CN103270646A

CN103270646A - 窗天线

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Publication number: CN103270646A
Application number: CN2011800574693A
Authority: CN
Inventors: D·戴
Original assignee: Pittsburgh Glass Works LLC
Current assignee: Pittsburgh Glass Works LLC
Priority date: 2010-10-22
Filing date: 2011-10-14
Publication date: 2013-08-28
Anticipated expiration: 2031-10-14
Also published as: US8466842B2; CA2815352C; CA2815352A1; PL2630690T3; CN103270646B; JP2016027745A; JP2018014737A; EP2630690A1; EP2630690B1; WO2012054330A1; JP2013544045A; US20120098716A1; JP6230201B2

Abstract

一种车窗组件。窗组件包括玻璃层和位于该玻璃层的表面上的导电涂层。导电涂层具有外周边缘，该外周边缘适合于与车辆框架的内金属边缘隔开，从而限定天线缝隙。导电涂层包括邻近外周边缘的至少一个删除部分，其中，该删除部分的大小使得将天线缝隙调谐为期望的共振频率。

Description

窗天线

背景技术

包括在后窗和风挡中的镀银天线或嵌入的电线的汽车窗天线已经被使用了很多年了。更近来，金属涂覆的红外线反射薄膜已经被用作了天线。

已经提出了使用1/4或1/2波长的电线天线的若干种天线，该电线天线通过在玻璃窗的层之上或之间的导电涂层或薄膜来形成于车窗中。这样的设计可以包括具有“T”形的透明涂层和若干个电互连涂层区域的汽车天线。此外，将导电涂层分成两片并且具有分离的AM和FM天线以降低AM噪音并改进系统性能的天线是已知的。

另一种被提出的解决方案是，在窗的金属框架与导电透明膜板之间形成缝隙天线，导电透明膜板粘结到窗并且具有与窗框架的内边缘隔离开的外周边缘，以限定缝隙天线（slot antenna）。这些例子利用具有覆盖车体的窗框架的导电涂层的至少一个边缘来通过耦合高频地将涂层短接地，从而改进射频波的发送和接收。

从审美的角度出发，缝隙天线概念总的来说是较好的解决方案，这是由于天线不可见并且可以被用于任何窗上。另一个优点是热负荷降低，这是由于与其它天线概念相比，缝隙天线去除了加热反射涂层的小区域。对实现缝隙天线存在各种技术挑战，尤其是在车辆的风挡上。首先，在窗周边的周围只有有限的区域来安置天线元件，并且，可能难以设计满足性能要求的天线。第二，由于天线特性依赖于缝隙尺寸，因此缝隙天线难以被调谐到频带。例如，窗的周边限定了最大的缝隙长度，该缝隙长度限定了最低的频率应用。最低的频率应用可能不在关注的频带中。各种风挡和后玻璃窗缝隙天线可以覆盖FM频带，但是不能覆盖TV频带I（47MHz-68MHz）。这样，就存在对例如风挡隐藏天线的天线的需求，其具有针对不同应用的可调谐的频带。还存在对使用高级天线匹配和频率调谐方法的车辆缝隙天线的需求，其可以被用于设计具有可接受的性能同时保留所有热反射涂层的太阳能优点且具有良好的美感的天线。

发明内容

本发明的各种实施例涉及车窗组件。该车窗组件包括具有内金属边缘的框架和固定到该框架的窗格（window pane）。窗格包括：内玻璃层、外玻璃层、以及在内玻璃层与外玻璃层之间的夹层。窗格还包括位于外玻璃层的表面上的导电涂层，其中，导电涂层具有与框架的内金属边缘隔开的外周边缘，以限定天线缝隙（antennaslot），并且，其中，导电涂层包括邻近天线缝隙的至少一个删除部分，其中，该删除部分的大小使得将天线缝隙调谐为期望的共振频率。车窗组件还包括电连接到导电涂层的外周边缘的天线馈送结构。

本发明的各种实施例涉及车窗组件。窗组件包括玻璃层和位于该玻璃层的表面上的导电涂层。导电涂层具有外周边缘，该外周边缘适合于与车辆框架的内金属边缘隔开，从而限定天线缝隙。导电涂层包括邻近外周边缘的至少一个删除部分，其中，该删除部分的大小使得将天线缝隙调谐为期望的共振频率。

