CN105591185A - 天线设备 - Google Patents

Abstract

根据本发明的各种实施方式，一种天线设备可包括：基础衬底、由透明电极在基础衬底的至少一个表面上形成的网状栅格、以及功率其连接到网状栅格以提供功率馈送信号的功率馈送端口。网状栅格的至少一部分可形成辐射元件，辐射元件具有用于指示直接馈送的功率馈送信号和用于指示间接耦合馈送的功率馈送信号中的至少一个。由于可以通过使用透明导电材料形成网状栅格来配置辐射元件，因此，可容易隐藏天线设备。即使天线设备附接到例如车辆的窗户玻璃或建筑物的窗户，该天线设备也可有助于除去阴影区，同时充分确保玻璃的能见度。

Description

天线设备

技术领域

本发明的各种实施方式涉及一种天线设备。

背景技术

近来，已通过使用各种方法，例如以Wi-Fi技术、蓝牙和近场通信(NFC)所表示的无线局域网(W-LAN)，以及商用移动通信网络连接，实现了无线通信技术。移动通信服务起源于集中于语音通信的第一代移动通信服务，并且已逐渐发展成超高速并且大容量的服务(例如，高质量视频流服务)。未来可商用的下一代移动通信服务预计将通过数十GHz或更高的超高频带来提供。

随着通信标准如W-LAN或蓝牙的演进，电子设备如移动通信终端等装配有天线设备以适应各种不同频带中的操作。例如，第四代移动通信服务在例如700MHz、1.8GHz或2.1GHz的频带中操作。Wi-Fi在2.4GHz或5GHz的频带中操作(取决于各协议，该频带可略有不同)，并且蓝牙在2.45GHz的频带中操作。

为了在商用无线通信网络中提供稳定的服务质量，天线设备应满足高增益和宽波束覆盖。下一代移动通信服务将通过数十GHz或更高的超高频带提供(例如，范围在约30GHz到300GHz的频带，以及范围在约1mm到10mm的谐振频率波长)。与以前的商用移动通信服务中使用的天线的性能相比，该超高频带可能需要更高的性能。

一般来说，随着操作频带增加，无线电波的直线前进性可能提高，并且因传输距离造成的损失可能增加。此外，由于无线电波的直线前进性比较高，由于障碍物(建筑物或地理特征)导致的信号功率的衰减或反射损失可能会增加。因此，在使用高操作频率的通信系统中，在例如车辆或建筑物的整个建成区域或室内空间中，到处都会出现局部阴影区。甚至在同一建筑物的室内空间中，无线电波环境也可能由于分割的空间不同而彼此显著不同。因此，使用高操作频带的通信系统可能需要一种用于将无线电波传输到阴影区的技术。

发明内容

因此，本发明的各种实施方式提供一种能够改善例如车辆或建筑物的建成区域或室内空间中的室内无线电波环境的天线设备。

此外，本发明的各种实施方式提供了一种即使被附接到玻璃上也能使玻璃具有足够能见度的天线设备。

另外，本发明的各种实施方式提供一种能够执行电热线功能，以通过附接于玻璃而除去玻璃上的冰霜和水分的天线设备。

因此，根据本发明的各种实施方式的一种天线设备可包括：基础衬底；网状栅格，其在基础衬底的至少一个表面上或者形成在基础衬底内由透明电极形成；以及功率馈送端口，其连接到网状栅格以提供功率馈送信号。网状栅格的至少一部分可形成辐射元件，所形成的辐射元件具有用于指示直接馈送的功率馈送信号和用于指示间接耦合馈送的功率馈送信号中的至少一个。

此外，根据本发明的各种实施方式，一种天线设备可包括：网状栅格，其在车辆窗户玻璃的至少一个表面上由透明导电材料形成；功率馈送端口，其连接到网状栅格以提供功率馈送信号；以及DC功率端口，其将DC功率施加到网状栅格。网状栅格的至少一部分在被提供功率馈送信号时形成辐射元件，以及网状栅格的至少一部分在通过接收施加至其的DC功率时形成加热元件。

根据各种实施方式，天线设备可进一步包括将DC功率施加到网状栅格的直流(DC)功率端口。网状栅格的至少一部分可通过接收施加至其的DC功率形成加热元件。辐射元件和加热元件可在网状栅格上至少部分彼此重叠。

根据各种实施方式，天线设备可进一步包括：设置在功率馈送端口与网状栅格之间的直流(DC)功率阻断单元；以及设置在DC功率端口与网状栅格之间的射频(RF)阻断单元。

根据各种实施方式，天线设备可进一步包括：第一分段部分，其沿着通过相对于通过功率馈送端口提供的功率馈送信号的流动方向的垂直方向切断透明导电材料的连接而形成；以及第二分段部分，其通过沿着相对于通过功率馈送端口提供的功率馈送信号的流动方向的水平方向切断透明导电材料的连接而形成。辐射元件可形成在由第一分段部分和第二分段部分环绕的区域中。

根据各种实施方式，网状栅格可形成于基础衬底的两个表面中的每一个上，以及功率馈送端口可将功率馈送信号提供给基础衬底的一个表面上的网状栅格。天线设备可进一步包括DC功率端口，用于将DC功率施加到形成于基础衬底的另一表面上的网状栅格。

根据各种实施方式，天线设备可进一步包括：设置在功率馈送端口与网状栅格之间的DC功率阻断单元；以及设置在DC功率端口与网状栅格之间的射频(RF)阻断单元。

根据各种实施方式，天线设备可进一步包括：第一分段部分，其通过沿着相对于通过功率馈送端口提供的功率馈送信号的流动方向的垂直方向切断透明电极的连接而形成；以及第二分段部分，其通过，沿着相对于通过功率馈送端口提供的功率馈送信号的流动方向的水平方向切断透明电极的连接而形成。辐射元件可形成在由第一分段部分和第二分段部分环绕的区域中。

