CN107086366A - 宽带共面波导馈电单级贴片天线 - Google Patents

Abstract

本发明涉及宽带共面波导馈电单级贴片天线，公开了一种薄的柔性天线，其具有安装于诸如车辆玻璃的车辆上的电介质结构的具体应用，其中天线具有用于各种通信应用的宽带天线几何构造，并且其中天线的导电部分能够采用透明导体。

Description

宽带共面波导馈电单级贴片天线

相关申请的交叉引用

本申请要求于2016年2月16日提交的标题为“Wideband Coplanar Waveguide FedMonopole Applique Antennas”的美国临时专利申请序列第62/295,822号的优先权日期的权益。

技术领域

本发明总体上涉及配置在电介质基底上的薄的、柔性的宽带天线，并且更具体地，涉及一种薄的、柔性的宽带共面波导（CPW）天线，其可以包括透明导体，以便允许天线粘附于车窗的可见部分。

背景技术

现代车辆采用各种类型和许多类型的天线来接收和发射用于诸如陆地无线电（AM/FM）、蜂窝电话、卫星无线电、专用短程通信（DSRC）、GPS等的不同通信系统的信号。此外，蜂窝电话正在扩展成需要两个天线以提供多输入多输出（MIMO）操作的4G长期演进（LTE）。用于这些系统的天线通常安装于车辆的车顶以便提供最大的接收能力。此外，这些天线中的许多天线通常整合于安装于车辆的车顶的共用结构和壳体内，诸如“鲨鱼鳍”车顶安装式天线模块。随着车辆上的天线的数量增加，以有效方式装纳所有天线并提供最大的接收能力所需的结构的大小也增加，这妨碍车辆的设计和造型。因此，汽车工程师和设计师正在车辆上寻找可能不妨碍车辆设计和结构的其它合适的区域以放置天线。

这些区域中的一个是车辆玻璃，诸如车辆挡风玻璃，其具有优点，因为玻璃形成用于天线的良好的电介质基底。例如，在本领域中已知在车辆的玻璃上印制AM和FM天线，其中印制的天线被制造在玻璃内成为单件工件。然而，那些已知的系统通常是受限的，因为它们仅能够在不必须通过玻璃观察的区域中被放置在车辆挡风玻璃或其它玻璃表面中。

发明内容

本发明公开并描述了一种薄的、柔性的天线，其具有具体应用以被安装于车辆上的电介质基底（诸如车辆玻璃），其中天线具有用于各种通信系统的宽带天线几何构造，并且其中天线的导电部分能够采用透明导体。

本发明包括以下技术方案：

方案1. 一种天线结构，包括：

电介质基底；

由粘合层粘附于电介质结构的薄膜基底；

平面天线导体，其与所述粘合层相对地形成于所述基底；和

馈电结构，其定位在与所述天线导体相同的平面中并且电气地联接于其。

方案2. 根据方案1所述的天线结构，其特征在于，所述馈电结构是共面波导（CPW）结构。

方案3. 根据方案2所述的天线结构，其特征在于，所述CPW结构包括在其间限定间隙的相对的接地平面、定位于所述间隙内的信号线和电气地联接所述接地平面的馈电导体，所述天线导体电气地联接到所述信号线。

方案4. 根据方案3所述的天线结构，其特征在于，所述天线导体具有五边形形状，其中所述天线导体的尖端联接于所述信号线。

方案5. 根据方案1所述的天线结构，其特征在于，还包括电气地联接到所述馈电结构的连接器、尾纤或同轴电缆。

方案6. 根据方案1所述的天线结构，其特征在于，所述电介质结构是车窗。

方案7. 根据方案6所述的天线结构，其特征在于，所述车窗是车辆挡风玻璃。

方案8. 根据方案7所述的天线结构，其特征在于，所述薄膜基底被固定于外玻璃层的外表面、所述外玻璃层的内表面、内玻璃层的外表面、所述内玻璃层的内表面，或者聚乙烯醇缩丁醛（PVB）层的表面。