根据下面的描述和示出本发明实施例的附图，本发明的这些和其它细节、目的和优点将会变得更好理解或者变得清楚。

附图说明

在本文中通过举例，结合附图来描述了本发明的各种实施例，在附图中：

图1示出根据本发明的各个实施例的透明玻璃天线；

图2-4是根据本发明的各个实施例的沿着图1中的线2-2截取的截面图；

图5示出根据本发明的各个实施例的透明玻璃天线；

图6是在从47MHz到860MHz的天线共振频带中的天线返回损耗的图；以及

图7-16是示出针对垂直和水平极化的在不同频带处的根据本发明的各个实施例的车辆天线的方向图（directional pattern）的极坐标图。

具体实施方式

本发明的实施例涉及用于车辆的缝隙天线。缝隙天线在窗的金属框架与导电透明膜板之间形成，导电透明膜板粘结到窗并且具有与窗框架的内边缘隔离开的外周边缘，以限定缝隙天线。缝隙长度被选择为支持在关注的频带处的基本模式。在车辆框架与导电涂层边缘之间形成的环形缝隙是最长的缝隙大小，这样，使用最低的共振频率限定了基本模式。对于基本激发模式的环形缝隙天线，总的缝隙长度可以是一个波长，或者，对于基本激发模式的非环形缝隙，总的缝隙长度可以是半个波长。

可以通过将窗涂层的一个或多个边缘与车辆框架重叠来将缝隙长度电短接，从而使得通过耦合将射频信号短接到车辆框架。这提供了针对更高频带的不同应用来调谐缝隙天线的方式。以窗的不同侧形成的缝隙天线具有不同的场分布和不同的天线图案，因此产生多种接收。

可以通过去除导电涂层来在其周边引入一个或多个狭缝来增加缝隙长度。射频电流被强制绕开这些狭缝，因而增加了缝隙的电气长度。结果，共振模式频率向着更低的频带偏移。狭缝的长度、宽度和数量是由窗的大小和关注的频带确定的。

在各个实施例中，缝隙天线即可以直接馈送也可以通过电容耦合来馈送。耦合馈送可以具有更容易的天线调谐和制造的优点。在各个实施例中的天线馈送结构被设计为激发缝隙天线的多个模式，以支持在不同的频带处的不同的电子装置的应用。

图1示出根据本发明的各个实施例的透明风挡组件10及其相关主体结构。风挡20由金属框架30围绕，其具有由车体窗边缘11限定的窗孔径。如本文中所描述的，本发明的实施例可以被用于不是风挡而是其它类型的窗或窗组件的窗和窗组件上。例如，本发明的实施例可以并入到任何窗或或遮阳篷灯。为了清楚起见，所有这样的窗和窗组件在本文中都被称为风挡20。风挡20的外边缘21覆盖框架30的环形法兰38，以允许将风挡20固定到车体，框架30是车体的一部分。从图2中看到的，环形密封部件35被放置在风挡20与法兰38之间，并且模制件34桥接框架30与风挡20之间的外隙。

风挡20可以是标准的层叠车辆风挡，其由通过插入层或夹层18粘结在一起的外玻璃层14和内玻璃层12形成。夹层18可以由例如标准的聚乙烯醇缩丁醛或任何类型的塑料材料构成。外玻璃层14具有在车辆外部的外表面140（常规上被称为1号表面）以及内表面142（常规上被称为2号表面）。内玻璃层12具有在车辆内部的外表面122（常规上被称为3号表面）以及在风挡20内侧的内表面120（常规上被称为4号表面）。夹层18位于表面142与122之间。

如图2所示，风挡20可以包括在风挡20的周边的周围的暗的或黑色的油漆带22，以隐藏风挡20的边缘周围的天线元件和其它设备（未示出）。

风挡20还包括导电元件或导电涂层16，其占据透明的日光开口。涂层16可以以本领域已知的任何方式由施加到外玻璃层14的表面142上（如图2所示）或施加到内玻璃层12的表面122上的透明导电涂层构成。涂层16可以包括单层或多层的含金属的涂层，例如，在Gillery等人的美国专利No.3,655,545、Gillery的美国专利No.3,962,488和Finley的美国专利No.4,898,789中所公开的涂层。

导电涂层16具有外周边缘17，该外周边缘17与车体窗边缘11隔开，并且，导电涂层16限定边缘11与外周边缘17之间的环形天线缝隙13。在一个实施例中，缝隙宽度足够大，使得在操作频率处跨越它的电容效应可以忽略不计，从而使得信号不会被短路。在一个实施例中，缝隙宽度大于10mm。在一个实施例中，就期望应用的共振频率而言，对于环形缝隙，缝隙13的长度是波长的整数倍，或者，对于非环形缝隙，缝隙13的长度是半个波长的整数倍。对于典型车辆的风挡，缝隙长度为在VHF频带处共振并且可以被用于TVVHF频带和FM应用。