根据各种实施方式，天线设备可进一步包括DC功率端口，其将DC功率施加到第一分段部分之间的网状栅格或第二分段部分之间的网状栅格。第一分段部分之间的网状栅格或第二分段部分之间的网状栅格可通过接收施加至其的DC功率形成加热元件。

根据各种实施方式，天线设备可包括沿着窗户玻璃的边缘设置的多个辐射元件。多个辐射元件中的一些可提供接收功能，并且其余的辐射元件可提供传输功能。

此外，根据本发明的各种实施方式，一种天线设备可包括：由透明导电材料在车辆窗户玻璃的一个表面上形成的网状栅格；以及安装在窗户玻璃的另一表面上的辐射元件。网状栅格可形成用于将参考电势提供给辐射元件的接地。

根据各种实施方式，辐射元件可包括从窗户玻璃的一个表面中突出的鲨鱼鳍天线。

根据各种实施方式，天线设备可进一步包括在鲨鱼鳍天线与窗户玻璃之间形成于窗户玻璃的另一表面上的人工磁导体或另一网状栅格。人工磁导体或另一网状栅格可抑制根据鲨鱼鳍天线的操作而引起的表面电流。

根据本发明的各种实施方式，由于可以通过使用透明导电材料形成网状栅格来配置辐射元件，因此，可容易隐藏天线设备，并且即使在将天线设备附接到例如车辆的窗户玻璃或建筑物的窗户时，其任然是可充分可见的。因此，当天线设备安装在例如建成区域、车辆或建筑物中时，可除去阴影区并且可改善无线电波环境。此外，当网状栅格的一部分被用作加热元件时，能除去由于室内温度与室外温度或周围环境之间的差异而形成在例如车辆的窗户玻璃上的冰霜或水分。

附图说明

通过以下结合附图的详细描述，本发明的以上及其他方面、特征和优点将变得更明显，其中：

图1为示出根据本发明的各种实施方式的用于配置天线设备的网状栅格的视图；

图2为示出将根据本发明的各种实施方式的形成网状栅格的实例的视图，其中网状栅格将天线设备配置为加热元件；

图3到图6为示出根据本发明的各种实施方式的天线设备中的加热元件形成的网状栅格的阵列的视图；

图7为示出根据本发明的各种实施方式中的一个的天线设备的视图；

图8为图7所示的天线设备的等效电路图；

图9到图11为描述根据本发明的各种实施方式中的另一个的配置天线设备的辐射元件的实例的视图；

图12示出分别针对图9到图11所示的辐射元件测量的反射系数；

图13示出分别针对图9到图11所示的辐射元件测量的总辐射效率；

图14为示出根据本发明的各种实施方式中的另一个的天线设备的视图；

图15为示出根据本发明的各种实施方式中的又一个的天线设备的视图；

图16为用于描述根据本发明的各种实施方式的天线设备的使用实例的视图；

图17为示出根据本发明的各种实施方式中的又一个的天线设备的视图；

图18为描述通过施加根据本发明的各种实施方式的天线设备而在车辆中安装的配置的视图；以及

图19和图20分别为示出根据本发明的各种实施方式的天线设备的施加实例的视图。

具体实施方式

可对本文公开的内容进行各种修改，并且可具有各种实施方式，在下文中将结合附图更详细地描述其中的一些实施方式。然而，应理解，本发明并不限于具体实施方式，而是包括在本发明的精神和范围内的所有修改、等效物以及替代物。

尽管使用序数术语如“第一”和“第二”来描述各种元件，但这些元件并不受术语的限制。这些术语仅仅用于将一个元件与其他元件区分开的目的。例如，在不脱离本发明的范围的情况下，第一元件可被称为第二元件，同样地，第二元件可被称为第一元件。本文中使用的术语“和/或”包括一个或多个相关项的任何和所有组合。

此外，关于附图中的方向所描述关系术语“前表面”、“后表面”、“顶部表面”、“底部表面”等可用序数如第一和第二来替代。使用序数如第一和第二时，它们的顺序是按照所提及的顺序或任意地确定的，并且可以在必要时任意地改变。

本申请中使用的术语仅用于描述特定实施方式的目的，而并不意图限制本发明。本文中所使用的单数形式也意图包括复数形式，除非上下文清楚地另外指出。在说明书中，应理解术语“包括”或“具有”指明存在特征、数字、步骤、操作、结构元件、部分或其组合，而并非先排除存在或可能增加一个或多个另外特征、数字、步骤、操作、结构元件、部分或其组合。

除非进行不同的定义，否则本文中所用的所有术语(包括技术术语或科学术语)均具有与本发明所属领域的技术人员的理解相同的含义。常用字典中定义的那些术语应被解释为具有与相关领域中的上下文意义相同的意义，并且除非本说明书中明确定义，否则不应解释为具有理想或过于正式的意义。

图1为示出根据本发明的各种实施方式的用于配置天线设备100的网状栅格102的视图。

根据本公开的各种实施方式，天线设备100可包括形成于基础衬底101上的网状栅格102，其中，网状栅格102的至少一部分可用作辐射元件103。由介电材料形成的基础衬底101提供用于在其上形成网状栅格102的表面，并且该基础衬底可形成玻璃，例如建筑物窗户或车辆窗户的玻璃。尽管在描述本发明的具体实施方式时举例说明了基础衬底101由玻璃制成的配置，但本发明并不限于此。例如，根据各种实施方式，天线设备100可包括由介电材料如FR-4形成的基础衬底，从而提供用于形成网状栅格102的平面。