方案9. 根据方案1所述的天线结构，其特征在于，所述天线导体是透明导体。

方案10. 根据方案1所述的天线结构，其特征在于，所述薄膜基底是聚酯薄膜基底。

方案11. 根据方案1所述的天线结构，其特征在于，所述粘合层是转移带。

方案12. 根据方案1所述的天线结构，其特征在于，所述粘合层是透明的。

方案13. 根据方案1所述的天线结构，其特征在于，还包括设在所述天线导体上的钝化层。

方案14. 根据方案1所述的天线结构，其特征在于，所述天线结构在用于专用短程通信（DSRC）系统、GPS系统或长期演进（LTE）蜂窝系统的频带中操作。

方案15. 一种天线结构，包括：

车窗；

薄膜基底，其由粘合层粘附于所述车窗；

透明平面天线导体，其与所述粘合层相对地形成在所述基底上；和

共平面波导（CPW）馈电结构，其定位在与所述天线导体相同的平面中并且电气地联接于其，其中所述CPW馈电结构包括在其间限定间隙的相对的接地平面、定位在所述间隙内的信号线和电气地联接所述接地平面的馈电导体，所述天线导体电气地联接到所述信号线。

方案16. 根据方案15所述的天线结构，其特征在于，所述天线导体具有五边形形状，其中所述天线导体的尖端联接于所述信号线。

方案17. 根据方案15所述的天线结构，其特征在于，还包括电气地联接到所述馈电结构的连接器、尾纤或同轴电缆。

方案18. 根据方案15所述的天线结构，其特征在于，所述车窗是车辆挡风玻璃，并且其中，所述薄膜基底被固定到外玻璃层的外表面、所述外玻璃层的内表面、内玻璃层的外表面、所述内玻璃层的内表面，或者聚乙烯醇缩丁醛（PVB）层的表面。

方案19. 一种被配置为在用于专用短程通信（DSRC）系统、GPS系统或长期演进（LTE）蜂窝系统的频带中操作的天线结构，所述天线结构包括：

车辆挡风玻璃；

薄膜基底，其由粘合层粘附于所述车辆挡风玻璃，其中，所述薄膜基底被固定到外玻璃层的外表面、所述外玻璃层的内表面、内玻璃层的外表面、所述内玻璃层的内表面，或者聚乙烯醇缩丁醛（PVB）层的表面；

透明平面天线导体，其与所述粘合层相对地形成于所述基底；和

共平面波导（CPW）馈电结构，其定位在与所述天线导体相同的平面中并且电气地联接于其，其中所述CPW馈电结构包括在其间限定间隙的相对的接地平面、定位于所述间隙内的信号线和电气地联接所述接地平面的馈电导体，所述天线导体电气地联接到所述信号线。

方案20. 根据方案19所述的天线结构，其特征在于，所述天线导体具有五边形形状，其中所述天线导体的尖端联接于所述信号线。

结合附图根据以下描述和所附权利要求，本发明的额外特征将变得显而易见。

附图说明

图1是示出车辆挡风玻璃的车辆的前视图；

图2是示出车辆后窗的车辆的后视图；

图3是包括在其上形成的薄的、柔性的天线的车窗的轮廓图；

图4是CPW天线馈电结构的图示，所述结构包括相对的和联接的接地平面，并且其间有信号线；

图5是示出CPW天线馈电结构并且包括RF连接器的图示；

图6是CPW天线馈电结构并且包括同轴电缆馈电线的图示；

图7是包括由CPW馈电结构馈电的辐射器的宽带共面天线的俯视图；和

图8是包括辐射器和CPW馈电结构的另一宽带共面天线的俯视图。

具体实施方式

涉及适于粘附于弯曲的电介质结构的薄的、柔性的宽带天线的本发明的实施例的以下讨论本质上仅仅是示例性的，并且不以任何方式意图限制本发明或其应用或用途。例如，本文的讨论涉及天线适用于粘附于汽车玻璃。然而，如本领域技术人员将理解的那样，天线将具有针对除汽车结构和除透明或半透明表面之外的其它电介质结构的应用。

