成天线导体，一部分被配置为形成耦合区域；在该车窗材料层的至少一部分上延伸的一层塑料材料；在所述塑料材料的表面上的表面触点，与耦合区域对准；其中耦合区域和表面触点形成传输线，该传输线用作针对频带f的带通滤波器，电导体的形成耦合区域的部分的长度大约等于在玻璃中对应于f的第一有效波长λ_eff的四分之一的奇数倍，使得由天线在该带宽中接收的信号在耦合区域和表面触点之间通过低阻抗射频耦合被传输。

这提供了相同的优点，但分别用于单层或双层车窗玻璃。

优选地，电导体的形成耦合区域的部分被配置为使得相邻的导体匝具有平行的电流。

优选地，电导体的形成耦合区域的部分具有至少一个网状物。

更为优选的是，电导体的形成耦合区域的部分被形成为具有至少一匝的螺旋。

优选地，电导体的形成耦合区域的部分的长度、网状物或匝的数目、以及网状物或匝之间的间隔通过f来确定。优选地，网状物或匝之间的空间大于发生电流消除效应的距离。

优选地，电导体的一端被配置为形成耦合区域。

优选地，表面触点由和耦合区域具有相同配置的电导体形成。

优选地，耦合区域和表面触点形成开放端口的双线传输线，该传输线的长度大约等于在玻璃中对应于f的有效波长λ_eff的四分之一的奇数倍。作为替代，表面触点也可以是金属板。

天线优选地用于AM、FM、UHF、VHF或SHF信号中的至少一种。

优选地，车窗玻璃是挡风玻璃，并且电导体位于挡风玻璃的可视区域内，其中可视区域根据ECE R43标准来定义。

在一个优选的实施例中，电导体由嵌入到塑料材料中的线路形成。作为替代，线路也可以被粘附到透明车窗材料层的主面上。线路可以包括铜、钨、金、银、铝或它们的合金中的至少一种。线路可以具有电绝缘涂层。线路可以具有粘合剂涂层。线路可以具有在10-500μm、优选是在10-160μm范围内的粗细。作为替代，电导体可以是在第一透明车窗材料层的表面上与表面触点相对的印刷导电油墨的区域。作为替代，电导体可以被印刷到塑料材料层的表面上。

优选地，车窗玻璃还包括第二层透明车窗材料层，并且塑料材料是一层夹层材料，夹在第一和第二层车窗材料之间。车窗玻璃还可以包括第二层透明车窗材料，并且塑料材料是一层夹层材料，夹在第一和第二车窗材料层之间，其中电导体接触第二层透明车窗材料的主面。在这两种情况下，夹层材料优选地是聚乙烯醇缩丁醛。

塑料材料可以是自粘附的抗撞击薄膜。

优选地，透明车窗材料是经过退火、加固或半加固的玻璃中的一种或者是塑料材料。

如果透明车窗材料层是单层的加固硅酸盐浮法玻璃，那么优选地，塑料材料是自粘附的抗撞击薄膜。

耦合区域和表面触点可以为放置为使得形成具有单个耦合区域的至少两个天线。

可以使用两个表面触点，第一表面触点连接到同轴电缆的内导体，第二表面触点连接到同轴电缆的外导体。

车窗玻璃可以包括至少一层防阳光涂层或低辐射涂层。车窗玻璃可以包括红外反射层。

透明车窗材料层可以是单层加固玻璃，所述塑料材料包括在一个表面上形成表面触点的导电材料。

附图说明

现在将仅通过举例的方式并参考附图描述本发明，其中：

图1a是示出两个天线的位置的挡风玻璃的示意性平面图；

图1b是根据本发明的天线和低阻抗射频连接器的位置特写的示意性截面图；

图1c是在图1b中车窗玻璃的示意性平面图；

图2a是开放端口双线传输线的λ/4长度上的电流和电压的示意图；

图2b是传输线耦合的等价电路图；

图2c是双线传输线的示意图；

图3a-3h示出了用于实现低阻抗射频耦合的不同天线线路的配置；

图4是第一仿真配置的示意性透视图；

图5是第二仿真配置的示意性透视图；

图6是第三仿真配置的示意性透视图；

图7是示出在0-1GHz上三种仿真配置的耦合的图表；

图8是示出在0-400MHz上三种仿真配置的耦合的图表；

图9是示出在0-1GHz上具有在图5中所示结构的第一测试样品的耦合的图表；

图10是第二测试样品的分层配置的示意性分解透视图；

图11是示出在0-1GHz上图10的样品的耦合的图示；

图12a至12h是优选的天线连接器设计的仿真配置的示意性分解图；

图13是第一宽带天线配置的示意性分解图；

图14是第二宽带天线配置的示意性分解图；

图15是一种替代宽带天线连接器的示意图；和

图16是具有根据本发明的天线配置的双层车窗玻璃的示意性截面图。

具体实施方式

本发明不是依赖于物理触点来将天线导体连接到车辆的线束，而是提供了一种改进的非电流式触点，这种非电流式触点与常规的电容连接器不同，不需要使用内部的铜板或类似装置来达到与表面触点的高耦合能力。特别地，在本发明中，传输线耦合是用于在天线导体和表面触点之间耦合信号的优选方法。使用传输线耦合具有提供带通滤波器特性的附加优点，其中合并后的表面触点和耦合区域的低阻抗传输频带被调节为适配于天线导体的频带。这种天线可以被用于0.1MHz至6GHz频率范围内的信号。