网状栅格102可由透明电极如通过将透明导电材料沉积在基础衬底101的至少一个表面上或沉积在基础衬底101内所形成的导线形成。透明导电材料可以例如是银纳米线(AgNW)、银纳米粒子、金属网、氧化铟锡(ITO)、石墨烯或碳纳米管(CNT)。可以通过将用于形成透明电极的导线设置为以约300微米(μm)的间隔彼此交叉来形成网状栅格102。例如，当沉积技术在将来进一步发展时，形成栅极网状栅格102的导线可以其它方式(例如，更密集地)设置。当通过以上述间隔设置导线来形成示例性网状栅格102时，网状栅格102可作为与平板导体等效或相等的导体，尤其是当例如被施加功率馈送信号或DC功率时。例如，电流可流过形成网状栅格102的导线，并且由于导线的间隔是紧凑的，因此，对于施加到网状栅格102的电信号，网状栅格102可起到平板导体的作用。因此，网状栅格102可至少部分形成天线设备100的辐射元件103或形成加热元件121。例如，当施加功率馈送信号时，网状栅格102的一部分可用作辐射元件103，并且在施加DC功率时，网状栅格102的一部分可用作加热元件121。根据各种实施方式，形成辐射元件103的部分和形成加热元件121的部分可在网状栅格102上彼此重叠。

当网状栅格102的至少一部分形成加热元件121时，网状栅格102可除去基础衬底101上形成的冰霜或水分。例如，当基础衬底101由车辆窗户玻璃形成时，网状栅格102可以替代形成于窗户玻璃中的普通电热线。由于室内与室外温度之间的差异，车辆窗户玻璃或建筑物窗户的内表面(或外表面)上可能形成冰霜或水分。当在车辆运行的同时在窗户玻璃上形成冰霜或水分时，窗户玻璃的透光率(能见度)可能会降低，从而会威胁乘客的安全。因此，可向窗户玻璃提供加热空气或可将电热线设置在窗户玻璃上，以便除去冰霜或水分。设置在普通车辆窗户玻璃上的普通电热线可设置成间隔约6cm，以确保能见度，并且加热温度可能限制在低于约40℃，以防止过热。因此，完全除去以规律间隔设置的相邻电热线之间的冰霜或水分可能需要一些时间。

根据本发明的各种实施方式，当车辆窗户玻璃被用作基础衬底101并且DC功率被施加到网状栅格102以将网状栅格102用作加热元件121时，可轻易除去车辆窗户玻璃上形成的冰霜或水分。在车辆窗户玻璃上形成电热线时，可能需要约84％或更高的透光率，以确保能见度。因此，现有车辆窗户玻璃上的电热线可设置成间隔约6cm。当网状栅格102替代电热线时，加热元件121可以从基础衬底101如车辆窗户玻璃的至少一个完整的表面快速除去冰霜或水分。这是可实现的，因为形成网状栅格102的导线以数百微米的间隔密集形成。此外，当使用以约300微米的间隔所设置的导线在车辆窗户玻璃上或内形成网状栅格102时，可确保至少88％的透光率，并且因此，网状栅格102可易于施加到车辆窗户玻璃上。为了将网状栅格102用作加热元件121，可以设置用于施加DC功率的端口113。端口113可设置在基础衬底101例如车辆窗户玻璃的相对侧面111中(例如，位于相对边缘处)。

下文将参考图2到图6来描述使用网状栅格102形成加热元件121的实例。

图2为示出根据本发明的各种实施方式的形成网状栅格的实例的视图，所述网状栅格使用加热元件121构成天线设备。

为了使得网状栅格102形成加热元件121，DC功率应被施加到网状栅格，并且DC功率的电流流动可均匀分布在整个基础衬底101上。参考图2，在网状栅格102由加热元件121形成的情况下，DC功率端口113可分别设在网状条121的相对端。可通过将透明导电材料沉积在基础衬底101的至少一个表面上形成成网状条121，在该表面上形成网状条121的区域具有宽度“w”(例如，约0.24mm)和与基础衬底101的长度对应的长度。例如，可通过在基础衬底101上的预定区域中以数百微米的间隔形成很薄以至于无法用肉眼辨别的导线来形成网状条121。通过将如上所述的多个网状条121均匀设置在基础衬底101的至少一个表面上或基础衬底101内，可形成网状栅格102，并且通过将DC功率施加到DC功率端口113，形成在基础衬底101上的网状栅格102例如每个网状条121可用作加热元件121。

图3到图6中示出网状条121的各种形状和设置。尽管在描述网状条121的形状和设置时，为了附图的简洁而并未直接示出网状栅格102，但多个网状条121设置在基础衬底101的一个表面上或基础衬底101内，使得网状栅格102可如上所述形成在基础衬底的至少一个完整表面上。此外，应注意，为了附图的简洁，也以简化的形式示出网状条121。

图3到图6为示出根据本发明的各种实施方式的天线设备中的加热元件121形成的网状栅格102的设置的视图。

参考图3，网状条121可以以水平方向设置于基础衬底101上，并且DC功率端口113可分别设置在基础衬底101的相对侧面中。多个网状条121可设置成在基础衬底101的垂直方向上邻近彼此。在设置多个网状条121时，每两个相邻的网状条121可以按(例如，约12微米(μm))间隔设置。在本发明的具体实施方式中，具体描述了形成网状栅格102的导线或网状条121的间隔，但其可以根据制造网状栅格102或网状条121时的技术需要而适当改变。因此，网状条121可均匀地设置在基础衬底101(例如，车辆窗户玻璃)的整个区域上，以便形成网状栅格102。此外，由于网状条121相对于彼此以规律的间隔设置，因此，每个网状条121均可接收施加至其的DC功率，以形成独立的电流流动路径。每个网状条121均具有固有的电阻值，并且可用作加热元件121。

