CN103403960A

CN103403960A - 宽带天线

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Publication number: CN103403960A
Application number: CN2011800574725A
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: 2013-11-20
Anticipated expiration: 2031-10-14
Also published as: US8576130B2; EP2630691B1; WO2012054327A1; CA2815346C; CA2815346A1; JP2013540406A; JP2016213893A; CN103403960B; EP2630691A1; JP6250399B2; US20120098715A1

Abstract

一种车窗组件。该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。该窗格包括：内玻璃层、外玻璃层、内玻璃层与外玻璃层之间的夹层、以及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围边缘，以限定天线缝隙。窗组件还包括：电连接到导电涂层的外围边缘的天线馈送结构、以及位于内玻璃层上并覆盖接近图像馈送结构的导电涂层的外围边缘的电容耦合带，其中，耦合带将宽带宽射频信号耦合入天线缝隙和从天线缝隙耦合出去。

Description

宽带天线

背景技术

作为标准的鞭状天线和屋顶安装的桅杆天线的替代品，汽车车窗天线已经被使用了许多年，包括在后窗和风挡中的镀银天线或嵌入式电线。最近，金属涂覆的红外线反射薄膜已经被用作了车辆的天线。其它天线布置并入了在车窗的金属框架与导电透明膜板之间的缝隙天线，导电透明膜板粘附到窗并且具有与窗框架的内边缘隔开的外围边缘，以限定缝隙天线（slot antenna）。各种这样的布置利用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形成到地的短路，从而改进射频波的发送和接收。

随着对车辆电子设备的性能要求的快速增长，越来越多的天线已经被集成到车辆中。尤其是在FM和TV频率，天线系统要求大量的天线用于分集操作，以克服多路径和衰减效应。在现有系统中，分开的天线和天线馈送被用于满足这些要求。例如，具有分开的馈送点和多个模块的多达11根天线已经被用于覆盖AM、FM/TV分集、天气频段、远程无密钥进入和DAB频带III，其中，大部分天线被集成到后窗玻璃中。通过使用电网将分开的天线信号组合，可以避免从天线延伸到接收器的多条同轴电缆。但是，这样的网络涉及增加分开的模块的复杂性和费用。这样，为了限制玻璃上的天线系统的复杂性和费用，可能希望将天线馈送的数量保持为最少。

这样，存在对单馈送天线的需要，尤其是IR反射风挡天线，其提供用于不同应用的宽带宽特性。还存在对通过使用天线匹配和频率调谐方法来降低车辆上的天线数量并简化天线及其相关电子设备的天线系统的需要。希望这样的天线满足系统性能要求，同时，在保持良好的美观的同时保留窗的热反射涂层的太阳能优点。

发明内容

本发明的实施例涉及车窗组件。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、内玻璃层与外玻璃层之间的夹层、以及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围边缘，以限定天线缝隙（antenna slot）。窗组件还包括：电连接到导电涂层的外围边缘的天线馈送结构、以及位于内玻璃层上并覆盖接近天线馈送结构的导电涂层的外围边缘的电容耦合带，其中，耦合带将宽带宽射频信号耦合入天线缝隙和从天线缝隙耦合出去。

本发明的实施例涉及车窗组件。窗组件包括玻璃层和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围边缘，以限定天线缝隙。窗组件还包括位于玻璃层上并覆盖接近天线馈送结构的导电涂层的外围边缘的电容耦合带，其中，耦合带将宽带宽射频信号耦合入天线缝隙和从天线缝隙耦合出去。

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种实施例的透明玻璃天线；

图2-3是根据本发明的各种实施例的沿着图1中的线2-2截取的截面图；

图4示出根据本发明的各种实施例的透明玻璃天线；

图5是在从45MHz到240MHz的天线共振频带中的天线返回损耗（antenna return loss）的图；以及

图6是在从46MHz到862MHz的天线共振频带中的天线返回损耗的图。

具体实施方式

本发明的实施例涉及用于车辆的多频带缝隙天线。缝隙天线在窗的金属框架与导电透明涂层面板之间形成，导电透明涂层面板粘结到该窗并且具有与窗框架的内边缘隔开的外围边缘，以限定缝隙天线。在各种实施例中，使得缝隙尺寸和馈送网络支持宽带，其包括，例如，FM、TV VHF UHF、天气频段、远程无密钥进入系统（RKE）和DAB频带III。该天线可以仅使用单天线馈送，并且可以位于暗的或黑色的油漆带之后，因此，避免了窗的可视区域的昏暗。