为了实现良好的射频耦合，例如通常需要在车窗玻璃内提供金属板作为电容器平板之一。在WO99/66588A1中，该板由线栅代替，其中线路交叉点的数目和线路之间的间隔由电容耦合的信号的波长来确定。对于在车辆中使用的玻璃上的天线，一种附加的设计考虑是天线连接器的可用空间，这相应地限制了耦合区域的可接受尺寸。对于车用天线，天线连接器的可用区域的尺寸为λ/10数量级，其中λ是对应于要接收的信号的带宽的波长。在本发明所述过程中执行的实验中，研究了使用这种与天线连接器尺寸相同的网格。发现这种尺寸受限的电容网格结构不能提供足够的信号耦合以用作天线连接器，除非形成网格的线路被相互紧挨着放置在一起。这种密集线路组装导致连接器在车窗玻璃中是可见的。因此，考虑了一种不同的方法。

作为替代，可以使用曲折线路图案。理想地，线路的长度是要接收的信号的波长(在玻璃中)的四分之一。如果也以线路或线条的形式提供表面触点，则耦合区域和表面触点作为双线传输线以耦合信号，如以下更加详细解释的。此外，在本发明的优选实施例中的耦合区域的长度和宽度与形成耦合区域的线路长度相比要小得多，从而能够使用小面积的表面触点实现低阻抗射频耦合。这种表面触点的面积比现有技术中的天线连接器所需的面积小得多。例如，玻璃上天线的典型长度是45cm，但是耦合区域和表面触点的面积在2cm×6cm＝12cm²的范围内。这在图1a中示出。图1a是示出两个天线A、B的位置的挡风玻璃的示意性平面图，这两个天线中的每一个都具有天线区域AR和耦合区域CR。天线A沿车窗玻璃的左侧边缘放置，并且当从安装了挡风玻璃的车辆的外部看时，天线A被暗条所覆盖(未示出)。天线B是L形天线，具有位于后视镜附近的耦合区域。在这两种情况下，天线区域的长度至少是处于比耦合区域的最长尺寸更大的数量级。

在图1b和1c中示出了传输线耦合的大体的例子。图1b是示出了在分层车窗玻璃中天线导体和带通滤波器类型低阻抗射频连接器的位置的示意性截面图。车窗玻璃10包括第一层透明车窗材料11和第二层透明车窗材料12，在这种情况下所述材料为玻璃，在它们之间分层有一层夹层材料13。提供了诸如线路的线状导体的第一部分的形式的天线导体14，其大约为50μm粗细，铺设在夹层材料13的表面内。可以使用这样的布线技术把天线线路布置在夹层材料的表面上：其中线路通过安装在x-y绘图臂上的头而得到。该线路的第二部分通过把天线布置成包含至少一个网状物的图案而被配置为形成耦合区域15。这种网状物由至少一匝形成，使得该线路有效地自身折返，形成曲折形状。当车窗玻璃10被使用并且由天线导体14接收信号时，在该耦合区域15和表面触点16之间产生低阻抗射频耦合。表面触点16被放置为邻近车窗玻璃内表面上的耦合区域15，当安装时面向车辆，并且通过导线17被连接到车辆的线束(未示出)。理想地，所述低阻抗射频耦合是传输线耦合，如以下详细描述的。最为优选的是，耦合区域和表面触点形成开放端口的双线传输线，该双线传输线的长度大约等于在玻璃中对应于f的有效波长λ_eff的四分之一的奇数倍，其中f是被接收的信号的频率。

图1c是车窗玻璃10的示意性平面图，并且更加详细地示出了耦合区域15。在这种情况下，耦合区域15由曲折段18形成，其在线路的一端具有至少一个网状物，在线路的另一端形成天线导体14。曲折段18位于表面触点16(以虚线示出，因为它是透过车窗玻璃10观看的)的上方(与之对准)。这使得耦合区域15和表面触点16之间形成低阻抗射频耦合。表面触点16可以是例如玻璃表面上的导电油墨的区域，或者可以是焊接到或粘附到玻璃表面上的板状金属触点。表面触点16可以是实体区域，诸如印刷的补片，或者是开放的区域，诸如有效地用作金属板的印刷的栅格或网格。根据表面触点16的配置，可以仅需要重叠耦合区域15，而不是完全对准。优选地，表面触点16被设计为与同样作为传输线的耦合区域15协同工作的传输线，以形成针对天线导体的频带的带通滤波器。在这种情况下，理想的是该触点应该尽量与耦合区域平行，并且应当与之对准设置，以便在相应的频带处实现最小射频阻抗。