参考图4，网状条121可以以垂直方向设置于基础衬底101上或基础衬底101内，DC功率端口113可分别设置在基础衬底101的上侧面和下侧面中。多个网状条121可设置成沿着基础衬底101的水平方向邻近彼此。参考图5和图6，每个网状条121可具有“L”形或“U”形，这不同于先前实施方式的配置。取决于例如基础衬底101的形状、设置结构或者发热条件，网状条121可以例如制造成不同的形状。例如，在之后将描述的天线设备100的配置中，当网状栅格102的一部分被形成为辐射元件103时，网状条121的形状和配置可变化，以匹配辐射元件103。

如图3到图6所示，基础衬底101可具有包括至少四个侧面的多边形形状。根据各种实施方式，基础衬底101的侧面无需成直线，并且根据基础衬底101的放置位置或天线设备100的安装环境，基础衬底的侧面可形成为曲线形状。例如，当基础衬底101构成车辆窗户玻璃时，基础衬底101的每个侧面可形成为匹配与该侧面对应的车辆框架形状。在将每个网状条121设置在基础衬底101上的过程中，DC功率端口113可单独设置在基础衬底101的至少一个侧面中或设置在基础衬底101内。例如，如图3或图4所示，DC功率端口113可设置在两个相对侧面中。此外，如图5所示，DC功率端口113可设置在两个相邻侧面中，并且如图6所示，所有的DC功率端口113都可设置在一个侧面中。

例如，当网状条121设置在车辆窗户玻璃上以作为加热元件121操作时，网状栅格102的线性电阻可被配置成在约0.5Ω到约10Ω的范围内。具体数字因国家而异，但约12V到约32V的电压以及约10A到约30A的电流被施加到安装在车辆中的电子设备，并且用于窗户玻璃的加热元件可被设计成具有约120W到约360W的功耗。因此，网状条121的线性电阻可限制为在预定范围内，以便满足上述条件。

例如，图7示出使用上述网状栅格102来配置辐射元件103和加热元件121的一个实例。

图7为示出根据本发明的各种实施方式中的一个的天线设备100的视图。图8为图7所示的天线设备100的等效电路图。

在图7中，省略了网状栅格102或网状条121，且为了附图的简洁，仅指示了一部分附图标记。然而，应注意，可通过将上述网状条121设置在基础衬底101的至少一个表面上或在基础衬底101内，形成网状栅格102。参考图7，根据本发明的各种实施方式中的一个，在天线设备100中，在基础衬底101的至少一个表面上形成的网状栅格102中的一些可用作辐射元件103a，103b，103c和103d。如先前的实施方式中论述的，可通过设置多个网状条121形成网状栅格102，并且网状条121中的至少一些可用作加热元件121。用作加热元件121的网状条121的DC功率端口150(DC端口)(例如，类似于上述DC功率端口113)可分别设置在基础衬底101的不同侧面中。

根据各种实施方式，用作加热元件121的网状条121中的一些可与辐射元件103a，103b，103c和103d重叠。例如，在网状栅格102上，辐射元件103a，103b，103c和103d中的一些或全部可被网状条121配置为用作加热元件121。向辐射元件103a，103b，103c和103d中的每个提供功率馈送信号，以使得能够通过天线设备100传输/接收无线信号。天线设备100可包括功率馈送端口(例如，射频(RF)端口)，以将功率馈送信号分别提供给辐射元件103a，103b，103c和103d。在所示的实施方式中，辐射元件103a包括Defroster_R(除霜_R)电阻器103a.1和并联的RLC电路或谐振电路103a.2。

当辐射元件103a，103b，103c和103d中的每一个的至少一部分也被用作加热元件121时，天线设备100可包括直流(DC)功率阻断单元160(例如，DC阻断器)和RF阻断单元170(例如，RF扼流器)。参考图8，DC功率阻断单元160(例如，DC阻断器)可设置在功率馈送端口180(例如RF端口)与网状栅格102(例如用于形成辐射元件103a，103b，103c和103d的网状条121)之间，以防止在辐射元件103a，103b，103c和103d中流动的直流电流(DC)施加到功率馈送端口180(例如，RF端口)。RF阻断单元170(例如，RF扼流器)可以设置在DC功率端口150(例如，DC端口)与网状条121之间，该网状条用作加热元件121，同时形成网状栅格102的至少一部分，例如，辐射元件103a，103b，103c和103d。例如，RF阻断单元170(例如，RF扼流器)可防止提供给辐射元件103a，103b，103c和103d的功率馈送信号(RF信号)被输入到DC功率端口150(例如，DC端口)。

尽管图中未示出，但也可向其他区域中的网状条121施加DC功率以用作加热元件121，其中，该其他区域未被由网状栅格102形成的区域中的辐射元件配置。例如，当基础衬底101是车辆窗户玻璃时，DC功率可施加到形成网状栅格102的网状条121，以便均匀而快速地除去基础衬底101的整个区域上的冰霜或水分。当无需在基础衬底101上形成加热元件121时，DC功率端口150(例如，DC端口)可以不设置在网状栅格102例如网状条121上。例如，天线设备100可包括将功率馈送信号提供给辐射元件103a，103b，103c和103d的功率馈送端口(例如，RF端口)，并且可以不设置上述DC功率端口150(例如，DC端口)、DC功率阻断单元160(例如，DC阻断器)以及RF阻断单元170(例如，RF扼流器)。