图2示出一个实施例，其中，缝隙天线由诸如同轴电缆50的非平衡传输线来直接馈送。诸如铜箔的金属箔32被导电地连接到外周边缘17，并且，同外玻璃层14与内玻璃层12之间的夹层18层叠。铜箔32在夹层18和内玻璃层12的边缘周围被折叠回去，并且被夹在内玻璃层12的表面120与密封部件（例如，胶珠）35之间。铜箔32被导电地连接到同轴电缆50的中心导电体44。铜箔33可以由例如塑料带覆盖，从而铜箔33被隔离而不与框架30接触，并且当射频信号通过法兰38和密封部件35时，使这些射频信号短路。电缆地线46被连接到窗法兰38的内金属边缘11附近的框架30。

由于涂层16较薄，因此可能难以将同轴电缆50的中心导电体44导电地连接到涂层16。此外，由于天线元件可以被层叠在玻璃层12和14内部而不容易接近，因此天线匹配和调谐可能会很难。缝隙13的更高阶的模式呈现出显著的虚分量，并且，在一个实施例中，只有在VHF频带中的两个更低的模式可以使用本文中所描述的天线馈送方法来以大约50Ω的模式阻抗来激发。

图3示出天线馈送布置的实施例，该天线馈送布置可以被用于使用内玻璃层12的表面120上的印刷陶瓷线来将中心导电体44电容地连接到涂层16。中心导电体44被这样连接到打印在内玻璃层12的表面上的更结实的陶瓷印刷物。如图3所示，天线馈送元件40被并入到玻璃层12与14之间。例如，馈送元件40可以是诸如铜带、银陶瓷、或任何其它金属带的金属层，其被粘结到内玻璃层12的表面122，并且通过夹层18与涂层16隔开。被焊接到天线馈送元件40并覆盖有例如塑料带的诸如铜箔的金属箔33被以例如传统的方式（诸如焊接或者通过啮合刃式连接器(mating blade connector)）导电地连接到同轴电缆50的中心导电体44。

图4示出一个实施例，其中，诸如金属带或银陶瓷的天线馈送元件41被粘结到内玻璃层12的内表面120。天线馈送元件41通过夹层18和内玻璃层12与涂层16隔开。同轴电缆50的中心导电体44通过绝缘电线或箔以例如传统模式（诸如焊接或通过啮合刃式连接器）被连接到天线馈送元件14。

在各个实施例中，优选地，电容耦合可以是天线馈送布置，这是由于在各个实施例中，其提供了相对容易的制造工序并且给予了天线调谐和阻抗匹配的机会。天线馈送布置提出了使用其自身阻抗将阻抗转换为缝隙天线模式，其是馈送位置、频率和模式的函数。只有与传输线特征阻抗（例如50Ω）相匹配的模式可以被激发。与图2中示出的直接馈送相比，如图4所示的电容耦合馈送可以提供更容易的调谐用于阻抗匹配的电容的方法，这是由于天线馈送元件41位于内玻璃层12的内表面120上。根据本发明实施例的缝隙天线13的阻抗具有实分量和虚分量（reactive component）。在各种实施例中，发现缝隙天线13的更高阶模式具有导电性的虚分量。只有实部表示辐射损耗。由于天线馈送元件41与涂层16之间的电容是由界面面积、元件之间的距离以及材料的介电常数来确定的，因此可以通过设计来选择界面面积和距离，从而将天线与传输线进行匹配，由此最小化由传输线看到的净虚分量，从而最大化射频能量传输，尤其是针对UHF频带。可以选择天线馈送位置，从而可以针对不同频率的每种应用来激发某些模式。在涂层16的电阻被用于例如除雾器或除冰目的时，电容耦合还提供了与涂层16的DC隔离。

再次参考图1，在一个实施例中，两根天线可以沿着其中安装有风挡20的车体的A柱对称地放置。在一个实施例中，这两根天线馈送至少分开λ/4波长并且弱耦合，这样，两者都可以被同时用于例如FM和TV分集式天线系统。天线可以在风挡20的顶部和底部被馈送，导致更多的空间和模式多样性。在侧面的天线馈送对水平极化提供更多的天线增益，而在底部和底部的天线馈送在垂直极化中给出更多的增益。