本发明的实施例提供例如用于汽车的多频带线。带状天线馈送元件被置于涂层面板的周边，并且在高频处通过电容连接到涂层面板。同轴传输线被连接到天线，其中，屏蔽端子被连接到车辆框架，主端子连接到天线元件。涂层被延伸并覆盖天线馈送元件区域，但是与车辆框架分开放置，从而使得缝隙天线不与地短接。覆盖区域的大小由馈送天线所需的电容来确定，并且可以被调整以在例如VHF频带处与天线匹配。

在UHF频带中，缝隙天线阻抗主要是电抗性的，并且为了激发更高阶的模式，可能期望匹配电路。在本发明的实施例中，印刷的跟踪感应器被集成到窗的内玻璃层的表面上的天线耦合元件中。该感应器的电抗被调谐为匹配用于TV UHF频带的天线。在各种实施例中的感应器的电抗在VHF频带处非常小，因此，不会显著地影响在VHF频带处的天线性能。

在各种实施例中，缝隙天线通过电容耦合来馈送。馈送天线的非接地传输线通过覆盖导电涂层的带状金属印刷物被电容耦合到窗上的导电涂层。金属带和覆盖区域的大小可以被选择，以激发缝隙天线的宽带共振，从而支持在不同频带处的不同电子设备的应用。

图1示出根据本发明的各种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，金属框架30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，本发明实施例可以并入到任何窗或遮阳篷灯。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。如从图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具有外围边缘17，该外围边缘17与车体窗边缘11隔开，并且，导电涂层16限定边缘11与外围边缘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TV VHF频带和FM应用。

天线可以由诸如同轴电缆的不平衡传输线来馈送，该不平衡传输线使用小的金属层被电容耦合到涂层16，该小的金属层被选择用来将天线阻抗与传输线阻抗匹配。如图1所示，涂层16（在表面142上）和天线馈送元件40（在表面120或122上）可以在天线馈送区域中重叠，以形成平行板电容器。通过针对关注的频带来改变馈送元件40的大小以及元件40与涂层16之间的重叠区域，可以调整匹配天线阻抗所需的电容。

图2示出一个实施例，其中，缝隙天线馈送元件40被并入到玻璃层12与14之间。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。导电地连接到馈送元件40的诸如铜箔的金属箔33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。箔33被导电地连接到同轴电缆50的中心导电体44。箔33可以由例如塑料带覆盖，从而箔33被隔离而不与框架30接触，并且当射频信号通过窗法兰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。

图3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。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方式（诸如焊接或通过啮合刃式连接器（matingblade connector））被连接到馈送元件41。

在各种实施例中，优选地，电容耦合可以是天线馈送布置，这是由于在各种实施例中，其提供了相对容易的制作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，其是馈送元件的期望的操作频率、馈送位置、形状和大小以及到车辆框架地线的距离的函数。只有与传输线特征阻抗（例如50Ω）相匹配的缝隙天线13的模式可以被激发。与图2中示出的直接馈送相比，如图3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VHF频带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VHF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由缝隙长度来确定的，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。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。图1示出通过例如掩模或激光删除来移除目标区域处的涂层16的部分而形成的两个狭缝46。狭缝46的长度、宽度和数量是由风挡20的大小和关注的频带确定的。在一个实施例中，狭缝46被引入到例如暗油漆带（dark paint band）22中的涂层16的任意部分，从而使得删除不可见。