尽管先前的实施方式已对应于被设置以形成网状栅格102的多个网状条121举例说明了“L”形和“U”形，但网状条121可形成为各种其他形状。例如，如图7所示，考虑到将形成的辐射元件的谐振特征，通过设置具有同心的圆弧形状的网状条121，可配置出具有参考数字“103a”指示的形状的辐射元件103。此外，尽管图7将辐射元件103a，103b，103c和103d示为圆弧形和多边形，但辐射元件103a，103b，103c和103d可具有例如曲线形或环形。

如上所述，根据本发明的各种实施方式，天线设备100中的网状栅格102的一部分可用作辐射元件103和加热元件121。根据另一实施方式，网状栅格102的一部分可配置成辐射元件103，并且加热元件121可形成在与辐射元件103不同的部分中。例如，辐射元件103可在独立于加热元件121的部分中，形成为网状栅格102的一部分。根据又一实施方式，天线设备100可包括多个辐射元件103，该多个辐射元件独立于彼此而形成，并且在独立于加热元件121的部分中，形成为网状栅格102的一部分。当辐射元件103和加热元件121独立于彼此形成时，或者当辐射元件103以这种方式独立于彼此形成时，可以通过确保隔离来确保天线设备100的稳定辐射性能。

下文参考图9到图15，将描述一些配置，在该配置中，辐射元件103和加热元件121独立于彼此形成，或者辐射元件103独立于彼此形成。

图9到图11为描述根据本发明的各种实施方式中的另一个的配置天线设备100的辐射元件103的实例的视图。

参考图9，辐射元件103可由形成在基础衬底101上的网状栅格102制成。如上所述，可以通过以栅格形式设置透明电极(例如通过沉积透明导电材料所形成的导线)来形成网状栅格102。形成网状栅格102的导线可以按数百微米的间隔设置，并且对于被施加的功率馈送信号来说，由网状栅格102制成的辐射元件103可以用作类似于平板导体的辐射元件。

根据功率馈送端口180(例如，RF端口)的位置，可以不同地实现辐射元件103的电流例如信号电流流动“C”。例如，当功率馈送端口180(例如，RF端口)连接到辐射元件103的下端的中心时，在辐射元件103的中心处的垂直方向上可形成最强信号电流流动“C”。辐射元件103的谐振频率可由辐射元件103在信号电流流动“C”的方向上的电长度确定。

图10和图11示出为了调整辐射元件103的谐振频率而在网状栅格102上形成分段部分的实例。此处，“分段部分”意味与导线的连接被断开的区段。在网状栅格102上形成分段部分时，分段部分可位于形成辐射元件103的网状栅格102上的最强信号电流流动“C”的路径上。

参考图10，通过形成沿着与网状栅格102上的信号电流流动“C”的方向相垂直的方向“V”延伸的分段部分，可调整辐射元件103的谐振频率。参考图11，通过形成沿着相对于网状栅格102上的信号电流流动“C”的方向的水平方向“H”延伸的分段部分，可调整辐射元件103的谐振频率。与图9所示的辐射元件103的结构比较之后，通过形成分段部分，图10和图11所示的结构可以是辐射元件103的物理长度的一半。此外，在彼此比较图10和图11所示的结构之后，通过改变形成分段部分的方向，可以容易学习如何调整谐振频率和确保隔离。图12和图13示出了当通过在预定区域中形成网状栅格102来配置辐射元件103时，辐射特征根据分段部分的形成的改变。

图12示出分别针对图9到图11所示的辐射元件103测量的反射系数。图13示出分别针对图9到图11所示的辐射元件103测量的总辐射效率。

参考图12和图13，“1”所指示的图形表示图9所示的辐射元件103的辐射特征，“2”所指示的图形表示图10所示的辐射元件103的辐射特征，以及“3”所指示的图形表示图11所示的辐射元件103的辐射特征。

在与图9所示的结构比较之后，可以看出，当相对于信号电流流动“C”的路径上的信号电流流动“C”的方向，在垂直方向“V”上形成分段部分(例如，图10所示的结构)时，谐振频率示出约1.2GHz的变化D12，如图12和图13所示。此外，可以看出，当相对于信号电流流动“C”的路径上的信号电流流动“C”的方向，在水平方向“H”上形成分段部分(例如，图11所示的结构)时，谐振频率示出约0.9GHz的变化D13，如图12和图13所示。例如，与相对于信号电流流动“C”的方向在垂直方向“V”上形成分段部分的结构(例如，图10所示的结构)相比，相对于信号电流流动“C”的方向在水平方向“H”上形成分段部分的结构(例如，图11所示的结构)示出相对更小的谐振频率变化以及相对更低的隔离。这种现象已被确定，这是因为与相对于信号电流流动“C”的方向在垂直方向“V”上形成分段部分的结构相比，在相对于信号电流流动“C”的方向在水平方向“H”上形成分段部分的结构中，与分段部分交替设置的网状栅格102更容易引起功率馈送信号的信号功率。

鉴于这一测量结果，通过相对于辐射元件103中流动的最强信号电流的路径上的信号电流流动方向，在垂直方向上形成分段部分，有可能确保辐射元件103与辐射元件103周围的网状栅格102(例如，仅用作加热元件121的网状栅格102)之间的良好隔离。此外，通过分段部分形成结构，可易于确保辐射元件103需要的谐振频率。