图2a、2b和2c是解释传输线耦合过程的示意图。在本发明中，耦合区域和表面触点用作开放的双线传输线。在双线传输线中，E波(电场)和H波(磁场)是横向的。图2a是在开放双线传输线的λ/4长度上的电流和电压的示意图。入射E和H沿着从0到l的直线传播。在l处，入射波被完全反射(反射系数＝1)。因此，反射波与入射波的幅值相等，使得波发生叠加并形成驻波。所形成的驻波具有图2a中所示的电流(I)电压(V)关系：在0处得到最大电流和最小电压，在l处得到最小电流和最大电压。在电压等于零的位置处发生短路(谐振)，并且能量被转移。在沿传输线的任意其它位置处没有由于驻波发生能量辐射。双线传输线设置还可以考虑两个天线的情况，其中的一个天线以特定的带宽向另一天线辐射信号。

图2b是示出了双线传输线的电阻、电感和电容的等效电路图。线路电阻R与线路电感L串联连接，电容C代表两个线路的电容耦合。M代表线路的电感耦合，R_G代表由于玻璃的介电常数导致的电损耗。M、C和R_G并联连接。V_in和V_out分别是该线路的输入和输出电压。

图2c是双线传输线的示意图，实际上示出了在点0处，线有效地用作串联的电感和电容，允许在谐振点处经由短路而传递能量(电流)。图2b是图2c在谐振点处的简化，电感和电容在谐振频率处用作滤波器。因此，电流可以在对应于玻璃中的波长λ的特定频带f处被传递，其中传输线的长度等于玻璃中的λ/4，没有衰减。在任何其它频率处，由于由传输线自身导致的附加电阻系数而发生损耗。因此，传输线耦合具有电容和电感分量。谐振实际上将发生在λ/4的任何奇数倍处，例如3λ/4、5λ/4、7λ/4等。

因此，尽管直的双线传输线对于形成天线连接而言是理想的，但这种直线所要求的空间在由汽车制造商为天线连接器而指定的车窗玻璃区域内是无法得到的。因此，为了提供最小可能的面积，传输线必须以某种方式折叠(例如通过包含匝和网状物)，以使耦合区域和表面触点的尺寸最小化。这降低了在车窗玻璃上天线连接器的可视性。因此，传输线(耦合区域)必须比它所连接的天线的整体长度要小。这通过使线路的长度、在曲折图案中线路网状物之间的间隔和网状物的数目与天线导体所接收的波长范围(频带)相适配来实现。

通过配置线路的第二部分(其中该线路的第一部分形成了天线导体)以形成耦合区域，避免了将任何形式的触点或线路焊接到夹层材料表面上的天线导体的需要。在制造分层的车窗玻璃期间，玻璃/夹层/玻璃组合可以简单地使用轧辊来去除空气，而不是使用真空环系统。此外，在分层区域的边缘上没有过度的应力，使得在最终的车窗玻璃中分层和玻璃断裂的风险最小化。

通过使用细线(具有在10-150μm范围内的粗细)，可以在车窗玻璃的可视区域(通过ECE R43定义)内设置天线和/或耦合区域，因为当在车辆中安装车窗玻璃时，最终的布线从内部和外部看去实际上都不可见。与传统天线相比这是一个重要的发展，特别是在AM天线的情况下。AM天线要求很大的表面积或很长的天线长度，以便接收低频无线电传输，并且通常不能够被简单地包括在挡风玻璃的结构内。通过使用细线，面积大或长度长的天线可以被包含玻璃中，因为天线可以伸展到车窗玻璃的可视区域，而不妨碍透过车窗玻璃的观察。优选使用的线路包括铜、钨、金、银、铝或它们的合金，并且可以具有绝缘和/或粘合剂涂层。用于形成天线导体部分的线路不一定是直的，也可以是任何其它合适的形状，包括L形和U形。如果线路具有绝缘涂层或被沉积在夹层的不同表面上，它们可以被设置为彼此重叠或交叉。由于线路彼此电绝缘，对于为提供传输线特性所需的有效长度不会产生有害效果。如果使用没有这种绝缘的线路，则应当避免导致无意短路的线路交叉。线路可以包括防撕破芯线，例如镀有诸如铜等高导电性材料的不锈钢。

尽管在图1b中所示的示例性耦合区域15是一个简单的环，但也可以使用其它线路配置。图3a-3h示出了示例性的耦合区域配置。天线(直的线路)部分未按比例示出。图3a示出了单个环；图3b示出了一个双环；图3c示出了锯齿图案和环的组合；而图3d示出了多边形螺旋图案。图3e示出了具有尾部的更加复杂的单环；图3f示出了具有尾部的双环；图3g示出了具有尾部的锯齿图案，而不是环；并且图3h示出了具有尾部的多边形螺旋图案。虽然这里没有示出，但是可以替代使用提供足够低的阻抗的射频耦合的其它传输线配置。

为了确定这种在车窗玻璃中使用的天线的这种低阻抗射频耦合连接器的适用性，设计了三种仿真配置，并对每个线路耦合区域和一个表面触点之间高达1GHz的耦合进行建模。在每个配置中，线路耦合器区域位于单层玻璃的一个表面上，表面连接器位于相对的表面上。信号在耦合区域和表面触点之间耦合。

