CN110120574B - 具有用于射频装置的共面波导至共面波导耦合器的窗组件 - Google Patents

Abstract

窗户组件包括设置在第一窗户衬底和第二窗户衬底之间的第一射频设备。嵌入式共面波导设置在第一窗户衬底和第二窗户衬底之间，并且附接到第一射频设备。外部共面波导邻近第一窗户衬底的外侧表面设置，并且与嵌入式共面波导相对设置用于在其间传送电磁波。印刷电路板附接到外部共面波导和射频电缆连接器并将其互连。射频电缆连接器配置为连接到第二射频设备。粘合剂层将印刷电路板粘合到第一窗户衬底的外侧表面。

Description

具有用于射频装置的共面波导至共面波导耦合器的窗组件

引言

本发明总体上涉及一种窗户组件。

一些叠层窗户组件可包括设置在两个玻璃衬底之间的嵌入式射频设备，诸如但不限于天线。嵌入式射频设备必须耦合到未嵌入在两个玻璃衬底之间的其它装置，即远离叠层窗户组件或位于叠层窗户组件外部的其它装置，以便在其间传送信号。

发明内容

提供了一种窗户组件。窗户组件包括第一窗户衬底和第二窗户衬底。第一窗户衬底具有第一侧表面和第二侧表面。第二窗户衬底具有第一侧表面和第二侧表面。第一窗户衬底的第一侧表面面向第二窗户衬底的第一侧表面。第一射频设备设置在第一窗户衬底和第二窗户衬底之间。嵌入式共面波导设置在第一窗户衬底和第二窗户衬底之间。嵌入式共面波导附接到第一射频设备。外部共面波导邻近第一窗户衬底的第二侧表面设置，并且与嵌入式共面波导相对设置用于在其间传送电磁波。

在窗户组件的一个实施例中，第一窗户衬底和第二窗户衬底中的每一个是玻璃衬底。

在窗户组件的一个方面中，第一射频设备包括射频天线。

在窗户组件的一个实施例中，印刷电路板附接到外部共面波导和射频电缆连接器并将它们互连。射频电缆连接器附接到外部共面波导，并且配置用于连接到第二射频设备。粘合剂层可以用于将印刷电路板结合到第一窗户衬底的第二侧表面。

在窗户组件的一个方面中，嵌入式共面波导和外部共面波导中的每一个包括相应的第一接地面部分、相应的中心导体部分和相应的第二接地面部分。相应的第一接地面部分和相应的中心导体部分由相应的第一间隙分开。相应的第二接地面部分和相应的中心导体部分由相应的第二间隙分开。

在窗户组件的另一方面中，每个相应的中心导体部分包括具有平面矩形形状的主体部分和具有平面等腰梯形形状的端部。每个相应的第一接地面部分包括具有平面矩形形状的主体部分和具有平面梯形形状的端部。每个相应的第二接地面部分包括具有平面矩形形状的主体部分和具有平面梯形形状的端部。嵌入式共面波导的中心导体部分的端部包括沿第一横向基准线对齐的边缘。第一横向基准线垂直于中心纵向轴线。嵌入式共面波导的第一接地面部分的端部包括沿第一横向基准线对齐的边缘。类似地，嵌入式共面波导的第二接地面部分的端部包括沿第一横向基准线对齐的边缘。外部共面波导的中心导体部分的端部包括沿第二横向基准线对齐的边缘。第二横向基准线垂直于中心纵向轴线，并且沿着纵向轴线与第一横向基准线间隔开耦合区域长度。外部共面波导的第一接地面部分的端部包括沿第二横向基准线对齐的边缘。外部共面波导的第二接地面部分的端部包括沿第二横向基准线对齐的边缘。

在窗户组件的另一方面，每个相应的中心导体部分包括导体宽度。在一个实施例中，每个相应的中心导体部分的导体宽度基本上等于玻璃中的最高设计频率波长的长度除以四。

在窗户组件的另一方面中，每个相应的第一间隙包括第一间隙宽度，并且每个相应的第二间隙包括第二间隙宽度。第一间隙宽度不同于第二间隙宽度。更具体地，第一间隙宽度小于第二间隙宽度。在一个实施例中，第一间隙宽度小于导体宽度。