天线基本模式的共振频率是主要通过缝隙长度来确定的，该缝隙长度可以被设计为使得模式共振频率与车辆电子系统的操作频率一致。可以通过将涂层16的一个或多个侧边缘与车辆框架30重叠来将缝隙长度短接，从而使得通过电容耦合将射频信号短接到框架30。这样的布置允许针对更高频带的不同应用来调谐缝隙天线13。最长的缝隙长度是风挡周边的总长，即，如图1所示的缝隙13的长度。通过去除涂层16的一部分或多个部分来在涂层16的边缘部分引入一个或多个狭缝，可以进一步增加缝隙长度。射频电流被强制绕开这些狭缝，因而增加了缝隙13的电气长度。结果，共振模式频率向着更低的频带偏移。因此，并入了本发明的实施例的特征的天线提供一种布置，其可以将天线共振频率调谐得更高或更低，以满足车辆电子系统的需要。

图5示出根据本发明的各个实施例的透明玻璃天线。通过在涂层16的周边上引入三个狭缝46，总的缝隙长度被增大。这是通过例如掩模或激光删除来移除目标区域处的涂层16而形成的。电磁流被强制绕开这些狭缝46，因而增加了缝隙13的电气长度。结果，共振模式频率向着更低的频带偏移。狭缝的长度、宽度和数量是由窗的大小和关注的频带确定的。在一个实施例中，狭缝被引入到例如暗油漆带22中的导电涂层16的任意部分中，从而使得删除不可见。

类似于图5中示出的实施例的实施例被构建并测试。图6是缝隙天线13的返回损耗（S11）的图。返回损耗S11表示从天线反射了多少功率。如果S11=0dB，那么所有功率都被从天线反射，并且，无任何辐射。如果S11=-10dB，那么这意味着传送到天线的功率的10%被反射。其余的功率被天线“接受”，并且，传送到天线的功率的大部分被辐射。图6示出天线在从45MHz直到860MHz的多个频带中辐射良好，该多个频带覆盖了TV频带I（47MHz-68MHz）、TV频带III（174MHz-230MHz）、DAB频带III（174MHz-240MHz）、远程无密钥进入（RKE）（315MHz和433.92MHz）、以及TV频带IV和V（474MHz-860MHz）。缝隙天线演示了用于多频带应用的能力，其可以降低天线的数量、简化天线放大器的设计并降低天线系统的总成本。

图7-16是示出在四个频带处作为相对于车辆前方的信号的到达方向的函数的接收到的信号的振幅的极坐标图。在这些图中，半径与以dBi提及的信号功率（相对于各向同性天线源）成比例，其中，每个圆表示10dB变化。圆轴表示相对于车辆前方的方向的360°分度。每个图示出在垂直和水平极化处的每个频带的一个频率处的天线增益图案。图7和图8分别示出针对垂直和水平极化的在TV频带I中59MHz处的天线增益图案。该图案展示了在垂直极化的两侧中以及水平极化的顶部和底部中引人注意的空（null）。图9和图10示出针对TV频带III中的230MHz处的两种极化的相同的天线的天线图案。在图案中存在空，但不是在针对乘客侧和驾驶员侧天线的相同方向上，用于分集式天线系统的两种天线的组合提供了在360°方位角上更均匀的图案。图11和图12示出在433.94MHz的远程无密钥进入频率处的天线图案。对于垂直极化或水平极化，在车辆对传送器的定向改变时，两种天线展示了几乎没有信号变化的全方位的方位角行为。在针对TV频带IV的在474MHz处的垂直和水平极化的天线增益图案在图13和图14中示出。在不发生在针对乘客侧和驾驶员侧的相同方向上的图案中存在空，这提供了对TV分集式天线系统的更均匀的方向性覆盖。图15和图16示出针对TV频带V中的858MHz处的两种极化的相同的天线的天线图案。在图案中存在引人注意的空，但不是出现在针对乘客侧和驾驶员侧天线的相同位置上，用于分集式天线系统的两种天线的组合提供了在360°方位角上更均匀的图案。

通过举例的方法，本发明的实施例涉及用于诸如汽车的车辆的透明缝隙天线。缝隙天线包括在施加到窗区域的外玻璃层的表面上的导电涂层。导电涂层周边边缘与窗边缘隔开，以限定环形缝隙天线。通过去除在例如暗的或黑色的油漆带中的涂层来引入在导电涂层的外周边缘周围的多个狭缝，可以调整前两种模式的共振频率。电容耦合馈送结构被用于至少激发例如缝隙天线的六个模式，从而覆盖例如从45MHz到860MHz的频率范围，其包括：TV VHF/UHF、远程无密钥进入（RKE）和DAB III频带。

虽然已经描述了本发明的若干个实施例，但是应当明白，在获得本发明的某些或全部的优点的情况下，本领域技术人员可以对这些实施例进行各种修改、改变和改建。因此，应当在不脱离本发明的范围和精神的情况下涵盖所有的这些修改、改变和改建。