图4(配置1)是玻璃层30的示意性透视图，玻璃层30在上表面上具有代表耦合区域的曲折线路图案31，在下表面上具有代表表面触点的曲折线路图案32。耦合区域和表面触点彼此对准。图5(配置2)是玻璃层40的示意性透视图，玻璃层40在上表面上具有代表耦合区域的曲折线路图案41，在下表面上具有代表表面触点的简单线路环42，它与耦合区域对准。图6(配置3)是玻璃层50的示意性透视图，玻璃层50在上表面上具有代表耦合区域的曲折线路图案，在下表面上具有代表表面触点的简单线路环52。曲折区域51仅与环52的一部分重叠，因此没有完全对准。在每个配置中，形成曲折部分的线路的总的几何长度大约是200mm，这大约相当于对应于频带f的有效波长(λ_eff)的四分之一，其中对于位于玻璃表面上的直的导体f＝200MHz。尽管在这个例子中线路的长度等于λ_eff/4，但作为替代，该长度也可以等于3λ_eff/4、5λ_eff/4、7λ_eff/4等，只要λ_eff/4的倍数是奇数。

图7和8是分别示出在0-1GHz和0-400MHz上所有三种配置的仿真结果。在0dB处实现了良好的耦合(零损耗)，并且所有三种配置在大约λ_eff/4的奇数倍处均表现出良好的耦合。

根据这些仿真结果，制作了两个样品以使用商业上可获得的车窗玻璃部件测试实际的耦合。

准备了第一测试样品，其具有在图5中所示的基本结构。在该例子中线路的耦合区域被设计为用作传输线。具有20匝、并且具有520mm的总长度(相当于要发射的频带的四分之一波长λ/4)的曲折图案线路被铺设在一层0.76mm厚的PVB层上(聚乙烯醇缩丁醛)。该长度对应于在加固玻璃上的大约100MHz的频率。位于玻璃层表面上的线路的有效波长λ_eff与在空气中线路的波长λ_air相比有一个缩短因子。

60mm乘20mm的矩形形状的边馈电线路被铺设在一层2.1mm厚的硅酸盐浮法玻璃层的下表面上，其还支持在它上表面上的PVB层。所使用的线路是50μm粗细的。

图9是示出了在0至1GHz的范围上达到的射频耦合的图表。在那些大约对应于λ_eff/4的奇数倍的频率处实现了良好的耦合。作为缩短因子的结果，最大耦合点之间的距离随频率的增加而降低。

图10是分层结构的第二测试样品的示意性分解透视图。分层结构90包括第一层2.1mm厚的硅酸盐浮法玻璃层91和第二层2.1mm厚的硅酸盐浮法玻璃层92，在它们之间具有一层0.76mm厚的PVB夹层(未示出)。曲折线路结构93包括20匝(在图中只示出其中的一些)50μm粗细的线路，从而在PVB夹层的表面中嵌入了520mm的总长度。具有60mm乘20mm尺寸的矩形形状的、形成表面触点的边馈电线路94被铺设在第二层玻璃层92的表面上。测试样品被包括在机动车辆的挡风玻璃中。

图11是示出在0至1GHz的范围上达到的耦合的图表。

在以上使用的例子中，在仿真和实验测试中都使用框架状的表面触点。然而，作为仿真工作的一部分，当耦合区域和表面触点采用相同形状时，例如作为彼此的精确映像，并且在一个玻璃层的两侧上对准放置，确定得到了最有效的传输线耦合。优选地，表面触点被设计为与天线导体和耦合区域的频带相适配的传输线。对于传输线表面触点，该触点需要与耦合区域大体上平行地放置，并且它的引至汽车无线电或类似设备(线束)的端子必须放置得靠近该线路的天线导体在那里终止且耦合区域从那里开始的区域。这是因为两个平行的λ_eff/4波长的导体之间的耦合仅当这两个导体平行布置时并当它们的端点被放置在彼此靠近它们接触同轴电缆等的位置处时发生。在有效地用作耦合区域传输线的镜像的板状表面触点的情况下，可以由引至无线电或线束的同轴电缆的内部线路在任何位置处接触金属板。

图12a至h是在仿真期间使用的耦合区域和表面触点设计的示意图。图12a和b分别是垂直和水平网状物(曲折部分)的简单集合。图12c是由矩形框架包围的垂直网状物的简单集合。图12d是垂直网状物的更加复杂的集合，而图12e是垂直和水平网状物的结合。图12f、g和h是螺旋图案，其中图12f和12g是多边形螺旋(基于矩形)，图12h是圆形螺旋。使用所示的设计中的每一种执行仿真，并且比较以下的参数：

·3dB带宽(传输窗口的带宽)

·S ₂₁(传输特性：0是理想传输，增加的负值表示衰减)

·分层玻璃的第一谐振点

表1列出了这些参数，以及所使用的线路的耦合区域和机械长度。在计算中使用的玻璃厚度是2.1mm，并且该线路假设是理想的电导体。名为“反平行长度”的栏表明其中反平行电流流过的线路长度(其中具有相反电流流动的网状物是相邻的)。