在窗户组件的另一个方面中，嵌入式共面波导和外部共面波导中的每一个都包括耦合区域长度，该耦合区域长度是沿着第一横向基准线和第二横向基准线之间的纵向轴线测量的。在一个实施例中，嵌入式共面波导和外部共面波导中的每一个的耦合区域长度基本上等于玻璃中的最高设计频率波长的长度除以二。

因此，嵌入式共面波导和外部共面波导电磁地耦合以通过第一窗户衬底在其间传送无线电波。嵌入式共面波导和外部共面波导之间的电磁耦合使得能够在没有直接物理连接的情况下通过第一窗户衬底传送电磁无线电波。这使得嵌入在第一窗户衬底和第二窗户衬底之间的射频设备能够在没有直接物理连接的情况下与未嵌入窗户组件内的外部射频设备通信。例如，射频电缆连接器可以附接到外部共面波导，用于连接到第二射频设备，诸如无线电发射机/接收机。在示例性实施例中，第一射频设备可以包括天线。嵌入式共面波导和外部共面波导之间的电磁耦合在无线电发射机/接收机和嵌入式天线之间传送电磁无线电波信号，而无其间的直接物理连接。

当结合附图时，本发明的上述特征和优点以及其它特征和优点从用于实施本教导的最佳模式的以下详细描述中是显而易见的。

附图说明

图1是窗户组件的示意性分解透视图。

图2是窗户组件的示意性侧剖视图。

图3是窗户组件的外部共面波导的示意性俯视平面图。

图4是窗户组件的嵌入式共面波导的示意性俯视平面图。

具体实施方式

本领域普通技术人员将认识到，术语诸如“上方”、“下方”、“向上”、“向下”、“顶部”，“底部”等描述性地用于附图，并且不表示对由所附权利要求限定的本公开的范围的限制。此外，可在本文根据功能和/或逻辑块部件和/或各种处理步骤描述本教导。应当认识到，这样的块部件可以包括配置为执行指定功能的任意数目的硬件，软件和/或固件部件。

参考附图，其中相同附图标记在几个视图中指示相同的部件，窗户组件总体上以20示出。在一些实施例中，窗户组件20可以结合到车辆中，例如车辆的挡风玻璃，侧窗或后窗，卡车、公共汽车、火车、飞机、船、拖拉机、ATV等。在其它实施例中，窗户组件20可以结合到固定结构中，例如建筑物窗户。

参照图1和2，窗户组件20包括层叠在一起以限定层叠结构26的第一窗户衬底22和第二窗户衬底24。在本文所述的示例性实施例中，第一窗户衬底22和第二窗户衬底24是玻璃衬底。然而，在其它实施例中，第一窗户衬底22和第二窗户衬底24可以由一些其它透明材料制造。

第一窗户衬底22包括第一侧表面28和第二侧表面30。类似地，第二窗户衬底24包括第一侧表面32和第二侧表面34。第一窗户衬底22的第一侧表面28设置为与第二窗户衬底24的第一侧表面32相对并面向第二窗户衬底24的第一侧表面32。因此，第一窗户衬底22的第一侧表面28和第二窗户衬底24的第一侧表面32可以被认为是层叠结构26的内表面。第一窗户衬底22的第二侧表面30和第二窗户衬底24的第二侧表面34各自面向外，远离层叠结构26。因此，第一窗户衬底22的第二侧表面30和第二窗户衬底24的第二侧表面34可以被认为是层叠结构26的外表面。

如图1最佳所示，窗户组件20包括第一射频设备36，其设置在第一窗户衬底22的第一侧表面28和第二窗户衬底24的第一侧表面32之间。第一射频设备36可以包括用于发送和/或接收射频波的薄平面结构。例如，第一射频设备36可以包括但不限于射频天线。

参照图1和2，窗户组件20进一步包括嵌入式共面波导38和外部共面波导40。嵌入式共面波导38和外部共面波导40均是共面波导。如本领域技术人员通常理解的，共面波导是这样的结构，其中支持波传播的所有导体位于同一平面上，即通常位于电介质衬底42的顶部上。共面波导包括中心导体，该中心导体在每一侧与接地面隔开两个窄间隙。用于每个嵌入式共面波导38和外部共面波导40的电介质衬底42可以包括合适的电介质材料。嵌入式共面波导38和外部共面波导40的电介质衬底的电介质材料可以是相同的电介质材料，或者它们可以是不同的电介质材料。