尽管在本发明的具体实施方式中，已经以简化的方式描述了使用网状栅格102的辐射元件103的形状和电流方向，但本发明并不限于此。例如，考虑到，例如，将要制造的天线设备100的谐振频率、方向性以及辐射频率，辐射元件103可设计成不同的形状。当辐射元件103被设计成具有不同的形状时，辐射元件103中流动的信号电流的流动方向也可变得不同，因此，分段部分的形成方向或设置也可变得不同。

例如，当需要确保两个相邻辐射元件103之间的隔离时，形成分段部分的结构可以取决于辐射元件103的位置关系而变得不同。例如，两个辐射元件103之间引起的信号功率的方向可不同于每个辐射元件103中形成的信号电流的流动方向。可通过考虑这些因素而在网状栅格102上形成分段部分。例如，无论每个辐射元件103中的信号电流的流动方向如何，可相对于在两个辐射元件103之间引起的信号功率的方向，在垂直方向上形成延伸的分段部分，以便确保两个相邻辐射元件103之间的隔离。根据各种实施方式，当分段部分延伸以沿着辐射元件103的边缘对齐(例如，平行)时，有可能相对于其他辐射元件103或加热元件121确保隔离。

图14举例说明了独立于网状栅格102上的另一部分(例如，网状条或加热元件121)实现辐射元件103的实例。

图14为根据本发明的各种实施方式中的另一个的天线设备200的视图。

参考图14，根据本发明的各种实施方式中的另一个，天线设备200可包括形成于基础衬底101上的网状栅格102，并且多个分段部分123和125可形成于网状栅格102上。天线设备200的辐射元件103的形状可由分段部分123和125设置。辐射元件103可通过基础衬底101上形成的网状栅格102的一部分或单独薄膜上形成的网状栅格102而形成。

在分段部分123与125中，第一分段部分123可相对于当通过功率馈送端口180(例如，RF端口)在将功率馈送信号施加到辐射元件103时形成的功率馈送信号的流动方向，在垂直方向上延伸。可通过切断形成网状栅格102的透明电极的连接，形成第一分段部分123。在分段部分123与125中，第二分段部分125可相对于辐射元件103中形成的功率馈送信号的流动方向，在水平方向上延伸。可通过切断形成网状栅格102的透明电极或导线的连接，形成第二分段部分125。第二分段部分125中的每个均可连接到第一分段部分123的两端中的任一端。

根据各种实施方式，第一分段部分123可设置在辐射元件103中形成的信号电流的流动路径上，并且第二分段部分125可设置在信号电流的流动路径的两侧。例如，辐射元件103可设置在第一分段部分123和第二分段部分125环绕的区域内。根据各种实施方式，位于每两个相邻的第一分段部分123之间或者位于每两个相邻的第二分段部分125之间的网状栅格102可用作例如上述网状条121。根据第一分段部分123和第二分段部分125的设置，沿着形成为“U”形的路径延伸的网状条121可形成在辐射元件103的周围。通过将DC功率端口150(例如，DC端口)提供给网状条121的两端中的每端以施加DC功率，网状条121可用作加热元件。通过上述实施方式，可容易理解加热元件121的配置。此外，通过第一分段部分123和第二分段部分125的结构，辐射元件103可确保相对于网状条121的充分隔离。

图15和图16示出上述天线设备及其使用实例的扩展配置。

图15为示出根据本发明的各种实施方式中的又一个的天线设备300的视图。

参考图15，天线设备300可包括沿着基础衬底101例如车辆窗户玻璃的边缘设置的多个辐射元件103。辐射元件103可被设置成分别在相同的频带或在不同的频带起作用。辐射元件103中的一些可提供接收功能，并且其余的辐射元件可提供传输功能。此外，辐射元件103可提供转发器功能，以将入射在基础衬底101的一个表面上的无线信号辐射到基础衬底101的其他表面。尽管实施方式举例说明了沿着基础衬底101的边缘设置辐射元件103的配置，但辐射元件103的数量和设置可以不同地实现。根据各种实施方式，天线设备300的辐射元件103可实现为具有参考图14所描述的结构的辐射元件103。

图16为用于描述根据本发明的各种实施方式的天线设备的使用实例的视图。

参考图16，根据本发明的各种实施方式，天线设备300可接收从室外空间的入射至其上的无线信号，并且可将无线信号辐射到室内空间。在本文中，“室外空间”可以指无线电波环境优良的区域，例如，车辆或建筑物的外部，而“室内空间”可以指无线电波环境糟糕的区域，例如，车辆或建筑物的内部。天线设备300的基础衬底可由窗户玻璃或建筑物的窗户实现。如上所述，上述辐射元件103自身可以提供转发器功能。辐射元件103可接收从室外基站(BS)发送并入射在辐射元件103上的信号，并且将信号辐射到室内空间。根据各种实施方式，如图16所示，天线设备300可包括多个辐射元件103，其中一些辐射元件可配置有用于提供接收功能的设置(Rx阵列)，而其他辐射元件103可配置有用于提供传输功能的设置(Tx阵列)。例如，可配置天线设备300的一些辐射元件103以接收从室外入射到其上的无线信号，并且其他辐射元件103可在室内辐射入射无线信号。

在无线信号前进路径上存在障碍物的环境中，例如，建成区域或建筑物的内部，可能会形成具有较高直线前进性的无线电波无法到达的阴影区。此外，在车辆内，尽管车辆的内部有限，但由于车身相对于无线电波具有屏蔽倾向，因此也可能形成局部阴影区。通过根据本发明的各种实施方式天线设备，可以除去该类阴影区。例如，通过在无线电波环境良好的位置将天线设备300安装到建筑物的窗户和车辆的窗户玻璃，阴影区可被除去。