设计(图号)	机械长度(mm)	耦合区域面积(mm²)	3dB带宽(MHz)	S ₂₁(dB)	反平行长度(mm)	第一谐振点(分层)(MHz)
设计(图号)	机械长度(mm)	耦合区域面积(mm²)	3dB带宽(MHz)	S ₂₁(dB)	反平行长度(mm)	第一谐振点(分层)(MHz)	12a	410	1020	66.5	-0.13	360	94
12b	410	1080	69	-0.12	390	94	12a	410	1020	66.5	-0.13	360	94
12b	410	1080	69	-0.12	390	94	12c	388	960	71	-0.13	231	94
12d	391	1020	69	-0.13	391	94	12c	388	960	71	-0.13	231	94
12d	391	1020	69	-0.13	391	94	12e	412	1200	66.5	-0.13	15	90
12f	368	1020	59	-0.15	0	92	12e	412	1200	66.5	-0.13	15	90
12f	368	1020	59	-0.15	0	92	12g	354	410	33	0.37	0	93
12h	328	299	40	-0.57	0	97	12g	354	410	33	0.37	0	93

表1：对于传输线耦合区域和表面触点的仿真结果

由这些仿真可以看到，在图12h中所示的圆形螺旋结构是车辆天线最为优选的结构。这是因为，通过使用这种图案，耦合区域具有针对特定频带/波长范围的最小面积，并且为耦合区域提供针对该频带的传输线特性所需的几何线路长度是最小的。

螺旋型结构还有其它优点。当在耦合区域中折叠或弯曲线路时，需要确保电流以相反方向流动(反平行电流)的相邻线路部分彼此之间的距离最小，换句话说，大于发生电流抵消效应的距离。这是为了避免抵消用于发送由天线导体接收的信号的辐射。作为例子，对于具有曲折或网状线路的耦合区域，如果表面触点是适配于耦合区域的传输线，则具有相反电流流动方向的位于2.1mm厚玻璃窗上的相邻线路部分之间的分隔距离至少应该是大约1.2mm。如果表面触点是板状金属区域，这种分隔距离至少应该是大约2mm。如果分隔距离下降到这些值以下，则传输线的有效长度减小，而带通滤波器的带宽增加。在以上描述的优选的圆形螺旋配置的情况下，为了实现最佳性能，螺旋的中心和第一匝之间的距离应该是使得耦合区域和表面触点分开的玻璃厚度的数量级。因此，相邻线路部分最好具有平行的电流。

在以上详细描述的仿真中，给出了所使用的线路的机械长度。要沉积在形成传输线的耦合区域中的线路的机械长度主要取决于要传输的频带。如以上讨论的，对于传输线耦合，该长度优选地被设置为等于所需频带的有效四分之一波长的奇数倍。由于邻近材料(在分层车窗玻璃中的车窗材料或夹层材料或者它们的组合)的介电常数而造成的缩短因子，线路的机械长度通常低于在空气中测得的四分之一波长。如果具有相反电流方向的相邻线路部分之间的分隔距离很短，则所需的机械长度增加。这补偿了由这种相邻线路部分所传输的能量的抵消导致的有效长度的损耗。

在实践中，基于所使用的车窗材料和夹层材料的已知缩短因子，首先通过估计以折叠/网状/弯曲形式沉积的耦合区域线路部分的四分之一波长来确定最佳机械长度。然后，测试在所估计的长度的区域中的各种不同长度，以确定这种不同耦合部分线路长度的射频阻抗，直至找到针对相关频带的最低阻抗。

以上描述的天线连接器的区域由线路或其它电导体的长度形成，该线路或其它电导体的长度等于在车窗玻璃中对应于f的有效波长λ_eff的四分之一的奇数倍，连接器对于该频率f作为带通滤波器。然而，天线本身的长度也等于在车窗玻璃中对应于f的有效波长的奇数倍，但是该有效波长可能与耦合区域的不同。这是因为附加缩短因子会影响耦合区域的长度，但不会影响天线的长度(如与仅对于天线的夹层、玻璃和空气相比，对于耦合区域的夹层和玻璃以及反平行电流效应)。因此，在实践中天线的长度对应于λ_eff/4的奇数倍，其中这与天线对应于f的第二有效波长相关。对于在分层车窗玻璃结构中放置在PVB夹层中的布线，缩短因子大约是0.6，对于玻璃层缩短因子大约是0.7。

如以上描述的，根据本发明的天线连接器用作带通滤波器。与电容耦合连接器相比，带通滤波器类型的连接器对于由车身的邻近金属部分(诸如窗框的金属法兰部分)所引起的扰动的灵敏度更低。因此，可以把本发明所述的连接器结构放置在比常规电容连接器更靠近车身的地方。这给车辆设计者提供了更多的设计选择和灵活性，并且使得与车辆线束的连接更为容易。板状表面触点要求在它们和相邻的金属车辆部分之间的最小距离比使用相同的传输线触点时更大。这是因为板状表面触点作为耦合区域的镜像，从而使耦合区域和表面触点之间的有效距离加倍。这使得对于板形表面触点而言，由位于到耦合区域的相同距离处的金属部件导致的寄生效应比传输线表面触点更强。