嵌入式共面波导38设置在第一窗户衬底22的第一侧表面32和第二窗户衬底24的第一侧表面32之间。这样，嵌入式共面波导38被嵌入或夹在第一窗户衬底22和第二窗户衬底24之间。嵌入式共面波导38直接附接到第一射频设备36。这样，嵌入式共面波导38和第一射频设备36物理连接在一起用于在其间通信。外部共面波导40邻近第一窗户衬底22的第二侧表面30设置。因此，外部共面波导40设置在层叠结构26的外部上。外部共面波导40与嵌入式共面波导38直接相对设置，用于在其间传送电磁波。外部共面波导40不直接连接到嵌入式共面波导38。

在图中示出并在本文描述的示例性实施例中，印刷电路板44(PCB)被附接到外部共面波导40和连接器46并将其互连。在这里描述的示例性实施例中，连接器46是射频电缆连接器46，例如但不限于FAKRA型连接器46。然而，在其它实施例中，连接器46可以包括本文没有具体示出或描述的一些其它类型的连接器。外部共面波导40可以以适当的方式附接到印刷电路板44。例如，外部共面波导40可以是印刷电路板44的整体部分，或者可以通过一个或多个电连接元件连接到印刷电路板44。另外，连接器46可以以适当的方式附接到印刷电路板44。例如，连接器46可以固定或焊接到印刷电路板44，或者可以通过一个或多个电连接元件间接连接到电路板。

印刷电路板44可以以适当的方式附接到第一窗户衬底22的第二侧表面30。例如，窗户组件20可以包括将印刷电路板44直接结合到第一窗户衬底22的第二侧表面30的粘合剂层。在其它实施例中，金属结合焊盘(未示出)可以固定到第一窗户衬底22的第二侧表面30，并且印刷电路板44附接到金属结合焊盘。应当理解，印刷电路板44可以以本文未明确描述的一些其他方式附接到第一窗户衬底22的第二侧表面30。

如上所述，在本文所述的示例性实施例中，连接器46包括射频电缆连接器46。射频电缆连接器46附接到外部共面波导40。在本文描述的示例性实施例中，印刷电路板44用于将射频电缆连接器46连接到外部共面波导40。然而，在其它实施例中，射频电缆连接器46可以在不使用印刷电路板44的情况下直接连接到外部共面波导40。射频电缆连接器46配置用于连接到第二射频设备(未示出)。第二射频设备可以包括但不限于发射和/或接收无线电设备、GPS设备、Wi-Fi设备、卫星无线电设备、卫星通信设备等。

嵌入式共面波导38和外部共面波导40在其间传送电磁射频波，即使它们没有彼此直接连接以在其间通信。这样，嵌入式共面波导38和外部共面波导40的组合使第一射频设备36和第二射频设备能够彼此连接用于在其间通信，而没有直接物理连接。该布置消除了使连接线或其它类似的电连接元件穿过第一窗户衬底22中的孔或通道，或者替代地将电连接元件布线穿过层叠结构26的边缘86的需要。另外，印刷电路板44可以包括一个或多个其它射频设备，诸如但不限于低噪声放大器或功率放大器，其也可以通过嵌入式共面波导38和外部共面波导40之间的信号通信连接到第一射频设备。

参考图3和图4，其中外部共面波导40在图3中示出，嵌入式共面波导38在图4中示出，嵌入式共面波导38和外部共面波导40中的每一个包括相应的第一接地面部分48、相应的中心导体部分50和相应的第二接地面部分52。嵌入式共面波导38和外部共面波导40的相应的第一接地面部分48和相应的中心导体部分50由相应的第一间隙54隔开。嵌入式共面波导38和外部共面波导40的相应的第二接地面部分52和相应的中心导体部分50由相应的第二间隙56隔开。

嵌入式共面波导38和外部共面波导40沿着层叠结构30的纵向轴线58彼此相对地布置。纵向轴线58沿着每个嵌入式共面波导38和外部共面波导40中的每一个的纵向中心延伸。第一横向基准线60垂直于纵向轴线58设置。另外，第二横向基准线62垂直于纵向轴线58设置。第一横向基准线60和第二横向基准线62彼此平行，并且沿着纵向轴线58彼此隔开耦合区域长度94。