Claims

1.一种车窗组件，包括：

具有内金属边缘的框架；

固定到所述框架的窗格，所述窗格包括：

内玻璃层；

外玻璃层；

在所述内玻璃层与所述外玻璃层之间的夹层；

位于所述外玻璃层的表面上的导电涂层，其中，所述导电涂层具有与所述框架的内金属边缘隔开的外周边缘，以限定天线缝隙，并且，其中，所述导电涂层包括邻近所述天线缝隙的至少一个删除部分，其中，该删除部分的大小使得将所述天线缝隙调谐为期望的共振频率；以及

电连接到所述导电涂层的外周边缘的天线馈送结构。

2.如权利要求1所述的车窗组件，其中，所述天线馈送结构位于暗油漆带中，所述暗油漆带位于窗格的周边区域上。

3.如权利要求1所述的车窗组件，其中，所述天线缝隙的宽度的大小使得在至少一个操作频率处跨越所述天线缝隙的电容效应基本上是可忽略不计的。

4.如权利要求3所述的车窗组件，其中，所述天线缝隙的宽度大于10mm。

5.如权利要求1所述的车窗组件，其中，对于基本激发模式的环形缝隙天线，所述天线缝隙的总长度是一个波长，并且，对于基本激发模式的非环形缝隙天线，所述天线缝隙的总长度是半个波长。

6.如权利要求1所述的车窗组件，其中，所述天线馈送结构被电容耦合到缝隙天线。

7.如权利要求1所述的车窗组件，还包括位于所述内玻璃层的表面上并基本上平行于所述导电涂层的外周边缘地延伸的电容耦合金属元件，其中，所述电容耦合金属元件用于将射频信号耦合入缝隙天线和从缝隙天线耦合出去。

8.如权利要求1所述的车窗组件，其中，所述天线馈送结构被耦合到缝隙天线，从而激发在VHF和UHF频带中的基本模式和更高阶模式两种。

9.如权利要求1所述的车窗组件，其中，使用掩模删除和激光删除中的一种来将所述删除部分删除。

10.如权利要求1所述的车窗组件，其中，所述天线馈送结构被配置为将缝隙天线与传输线匹配，从而最小化由传输线看到的净虚分量并最大化RF能量传输。

11.如权利要求1所述的车窗组件，其中，缝隙天线被配置为覆盖从45MHz到860MHz的频带。

12.如权利要求1所述的车窗组件，其中，所述导电涂层的外周边缘的至少一部分与所述框架接触。

13.如权利要求1所述的车窗组件，其中，所述夹层包含塑料。

14.如权利要求1所述的车窗组件，其中，导电层是基本透明的。

15.一种车窗组件，包括：

玻璃层；以及

位于所述玻璃层的表面上的导电涂层，其中，所述导电涂层具有适合于与车辆框架的内金属边缘隔开的外周边缘，以限定天线缝隙，并且，其中，所述导电涂层包括邻近所述外周边缘的至少一个删除部分，其中，该删除部分的大小使得将所述天线缝隙调谐为期望的共振频率。

16.如权利要求15所述的车窗组件，还包括第二玻璃层以及位于所述玻璃层与第二玻璃层之间的夹层。

17.如权利要求15所述的车窗组件，还包括位于所述玻璃层的边缘上的暗油漆带。

18.如权利要求15所述的车窗组件，其中，所述天线缝隙的宽度的大小使得在至少一个操作频率处跨越所述天线缝隙的电容效应基本上是可忽略不计的。

19.如权利要求15所述的车窗组件，其中，所述天线缝隙的宽度大于10mm。

20.如权利要求15所述的车窗组件，其中，对于基本激发模式的环形缝隙天线，所述天线缝隙的总长度是一个波长，并且，对于基本激发模式的非环形缝隙天线，所述天线缝隙的总长度是半个波长。

21.如权利要求15所述的车窗组件，还包括位于所述玻璃层的表面上并基本上平行于所述导电涂层的外周边缘地延伸的电容耦合金属元件，其中，所述电容耦合金属元件用于将射频信号耦合入缝隙天线和从缝隙天线耦合出去。

22.如权利要求15所述的车窗组件，其中，使用掩模删除和激光删除中的一种来将所述删除部分删除。

23.如权利要求15所述的车窗组件，其中，缝隙天线被配置为覆盖从45MHz到860MHz的频带。

24.如权利要求15所述的车窗组件，其中，所述导电涂层的外周边缘的至少一部分被配置为在将所述车窗组件安装到车辆框架中后与所述车辆框架接触。

25.如权利要求16所述的车窗组件，其中，所述夹层包含塑料。

26.如权利要求15所述的车窗组件，其中，导电层是基本透明的。