此外，使用细线形成的根据本发明的带通滤波器类型的连接器的电容通常比使用电容器平板作为在分层玻璃窗内部的耦合区域的常规连接器的电容小得多。使用常规电容计在kHz区域中测量，根据本发明的连接器结构的电容将是常规电容连接器的电容的数量级的1/100。

本发明使用天线连接器的另一个优点是它们的设计灵活性。尽管以上描述的所有天线连接器通常是对称的，这仅当由汽车制造商指定的用于天线连接器的车窗玻璃区域大体对称时才适用。然而，使用线路同时形成耦合区域和表面触点的一个优点是耦合区域和表面触点的形状可以被做成非对称的。例如，螺旋连接器可以使用椭圆形或梯形形状形成。只要一般地考虑线路间隔(避免抵消效应)和电流方向(避免反平行电流效应)，耦合区域和/或表面触点的形状可以是在车窗玻璃的指定范围内的任意形状。由于这些因素，可以将本发明所述的天线连接器放置在比已知电容天线连接器更靠近车身的地方。

在以上的例子中，耦合区域包括用于传输第一频带的第一线路部分。然而，通过为耦合区域提供用于向表面触点发输第二频带的第二线路部分，以及可选地在需要时提供用于发送其它频带的其它线路部分，可以根据本发明形成宽带天线。

图13是第一种宽带天线配置的示意性分解透视图。为了简化该图，仅示出了车窗玻璃的单层玻璃110。用虚线来表示单极天线的相对长度比在该图中所示的长度更长。用作耦合区域的曲折线路图案111被置于玻璃层110的上表面上，形成表面触点的矩形边馈电部分112位于与玻璃层110相对的下表面上。曲折线路111中的每个端部均提供有一个用作单极天线的直的天线导体(用粗线表示)，以接收其它频率的信号：第一条线路113的长度为玻璃表面上对应于300MHz的波长的λ_eff/4；第二条线路114的长度为玻璃表面上对应于100MHz的波长的λ_eff/4。这种结构形成了(双带)宽带天线，并且可以被简单地被放置在与图10中所示类似的分层结构中。

图14是第二种宽带天线配置的示意性分解透视图，基于与图13所示相同的原理。为了简化该图，仅示出了车窗玻璃的单层玻璃120。用虚线来表示单极天线的相对长度比在该图中所示的长度更长。第一子天线A和第二子天线B中的每一个均包括曲折线路图案的耦合区域，它们被设置在玻璃层120的上表面上，一个矩形边馈电部分121位于与玻璃层120相对的下表面上。在第一子天线和第二子天线之间不存在电流连接。为形成子天线A、B的耦合区域的每个曲折线路提供了形成单极天线的两个直天线导体。这使得每个子天线A、B均能够被用于接收某个特定的频带。对于子天线A，第一天线导体122的长度为玻璃表面上对应于100MHz的波长的λ_eff/4，第二天线导体123的长度为玻璃表面上对应于300MHz的波长的λ_eff/4。对于子天线B，第一天线导体124的长度为玻璃表面上对应于600MHz的波长的λ_eff/4，第二天线导体125的长度为玻璃表面上对应于200MHz的波长的λ_eff/4。因此，这种结构形成了宽带天线，并且可以被简单地设置在与图10所示类似的分层结构中。作为替代，可以替代使用接收其它频率的线路长度的其它组合。用来形成天线导体的线路不一定是直的，也可以是任意其它合适的形状，包括L形和U形。

图15是一种作为替代的宽带天线连接器的示意图，也被设计为克服在λ_eff/2处的衰减。连接器不是具有两个并排的耦合区域，而是采用了两个重叠的耦合区域，彼此成90°取向。第一耦合区域131包括基本上水平的网状物，第二耦合区域132包括基本上垂直的网状物。这些网状物可以通过嵌入到夹层材料层的两个相对表面内的线路而形成，或者通过把线路叠置在夹层材料的一个具有电绝缘涂层的表面上而形成。线路必须彼此电绝缘，以实现传输线耦合。每个耦合区域被配置为用作针对特定带宽、例如100MHz和200MHz的带通滤波器，其中每个传输线相当于相应于该频带的一个波长的λ_eff/4。

作为替代，可以通过将耦合区域放置在天线连接器的中心处而形成双带天线，使得至少两个具有共同耦合区域的天线由单个电导体形成。

在利用本发明所述天线连接器的车窗玻璃中使用的透明车窗材料最好是玻璃。更优选地，所述玻璃是经过退火、加固或半加固的玻璃，并且可以被涂层、着色或清洁。其它透明车窗材料包括诸如聚碳酸酯的塑料材料，可以被用于形成至少一层分层结构。优选地，所使用的夹层材料是塑料材料。该塑料材料通常是不导电的，并且是基于聚合物的。合适的材料包括聚乙烯醇缩丁醛、EVA(乙烯酸酯乙烯共聚物)、聚碳酸酯、离子交联薄膜、热塑聚氨酯薄膜和聚乙烯对苯二酸盐，以及其它在车窗玻璃领域众所周知的材料。夹层材料在一层透明车窗材料层的至少一部分上延伸以形成分层的车窗玻璃。该车窗玻璃可以包括至少一层防阳光涂层或低辐射涂层。作为替代或附加地，车窗玻璃可以包括红外反射层。