上述实施方式举例说明了接收从室外入射到其上的无线电波并在室内辐射的无线电波的配置。然而，根据本发明的各种实施方式，天线设备300可接收从室外入射到其上的无线电波，并且可根据天线设备300中的辐射元件103的设置，将无线电波传输到室外空间中的其他方向。例如，通过在无线电波环境良好的位置处，将如上所述的天线设备300设置在建筑物的窗户上，可除去建成区域中形成的室外阴影区。

图17为根据本发明的各种实施方式中的又一个的天线设备400的视图。

天线设备400可包括分别形成于基础衬底101的两个表面上的网状栅格102a和102b。如上所述，网状栅格102a和102b中的每个均可实现为辐射元件103或加热元件121。根据各种实施方式，形成于基础衬底101的顶部表面上的网状栅格102b的一部分可形成为辐射元件103，并且形成于基础衬底101的底部表面上的网状栅格102a可设置为如上所述的加热元件121，或设置为用于提供参考电势的接地。当辐射元件103和加热元件121形成于基础衬底101(例如，车辆窗户玻璃)的不同表面上时，上述功率馈送端口或DC功率端口可分别设置在基础衬底101的不同表面上。在通过基础衬底101的一个表面上的网状栅格102b提供接地并且通过另一表面上的网状栅格102a形成辐射元件103的配置中，可以实现具有方向性的贴片天线的特征。

通过施加根据本发明的各种实施方式的天线设备，图18描述了在车辆中安装的配置。图19和图20分别为示出根据本发明的各种实施方式的天线设备的使用实例的视图。

一般来说，用于接收地面无线电广播的天线104可安装在车辆上。近来，其他天线已安装在车辆上，以接收例如用于导航的全球定位系统(GPS)、接收交通信息或者车辆制造商的服务链路连接。由于用于安装天线的位置或空间取决于车辆的车身结构而受到限制，因此，从车辆的外部突出的辐射元件103，例如配有多个天线如贴片天线的鲨鱼鳍天线104可安装成如图18所示。鲨鱼鳍天线104可由例如如上所述的辐射元件103替代。

同时，越来越多的车辆被配置成通过安装钢化玻璃制成的天窗，以通过打开/关闭顶盖以确保车辆的开阔性。尽管早期的天窗只能部分打开，但全景天窗105已经出现，在全景天窗105中，除了边缘框架外，整个顶盖都由钢化玻璃制成。安装全景天窗105之后，用于在车辆中安装天线104(例如，鲨鱼鳍天线104)的空间不可避免地受到限制，这是因为在车辆的顶盖中，能够为确保天线104的方向性而提供接地的金属车身部分变窄。另一方面，由于需要确保天线接地，以便安装上述鲨鱼鳍天线104，因此，安装全景天窗105的区域可能受到限制。例如，当全景天窗105和鲨鱼鳍天线104一起安装时，天线104的性能可恶化，或者整个顶盖的外观中可出现不协调。

通过施加根据本发明的各种实施方式的天线设备104，有可能在车辆的整个顶盖上安装全景天窗105的同时，安装能够稳定执行功能性能的鲨鱼鳍天线。参考图19和图20，在车辆顶盖由介电材料(例如玻璃)而非金属形成的情况下，通过在作为上述基础衬底101的顶盖的一个表面上形成上述网状栅格102a，可提供参考电势。例如，通过将上述网状栅格102a设置在全景天窗105的一个表面(例如内表面)上或该表面之内，并且将鲨鱼鳍天线104设置在全景天窗105的另一表面(例如外表面)上或内，网状栅格102a可形成用于将参考电势提供给鲨鱼鳍天线104的接地。当根据在鲨鱼鳍天线104中所包括的天线的操作，在例如全景天窗105上引起表面电流时，可通过形成额外的网状栅格102或人工磁导体(AMC)102b，来消除所引起的表面电流。

尽管本文中已描述具体实施方式，但所属领域的一般技术人员应该明白，在不脱离本发明的范围的情况下，可进行各种变化。例如，在上述各种实施方式中，尽管只描述了为辐射元件103提供功率馈送信号，但功率馈送信号可采用直接功率馈送方式者以间接功率馈送方式来提供，其中，在直接功率馈送方式中辐射元件103直接连接到功率馈送端口，在间接功率馈送方式中由电容或电感耦合提供功率馈送信号。此外，甚至在通过在安装有鲨鱼鳍天线104的全景天窗105上形成网状栅格102来将参考电势提供给鲨鱼鳍天线情况下，网状栅格102的一部分可包括根据上述各种实施方式中的一个的辐射元件103，103a，103b，103c和103d。此外，根据本发明的各种实施方式的天线设备的辐射元件103可以各种方式使用，例如，用于商用移动通信网络、包括(例如)卫星通信或GPS的远程无线通信、包括例如无线LAN、Wi-Fi或蓝牙的短程无线通信，以及用于例如无触点式ID识别设备或无线充电的近场无线通信。

Claims (23)