嵌入式共面波导38和外部共面波导40的每个相应的中心导体部分50包括具有平面矩形形状的主体部分64和具有平面等腰线梯形形状的端部66。如图4所示，嵌入式共面波导38的中心导体部分50的端部66包括沿第二横向基准线62对齐的边缘68。如图3所示，外部共面波导40的中心导体部分50的端部66包括沿第一横向基准线60对齐的边缘70。

嵌入式共面波导38和外部共面波导40的每个相应的第一接地面部分48包括具有平面矩形形状的主体部分72和具有平面梯形形状的端部74。如图4所示，嵌入式共面波导38的第一接地面部分48的端部74包括沿第二横向基准线62对齐的边缘76。如图3所示，外部共面波导40的第一接地面部分48的端部74包括沿第一横向基准线60对齐的边缘78。

嵌入式共面波导38和外部共面波导40的每个相应的第二接地面部分52包括具有平面矩形形状的主体部分80和具有平面梯形形状的端部82。如图4所示，嵌入式共面波导38的第二接地面部分52的端部82包括沿第二横向基准线62对齐的边缘84。如图3所示，外部共面波导40的第二接地面部分52的端部82包括沿第一横向基准线60对齐的边缘86。

参照图1，嵌入式共面波导38的中心导体部分50和外部共面波导40的中心导体部分50彼此跨过第一窗户衬底22彼此相对地设置。然而，还参考图4，嵌入式共面波导38的中心导体部分50的梯形端部66邻近第二横向基准线62设置，然而，还参考图3，外部共面波导40的中心导体部分50的梯形端部66邻近第一横向基准线60设置。

参照图1，嵌入式共面波导38的第一接地面部分48和外部共面波导40的第一接地面部分48彼此跨过第一窗户衬底22彼此相对地设置。然而，还参考图4，嵌入式共面波导38的第一接地面部分48的梯形端部74邻近第二横向基准线62设置，然而，还参考图3，外部共面波导40的第一接地面部分48的梯形端部74邻近第一横向基准线60设置。

参照图1，嵌入式共面波导38的第二接地面部分52和外部共面波导40的第二接地面部分52彼此跨过第一窗户衬底22彼此相对地设置。然而，还参考图4，嵌入式共面波导38的第二接地面部分52的梯形端部82邻近第二横向基准线62设置，然而，还参考图3，外部共面波导40的第二接地面部分52的梯形端部82邻近第一横向基准线60设置。

参照图3和4，嵌入式共面波导38和外部共面波导40的每个相应的中心导体部分50包括导体宽度88。在相应的中心导体部分50的主体部分64上垂直于纵向轴线58测量导体宽度88。在一个示例性实施例中，每个相应的中心导体部分50的导体宽度88基本上等于玻璃中的最高设计频率波长的长度除以四。

参照图3和4，嵌入式共面波导38和外部共面波导40的每个相应的第一间隙54包括第一间隙宽度90。在第一接地面部分48的相应的主体部分72和中心导体部分50的相应的主体部分64之间垂直于纵向轴线58测量第一间隙宽度90。在一个示例性实施例中，第一间隙宽度90小于导体宽度88。嵌入式共面波导38和外部共面波导40的每个相应的第二间隙56包括第二间隙宽度92。在第二接地面部分52的相应的主体部分80和中心导体部分50的相应的主体部分64之间垂直于纵向轴线58测量第二间隙宽度92。第一间隙宽度90不同于第二间隙宽度92，以形成非对称共面波导。在本文所示和描述的示例性实施例中，第一间隙宽度90小于第二间隙宽度92。换句话说，第二间隙宽度92大于第一间隙宽度90。第一间隙宽度90和第二间隙宽度92之间的差值可以根据经验建立。然而，在一个示例性实施例中，第一间隙宽度90和第二间隙宽度92之间的差值在1.0mm和4.0mm的范围之间。更具体地，第一间隙宽度90和第二间隙宽度92之间的差值大约等于2.0mm。