在以上例子中，所使用的天线导体是一根线路。然而，可以使用其它线状电导体。例如，天线导体和耦合区域可以由使用导电油墨(诸如含银油墨)印刷的区域形成。该区域以分层结构或单层结构被设置在诸如玻璃的透明车窗材料层的表面上，并且与诸如夹层材料的塑料材料层或自粘附薄膜接触。作为替代，印刷的区域可以设置在塑料材料层上。类似地，可能希望将线路粘合到一层透明车窗材料层的表面上。对于分层的车窗玻璃，天线导体和耦合区域可以与表面2或表面3相接触，而表面触点与表面4相接触。对于与表面2相接触的耦合区域，耦合区域和表面接触之间的耦合可以通过在夹层材料层和表面3之间的分层车窗玻璃结构内加入诸如金属板的另一个电导体而得以改进。优选地，电导体被放置在耦合区域和表面触点之间(直上直下)。

本发明还可以被用于利用相同原理连接偶极子天线，其中使用两个表面触点。第一个表面触点被连接到同轴电缆的内导体，第二个触点被连接到同轴电缆的外导体。

尽管以上的例子涉及使用分层的车窗玻璃，但是也可以将同样的发明构思应用到所谓的双层车窗玻璃上。双层车窗玻璃结构通常包括单层经过加固或半加固的玻璃，在该单层玻璃安装时朝向车辆内的表面上涂敷有一层聚合物材料层(或薄膜)。该薄膜用于提高单层玻璃的抗撞击性能，同时提供了重量比分层车窗玻璃更轻的车窗玻璃结构。这里天线的布线同样需要用电缆通道覆盖，或隐藏在车窗上的暗条或车辆的镶边中。

图16是具有本发明所述天线配置的双层车窗玻璃的示意性截面图。该双层车窗玻璃160包括一层玻璃层161，一层聚合物材料层162粘附到该玻璃层的一个表面上。在聚合物材料层162和玻璃层161之间提供了一个天线163。天线163的一端被配置为形成耦合区域164，它用于借助传输线耦合来耦合由天线163和表面触点165接收到的信号。这里的天线连接器部分164也被配置为具有等于λ_eff/4的长度以用作带通滤波器。表面触点165被置于耦合区域164之上，至少部分对准。所使用的聚合物材料层可以是单层或多层薄膜，并且最好是自粘附的PET(聚对苯二甲酸乙二醇酯)薄膜。合适的自粘附薄膜是那些使用压敏粘合剂的薄膜，如可从杜邦公司得到的以Spallshield ^TM为商标出售的薄膜。这种薄膜通常具有100-500μm的厚度范围，粘合剂层的厚度范围是5-50μm。该薄膜可以具有附加的防阳光或防热特性，和/或可以被清洁或着色。所使用的玻璃层可以被加固、半加固或退火，并且它自身可以被清洁或着色。在把天线放置到玻璃层上之前，使用具有在x-y绘图仪上移动的头的布线机，在薄膜的粘附表面上以线路的形式提供天线。该线路的直径在10-160μm的范围内，并可以提供有绝缘涂层。一旦天线就位，薄膜在去除空气之后使用轧辊被粘附到玻璃层上。

表面触点165可以是印刷在薄膜的非粘附表面上的导电油墨的区域，或者可以是使用合适的粘合剂粘附到薄膜表面上的金属触点。表面触点165可以是实体区域，如印刷的补片，或者也可以是开放的区域，如印刷的栅格或网格。根据表面触点的配置，可以实现与耦合区域的部分重叠或完全对准。尽管图16中的天线163是由导电线路形成的，但它也可以由导电油墨、如基于银的油墨的印刷区域形成。

其它单层车窗玻璃也可以包括本发明所述的天线连接器。例如，单层加固玻璃(诸如侧灯)可以提供有印刷在一个表面上的导电的银，形成具有配置为用作天线连接器的部分的天线导体。可以以塑料材料片的形式提供表面触点，该塑料材料片具有在一个表面上形成耦合区域的导电材料，并在车窗玻璃的一部分上延伸。该塑料材料片被接合到车窗玻璃上，以便与银的印刷部分相接触，在其上没有导电材料的表面上提供粘合剂。因此，可以在表面触点和天线连接器之间实现传输线耦合，而无需要将连接器焊接到位。