图1是包括车身12、车顶14和挡风玻璃16的车辆10的前视图，并且图2是示出后窗18的车辆10的后视图。

如下文将详细讨论的那样，本发明提出在挡风玻璃16、后窗18或车辆10上的任何其它窗或电介质结构上提供宽带天线，其中天线是柔性的以符合具体电介质结构的形状，并且其中天线能够被安装在电介质结构上的任何合适位置处，包括车辆驾驶员需要看透的挡风玻璃16上的位置。如将变得显而易见的那样，设在电介质结构上的天线可以被操作成用于各种通信系统，诸如AM/FM无线电天线、DSRC天线、卫星无线电天线、GPS天线、包括MIMO天线的蜂窝天线等。在一个实施例中，天线是宽带单极贴片天线（applique antenna），其由合适的粘合剂直接安装在电介质结构的表面上。所公开的天线能够被设计成在各种物理厚度和介电性质的汽车玻璃上操作，其中天线仅当安装在玻璃上时才如预期那样操作，因为载体基底上的天线几何图案将不具有良好的阻抗匹配。

图3是天线结构20的轮廓图，天线结构20包括挡风玻璃22，挡风玻璃22具有外玻璃层24、内玻璃层26和其间的聚乙烯醇缩丁醛（PVB）层28。结构20包括形成在薄的柔性薄膜基底32（诸如聚酯薄膜层）上并由粘合层34粘附于层26的表面的天线30。粘合层34能够是有效地允许基底32固定于玻璃层26的任何合适的粘合剂或转移带，此外，如果天线30位于玻璃层26的可见区域中，则粘合剂或转移带能够是透明的或接近透明的，以便对外观和通过其的光透射具有最小的影响。天线30能够由低RF损耗钝化层36（诸如聚对二甲苯）保护。天线连接器38被示为连接到天线30，并且能够是任何合适的RF或微波连接器（诸如直接尾纤（direct pig-tail）或同轴电缆连接）。尽管天线30被示为联接于内玻璃层26的内侧表面，但是导体30能够粘附于外玻璃层24的外表面或邻近PVB层28的层24或26的表面或者PVB层28的表面。

天线30能够由任何合适的无损耗导体（诸如铜、金、银、银陶瓷等）形成。如果天线30处于车辆玻璃上需要驾驶员或其它车辆乘员看透玻璃的位置处，则天线导体能够是任何合适的透明导体，诸如氧化铟锡（ITO）、银纳米线、氧化锌（ZnO）等。当天线30由透明导体形成时，能够通过沿天线30的边缘添加导电边框来增强天线30的性能，如本领域中已知的那样。

汽车玻璃的厚度可以在2.8 mm-5 mm内变化，并且具有在4.5-7.0的范围中的相对介电常数ε_r。天线30包括单层导体和共面波导（CPW）馈电结构以激励天线辐射器。CPW馈电结构能够被配置成用于以适合于CPW馈电线或者尾纤或同轴电缆的方式安装连接器38。当完成至CPW线的连接器38或尾纤连接时，能够用钝化层36保护天线30。在一个实施例中，当天线30被安装在玻璃上时，能够移除转移带的基材层（backing layer）。通过在车辆挡风玻璃22的内侧表面上设置天线导体，能够减少来自环境条件和天气条件的天线30的恶化。

图4是CPW馈电结构40的俯视剖视图，其中CPW馈电结构40包括联接到天线辐射器（未在图4中示出）并且与相对的接地平面44和46间隔分开（在其间限定间隙48）的信号线42。接地平面44和46在连接器区52处由导体50电气地联接，以提供将天线连接到合适的电路（诸如收发器（未示出））的表面安装连接器或直接安装尾纤或同轴电缆的安装，其中天线、馈电结构和连接器全部处于相同的平面中。导体50的尺寸能够小于所关心的频带的中心处的四分之一波长。

图5是类似于天线结构40的CPW天线馈电结构60的俯视剖视图，其中同样的元件由相同的附图标记表示。在该实施例中，表面安装连接器62向结构60馈电，并且通过突出部64电气地联接到接地平面44和46以及导体50，其中突出部64与联接到信号线42的突出部66电气隔离。

图6是类似于天线结构40的CPW天线馈电结构70的俯视剖视图，其中同样的元件由相同的附图标记表示。在该实施例中，同轴电缆72向结构70馈电，并且包括电气地联接到信号线42的内导体74和电气地联接到导体50的外接地导体76，其中导体74和76由绝缘体78分开。