参照图3和4，嵌入共面波导38和外部共面波导40中的每一个沿着纵向轴线58延伸耦合区域长度94，该耦合区域长度94沿着纵向轴线58在第一横向基准线60和第二横向基准线62之间测量。在一个实施例中，嵌入式共面波导38和外部共面波导40中的每一个的耦合区域长度94基本上等于玻璃中的最高设计频率波长的长度除以二。本文描述的非对称嵌入式共面波导38和非对称外部共面波导40共同协作以通过宽频带的无线电波频率在其间提供无线电波通信，使得嵌入式共面波导38到外部共面波导40耦合器能够在其间传送射频信号，以连接第一射频设备36和第二射频设备。

详细说明和附图或图是对本发明的支持和描述，但是本发明的范围仅由权利要求限定。虽然已经详细地描述了用于实施所要求保护的本教导的一些最佳模式和其它实施例，但是存在用于实施所附权利要求中限定的本发明的各种替代设计和实施例。

Claims (9)

1.一种窗户组件，包括：

具有第一侧表面和第二侧表面的第一窗户衬底；

具有第一侧表面和第二侧表面的第二窗户衬底，其中所述第一窗户衬底的所述第一侧表面面向所述第二窗户衬底的所述第一侧表面；

设置在所述第一窗户衬底和所述第二窗户衬底之间的第一射频设备；

嵌入式共面波导，其设置在所述第一窗户衬底和所述第二窗户衬底之间，并且附接到所述第一射频设备；以及

外部共面波导，其邻近所述第一窗户衬底的所述第二侧表面设置，并且与所述嵌入式共面波导相对设置用于在其间传送电磁波；

其中，所述嵌入式共面波导和所述外部共面波导中的每一个包括相应的第一接地面部分、相应的中心导体部分和相应的第二接地面部分，其中所述相应的第一接地面部分和所述相应的中心导体部分由相应的第一间隙隔开，并且其中所述相应的第二接地面部分和所述相应的中心导体部分由相应的第二间隙隔开；

其中，所述嵌入式共面波导和所述外部共面波导中的每一个包括耦合区域长度，所述耦合区域长度是沿着第一横向基准线和第二横向基准线之间的中心纵向轴线测量的；以及

其中，所述嵌入式共面波导和所述外部共面波导中的每一个的耦合区域长度等于玻璃中的最高设计频率波长的长度除以二。

2.如权利要求1所述的窗户组件，进一步包括射频电缆连接器，所述射频电缆连接器附接到所述外部共面波导并配置用于连接到第二射频设备。

3.如权利要求2所述的窗户组件，进一步包括印刷电路板，所述印刷电路板附接到所述外部共面波导和所述射频电缆连接器并将它们互连。

4.如权利要求1所述的窗户组件，其中每个相应的中心导体部分包括具有平面矩形形状的主体部分和具有平面等腰梯形形状的端部。

5.如权利要求4所述的窗户组件，其中每个相应的第一接地面部分包括具有平面矩形形状的主体部分和具有平面梯形形状的端部。

6.如权利要求5所述的窗户组件，其中每个相应的第二接地面部分包括具有平面矩形形状的主体部分和具有平面梯形形状的端部。

7.如权利要求6所述的窗户组件，其中：

所述外部共面波导的所述中心导体部分的所述端部包括沿垂直于所述中心纵向轴线的第一横向基准线对齐的边缘；

所述外部共面波导的所述第一接地面部分的所述端部包括沿所述第一横向基准线对齐的边缘；和

所述外部共面波导的所述第二接地面部分的所述端部包括沿所述第一横向基准线对齐的边缘。

8.如权利要求7所述的窗户组件，其中：

所述嵌入式共面波导的所述中心导体部分的所述端部包括沿垂直于中心纵向轴线的第二横向基准线对齐的边缘；

所述嵌入式共面波导的所述第一接地面部分的所述端部包括沿所述第二横向基准线对齐的边缘；和

所述嵌入式共面波导的所述第二接地面部分的所述端部包括沿所述第二横向基准线对齐的边缘。

9.如权利要求1所述的窗户组件，其中每个相应的第一间隙包括第一间隙宽度，并且其中每个相应的第二间隙包括第二间隙宽度，其中所述第一间隙宽度不同于所述第二间隙宽度。

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