Claims

1.一种车用车窗玻璃，包括：

至少一层第一透明车窗材料层；

在所述车窗材料层上延伸并具有与所述车窗材料层相接触的线状电导体的塑料材料层，电导体的线的一部分被配置为形成天线导体，一部分被配置为形成耦合区域；

在第一车窗材料层的远离塑料材料的表面上的表面触点，该表面触点与耦合区域对准；

其中耦合区域和表面触点形成用作针对频带f的带通滤波器的传输线，电导体的形成耦合区域的部分的长度大约等于在车窗玻璃中对应于f的第一有效波长λ_eff的四分之一的奇数倍，使得由天线在该带宽内接收的信号在耦合区域和表面触点之间通过低阻抗射频耦合被传输。

2.一种车用车窗玻璃，包括：

一层透明车窗材料层，具有与该透明车窗材料层相接触的线状电导体，该电导体线的一部分被配置为形成天线导体，一部分被配置为形成耦合区域；

在所述车窗材料层的至少一部分上延伸的一层塑料材料层；

在塑料材料层的远离电导体的表面上的表面触点，该表面触点与耦合区域对准；

3.如权利要求1或2所述的车窗玻璃，其中电导体的形成耦合区域的部分被配置为具有多匝，使得相邻导体匝具有平行的电流。

4.如权利要求1、2或3所述的车窗玻璃，其中电导体的形成耦合区域的部分具有至少一个网状物。

5.如权利要求1、2或3所述的车窗玻璃，其中电导体的形成耦合区域的部分形成为具有至少一匝的螺旋。

6.如权利要求4或5所述的车窗玻璃，其中通过f确定电导体的形成耦合区域的部分的长度、网状物或匝的数目、以及网状物或匝之间的间隔。

7.如权利要求6所述的车窗玻璃，其中网状物或匝之间的间隔大于发生电流抵消效应的距离。

8.如以上权利要求中任一项所述的车窗玻璃，其中电导体的一端被配置为形成耦合区域。

9.如以上权利要求中任一项所述的车窗玻璃，其中表面触点由和耦合区域具有相同的配置的电导体形成。

10.如权利要求1至8中任一项所述的车窗玻璃，其中表面触点由金属板形成。

11.如权利要求9所述的车窗玻璃，其中耦合区域和表面触点形成了开放端口的双线传输线，该传输线的长度大约等于在车窗玻璃中对应于f的有效波长λ_eff的四分之一的奇数倍。

12.如以上权利要求中任一项所述的车窗玻璃，其中天线是用于0.1MHz到6GHz频率范围内的信号。

13.如权利要求1或权利要求3至12中任一项所述的车窗玻璃，其中车窗玻璃是挡风玻璃，并且电导体被放置在挡风玻璃的可视区域内，其中所述可视区域根据ECE R43标准来定义。

14.如以上权利要求中任一项所述的车窗玻璃，其中电导体由嵌入到塑料材料中的线路形成。

15.如权利要求1至12中任一项所述的车窗玻璃，其中电导体由粘附到车窗材料层的线路形成。

16.如权利要求14或15所述的车窗玻璃，其中所述线路包括铜、钨、金、银、铝或它们的合金中的至少一种。

17.如权利要求14、15或16所述的车窗玻璃，其中所述线路包括电绝缘涂层。

18.如权利要求14、15、16或17所述的车窗玻璃，其中所述线路包括粘合剂涂层。

19.如权利要求14、15、16、17或18所述的车窗玻璃，其中所述线路的粗细在10-500μm的范围内。

20.如权利要求1至13中任一项所述的车窗玻璃，其中电导体是在第一透明车窗材料层的与表面触点相对的表面上印刷的导电油墨的区域。

21.如权利要求1至13中任一项所述的车窗玻璃，其中电导体是在塑料材料层的表面上印刷的导电油墨。

22.如权利要求1或权利要求3至21中任一项所述的车窗玻璃，其中所述车窗玻璃还包括第二透明车窗材料层，所述塑料材料是一层夹层材料，夹在第一和第二车窗材料层之间。

23.如权利要求1或权利要求3至21中任一项所述的车窗玻璃，其中所述车窗玻璃还包括第二透明车窗材料层，所述塑料材料是一层夹层材料，夹在第一和第二车窗材料层之间，并且其中电导体接触所述第二透明车窗材料层的主面。

24.如权利要求22或23所述的车窗玻璃，其中所述夹层材料是聚乙烯醇缩丁醛。

25.如以上权利要求中任一项所述的车窗玻璃，其中透明车窗材料是经过退火、加固或半加固的玻璃中的一种，或者是塑料材料。

26.如权利要求2至21中任一项所述的车窗玻璃，其中透明车窗材料层是单层的加固硅酸盐浮法玻璃。

27.如权利要求26所述的车窗玻璃，其中所述塑料材料是自粘附的抗冲击薄膜。

28.如以上权利要求中任一项所述的车窗玻璃，其中耦合区域和表面触点被放置为使得电导体形成具有单个耦合区域的至少两个天线。

29.如以上权利要求中任一项所述的车窗玻璃，其中使用两个表面触点，第一个表面触点连接到同轴电缆的内导体，第二个表面触点连接到同轴电缆的外导体。

30.如以上权利要求中任一项所述的车窗玻璃，还包括防阳光涂层或低辐射涂层中的至少一种。

31.如以上权利要求中任一项所述的车窗玻璃，还包括红外反射层。