1.一种天线设备，包括：

基础衬底；

网状栅格，由透明电极在所述基础衬底的至少一个表面上形成；以及

功率馈送端口，连接到所述网状栅格以提供功率馈送信号，

其中，所述网状栅格的至少一部分形成辐射元件，所形成的辐射元件具有用于指示直接馈送的功率馈送信号和用于指示间接耦合馈送的功率馈送信号中的至少一个。

2.根据权利要求1所述的天线设备，进一步包括：

直流(DC)功率端口，其将DC功率施加到所述网状栅格，

其中，所述网状栅格的至少一部分通过接收向其施加的DC功率形成加热元件。

3.根据权利要求2所述的天线设备，其中，所述辐射元件和所述加热元件在所述网状栅格上至少部分地彼此重叠。

4.根据权利要求3所述的天线设备，进一步包括：

直流(DC)功率阻断单元，设置在所述功率馈送端口与所述网状栅格之间；以及

射频(RF)阻断单元，设置在所述DC功率端口与所述网状栅格之间。

5.根据权利要求2所述的天线设备，其中，接收所施加的DC功率的网状栅格形成电阻值在0.5Ω到10Ω范围内的加热元件。

6.根据权利要求1所述的天线设备，进一步包括：

第一分段部分，其中，沿着相对于通过所述功率馈送端口提供的功率馈送信号的流动方向的垂直方向切断所述透明电极的连接而形成所述第一分段部分；以及

第二分段部分，其中，沿着相对于通过所述功率馈送端口提供的功率馈送信号的流动方向的水平方向切断所述透明电极的连接而形成所述第二分段部分，

其中，所述辐射元件形成在由所述第一分段部分和所述第二分段部分环绕的区域中。

7.根据权利要求6所述的天线设备，进一步包括：

DC功率端口，其将所述DC功率施加到所述第一分段部分之间的网状栅格或所述第二分段部分之间的网状栅格，

其中，所述第一分段部分之间的网状栅格或所述第二分段部分之间的网状栅格通过接收施加的DC功率形成加热元件。

8.根据权利要求1所述的天线设备，其中，所述基础衬底包括玻璃。

9.根据权利要求8所述的天线设备，其中，所述网状栅格形成于所述基础衬底的至少一个表面上，所述功率馈送端口向在所述基础衬底的至少一个表面上的网状栅格提供所述功率馈送信号，以及

所述天线设备进一步包括DC功率端口，用于向在所述基础衬底的另一表面上形成的网状栅格施加DC功率。

10.根据权利要求9所述的天线设备，其中，所述基础衬底具有包括至少四个侧面的多边形形状，并且在所述基础衬底的至少一个侧面上设置有一对DC功率端口。

11.根据权利要求9所述的天线设备，其中，接收所施加的DC功率的网状栅格形成电阻值在0.5Ω到10Ω范围内的加热元件。

12.根据权利要求8所述的天线设备，进一步包括：

贴片天线，其设置在所述基础衬底的至少一个表面上，

其中，所述网状栅格通过提供参考电势，形成所述贴片天线的接地。

13.根据权利要求8所述的天线设备，其中，所述天线设备包括沿着所述基础衬底的侧面设置的多个所述辐射元件，并且多个所述辐射元件中的至少一个提供接收功能，以及多个所述辐射元件中的至少一个提供传输功能。

14.一种天线设备，包括：

网状栅格，由透明导电材料形成于车辆窗户玻璃的至少一个表面上；

功率馈送端口，连接到所述网状栅格以提供功率馈送信号；以及

DC功率端口，将DC功率施加到所述网状栅格，

其中，所述网状栅格的至少一部分通过向其提供功率馈送信号形成辐射元件，以及所述网状栅格的至少一部分通过接收施加至其的DC功率形成加热元件。

15.根据权利要求14所述的天线设备，其中，在所述网状栅格中形成辐射元件的部分和在所述网状栅格中形成加热元件的部分彼此重叠。

16.根据权利要求15所述的天线设备，进一步包括：

直流(DC)功率阻断单元，设置在所述功率馈送端口与所述网状栅格之间；以及

射频(RF)阻断单元，设置在所述DC功率端口与所述网状栅格之间。

17.根据权利要求14所述的天线设备，进一步包括：

第一分段部分，其通过沿着相对于通过所述功率馈送端口提供的功率馈送信号的流动方向的垂直方向切断透明导电材料的连接而形成；以及

第二分段部分，其通过沿着相对于通过所述功率馈送端口提供的功率馈送信号的流动方向的水平方向切断透明导电材料的连接而形成，

其中，所述辐射元件形成在由所述第一分段部分和所述第二分段部分环绕的区域中。

18.根据权利要求17所述的天线设备，进一步包括：

DC功率端口，其将DC功率施加到所述第一分段部分之间的网状栅格或所述第二分段部分之间的网状栅格，

其中，所述第一分段部分之间的网状栅格或所述第二分段部分之间的网状栅格通过接收施加至其的DC功率形成加热元件。

19.根据权利要求14所述的天线设备，其中，所述天线设备包括沿着窗户玻璃的侧面设置的多个所述辐射元件，并且所述多个辐射元件中的至少一个提供接收功能，以及所述辐射元件中的至少一个提供传输功能。

20.一种天线设备，其包括：

网状栅格，其由透明导电材料形成于车辆窗户玻璃的至少一个表面上；以及

辐射元件，其安装在所述窗户玻璃的另一表面上，

其中，所述网状栅格形成用于向所述辐射元件提供参考电势的接地。

21.根据权利要求20所述的天线设备，其中，所述辐射元件包括从所述窗户玻璃的另一表面突出的鲨鱼鳍天线。

22.根据权利要求21所述的天线设备，进一步包括在所述鲨鱼鳍天线与所述窗户玻璃之间形成于所述窗户玻璃的另一表面上的人工磁导体和另一网状栅格中的至少一个；

其中，所述人工磁导体或所述另一网状栅格抑制根据所述鲨鱼鳍天线的操作而引起的表面电流。

23.根据权利要求22所述的天线设备，其中，所述网状栅格的至少一部分形成辐射元件，所形成的辐射元件具有用于指示直接馈送的功率馈送信号和用于指示间接耦合馈送的功率馈送信号中的至少一个。