图7是CPW天线结构80的俯视图，CPW天线结构80包括馈电结构82，其具有相对的接地平面84和86以及在其间延伸的信号线88，所述信号线88由间隙90与平面84和86电气地隔离，其中导体92联接于接地平面84和86。未示出通向馈电结构82的馈电线。如图所示，由馈电结构82馈电的特别地配置的辐射器94（在此为五边形）在辐射器94的尖端处电气地联接到信号线88，其中辐射器94辐射（flair）到提供在所关心的频带（诸如适合于LTE通信的700MHz-2.2 GHz的频率范围）中的信号接收和传输的尺寸。对于该实施例，结构80的总长度为13.5 cm，且结构80的宽度为12 cm。

图8是类似于天线结构80的CPW天线结构100的俯视图，但是具有用于在5.9 GHz下操作的DSRC通信的不同的尺寸。天线结构100包括馈电结构102，馈电结构102具有相对的接地平面104和106以及在其间延伸的信号线108，所述信号线108由间隙110与平面104和106电气地隔离，其中导体112联接于接地平面104和106。未示出通向馈电结构102的馈电线。如图所示，由馈电结构102馈电的特别地配置的辐射器114（在此为五边形）在辐射器114的尖端处电气地联接到信号线108，其中辐射器114辐射到提供在所关心的频带中的信号接收和传输的尺寸。

前文的讨论仅公开和描述了本发明的示例性实施例。本领域技术人员将容易地从这种讨论以及从附图和权利要求中认识到，在不脱离如所附权利要求中限定的本发明的精神和范围的情况下，能够在其中做出各种改变、改型和变型。

Claims (10)

1.一种天线结构，包括：

电介质基底；

由粘合层粘附于电介质结构的薄膜基底；

平面天线导体，其与所述粘合层相对地形成于所述基底；和

馈电结构，其定位在与所述天线导体相同的平面中并且电气地联接于其。

2.根据权利要求1所述的天线结构，其特征在于，所述馈电结构是共面波导（CPW）结构。

3.根据权利要求2所述的天线结构，其特征在于，所述CPW结构包括在其间限定间隙的相对的接地平面、定位于所述间隙内的信号线和电气地联接所述接地平面的馈电导体，所述天线导体电气地联接到所述信号线。

4.根据权利要求3所述的天线结构，其特征在于，所述天线导体具有五边形形状，其中所述天线导体的尖端联接于所述信号线。

5.根据权利要求1所述的天线结构，其特征在于，还包括电气地联接到所述馈电结构的连接器、尾纤或同轴电缆。

6.根据权利要求1所述的天线结构，其特征在于，所述电介质结构是车窗。

7.根据权利要求6所述的天线结构，其特征在于，所述车窗是车辆挡风玻璃。

8.根据权利要求7所述的天线结构，其特征在于，所述薄膜基底被固定于外玻璃层的外表面、所述外玻璃层的内表面、内玻璃层的外表面、所述内玻璃层的内表面，或者聚乙烯醇缩丁醛（PVB）层的表面。

9.一种天线结构，包括：

车窗；

薄膜基底，其由粘合层粘附于所述车窗；

透明平面天线导体，其与所述粘合层相对地形成在所述基底上；和

共平面波导（CPW）馈电结构，其定位在与所述天线导体相同的平面中并且电气地联接于其，其中所述CPW馈电结构包括在其间限定间隙的相对的接地平面、定位在所述间隙内的信号线和电气地联接所述接地平面的馈电导体，所述天线导体电气地联接到所述信号线。

10.一种被配置为在用于专用短程通信（DSRC）系统、GPS系统或长期演进（LTE）蜂窝系统的频带中操作的天线结构，所述天线结构包括：

车辆挡风玻璃；

薄膜基底，其由粘合层粘附于所述车辆挡风玻璃，其中，所述薄膜基底被固定到外玻璃层的外表面、所述外玻璃层的内表面、内玻璃层的外表面、所述内玻璃层的内表面，或者聚乙烯醇缩丁醛（PVB）层的表面；

透明平面天线导体，其与所述粘合层相对地形成于所述基底；和

共平面波导（CPW）馈电结构，其定位在与所述天线导体相同的平面中并且电气地联接于其，其中所述CPW馈电结构包括在其间限定间隙的相对的接地平面、定位于所述间隙内的信号线和电气地联接所述接地平面的馈电导体，所述天线导体电气地联接到所述信号线。