类似于图1和图3中示出的实施例的实施例被构建并测试。160mm长和10mm宽的馈送元件41被用于这样的实施例中。在一个实施例中，电容区域是用于VHF频带的馈送元件41与涂层16的重叠区域，其在10到20平方厘米的量级。图5是缝隙天线13的返回损耗（S11）的图，其示出天线在从45MHz直到240MHz的非常宽的VHF频带中辐射和接收良好，该VHF频带覆盖了TV频带I（47-68MHz）、日本FM频带（76MHz-90MHz）、美国/欧洲FM（87.9MHz-108MHz）、天气频带（162.4MHz-162.55MHz）、TV频带III（174MHz-230MHz）以及数字音频广播（DAB）频带III（174MHz-240MHz）。

根据本发明的实施例的缝隙天线13的阻抗被发现具有在UHP频带中为电容性的虚分量。感应器42被引入，以部分地补偿UHF频带中的阻抗的电容性电抗。其在图4中示出，其中，馈送元件41被分开，从而在中间部分提供感应器42。感应系数的值被设计以匹配天线的电容性电抗，天线的电容性电抗是风挡20的期望的操作频率、大小和形状以及天线馈送位置的函数。

类似于图1中示出的实施例但是添加了如图4所示的感应器42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，其示出天线在从47MHz到240MHz的VHF频带与从470MHz到860MHz的UHF频带中都辐射和接收良好。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。

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。电容耦合馈送结构被用于在非常宽的频带上匹配缝隙天线，从而覆盖例如从45MHz到860MHz的频率范围，其包括：TV、FM、天气频带、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；以及

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围边缘，以限定天线缝隙；

电连接到所述导电涂层的外围边缘的天线馈送结构；以及

位于所述内玻璃层上并覆盖接近所述天线馈送结构的所述导电涂层的外围边缘的电容耦合带，其中，该耦合带将宽带宽射频信号耦合入所述天线缝隙和从所述天线缝隙耦合出去。

2.如权利要求1所述的车窗组件，其中，所述宽带宽射频信号的范围为约47MHz到240MHz。

3.如权利要求1所述的车窗组件，其中，所述宽带宽射频信号的范围为约47MHz到240MHz以及470MHz到860MHz。

4.如权利要求1所述的车窗组件，其中，所述耦合带被分叉成第一部分和第二部分，并且所述车窗组件还包括置于所述耦合带的第一部分与所述耦合带的第二部分之间的感应器。

5.如权利要求4所述的车窗组件，其中，所述感应器的大小使得所述天线缝隙的阻抗与传输线的阻抗匹配，所述传输线与所述天线馈送结构通信。

6.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，所述暗油漆带位于所述窗格的周边区域上。

7.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。

8.如权利要求7所述的车窗组件，其中，所述天线缝隙的宽度大于10mm。

9.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。

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电容耦合到缝隙天线。

11.如权利要求1所述的车窗组件，其中，所述夹层包含塑料。

12.如权利要求1所述的车窗组件，其中，导电层是基本透明的。

13.一种车窗组件，包括：

玻璃层；

位于外玻璃层的表面上的导电涂层，其中，所述导电涂层具有与框架的内金属边缘隔开的外围边缘，以限定天线缝隙；以及

位于所述玻璃层上并覆盖接近天线馈送结构的导电涂层的外围边缘的电容耦合带，其中，该耦合带将宽带宽射频信号耦合入所述天线缝隙和从所述天线缝隙耦合出去。

14.如权利要求13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。

15.如权利要求13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。

16.如权利要求13所述的车窗组件，其中，所述宽带宽射频信号的范围为约47MHz到240MHz。

17.如权利要求13所述的车窗组件，其中，所述宽带宽射频信号的范围为约47MHz到240MHz以及470MHz到860MHz。

18.如权利要求13所述的车窗组件，其中，所述耦合带被分叉成第一部分和第二部分，并且还包括置于所述耦合带的第一部分与所述耦合带的第二部分之间的感应器。

19.如权利要求18所述的车窗组件，其中，所述感应器的大小使得所述天线缝隙的阻抗与传输线的阻抗匹配，所述传输线与所述天线馈送结构通信。

20.如权利要求13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。

21.如权利要求20所述的车窗组件，其中，所述天线缝隙的宽度大于10mm。

22.如权利要求13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。

23.如权利要求13所述的车窗组件，其中，导电层是基本透明的。