CN113677548A - 包括具有配置成通过射频和表面声波来操作的通信装置的玻璃元件的装配玻璃 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及装配玻璃，其包括具有唯一识别号的玻璃元件，特别是单片或复合玻璃元件，所述玻璃元件包括通信装置（3），通信装置（3）被配置成通过射频和表面声波来操作，通信装置（3）包括天线（6）、叉指换能器（7）和包括反射器（5a、5b、5c、5d）的表面声波反射装置（5），所述通信装置（3）旨在将所述装配玻璃（1）的唯一识别号传送到被配置成在特高频带中操作的远程读取装置，所述装配玻璃的特征在于，所述叉指换能器（7）和所述表面声波反射装置（5）设置在压电基材层（4、4a、4b）上，压电基材层（4、4a、4b）本身设置在所述玻璃元件上。
Description
技术领域
本发明涉及包括具有通信装置的玻璃元件（élément vitré）的装配玻璃（vitrage），所述通信装置能够通过射频和表面声波来操作，其使得能够无线地传送分配给所述装配玻璃的唯一识别号，所述通信装置不包括集成电路或芯片。
背景技术
现有技术中已知各种视觉识别手段，特别是由当局用来识别机动车辆。车牌、永久或临时贴纸、可移除或可重新安置的标签是呈现用来识别每个车辆的识别号的载体的示例。大多数这些载体可以很容易地从车辆取下，因此安全水平相对较低。
为了解决该问题，提出了使用射频识别，更常更为缩写RFID，意思是英语的“RadioFrequency Identification”（射频标识）。该技术实施在各种领域中，如在物流业中以轻松地识别物品，或在配送业中用于实时的物品库存盘点。
射频识别是指通过实施由工作站（station）或读取器产生的电磁场而使得能够实现自动跟踪的技术，以使得能够远程地识别标签或应答器。
应答器（transpondeur）被定义为当接收到射频询问时会发回响应的电子装置。这些标签或应答器通常包括RF天线（RF意指射频）或根据频带的感应回路，以及特别是用于数据存储的逻辑单元。
然后通过反向散射或磁耦合方式将这些数据传输到读取器或工作站。大多数RFID技术包括集成电路，比如包括EEPROM（英语“Electrically Erasable Programmable ReadOnly Memory”的缩写，意思为电可擦可编程只读存储器）存储器的逻辑单元和微控制器，其用于访问记录在EEPROM存储器上的数据并管理电磁场的反向散射。
RFID技术根据应用和所需性能使用三个频带。
第一个频带，通常称为低频或LF，英语“Low Frequencies”的缩写，通常以125kHz频率为中心。该频带例如用于标记家畜或用于短距离（大约几厘米）的识别标签。
第二个频带，通常称为高频或HF，英语“High Frequencies”的缩写，通常以13.56MHz频率为中心。该频带例如用于非接触式支付、跟踪对象或借助于实施NFC技术的移动电话来交换数据，NFC是英语“Near Field Communication”的缩写，或法语为“Communication en Champ Proche”，近场通信。该频带使得能够在非常短的距离（即几厘米）内读取标签。
第三个频带，称为特高频或UHF，英语“Ultra High Frequencies”的缩写，一般覆盖300MHz至3000MHz的频率范围。
以2.45GHz频率为中心的频带用于跟踪距RFID读取器相对较远的移动中的对象，即最远可达10米，该距离还取决于RFID读取器可用的电磁功率以及天线增益、消耗功率、气象条件等参数，特别是将电信方程（也称为“弗里斯方程”）的应用考虑在内。
使用实施特高频的RFID技术也称为UHF RFID，允许开发所谓的智能功能，如加密、同时解码从多个标签一起到达的信号的防冲突协议、能量回收、以及相比于实施低频和高频的传统射频识别技术在远程读取RFID标签方面的其他重大改进。
UHF RFID技术的主要缺点与环境的电磁兼容性有关，如液体的电磁吸收或与金属表面的射频兼容性。
目前，实施UFH RFID标签（也称为应答器）的技术主要有两种。
第一种技术涉及所谓的无源标签，其包括由来自RFID射频的电磁能量来供能的逻辑单元，因此无源标签的逻辑单元不由电池供电。
第二种技术涉及所谓的有源标签，也称为BAP应答器，英语“Battery AssistedPassive”的缩写，意为电池辅助无源。与无源标签相比，逻辑单元由板载电池来供能，从而使得能够检测远至百米距离的标签，该距离还取决于工作站或读取器的电磁场的功率、标签天线的功率增益和针对电信方程或“弗里斯方程”应用的上述其他参数。
RFID技术在汽车行业中的使用是众所周知的。就汽车装配玻璃行业而言，现有技术提出了使用装配玻璃来获得与射频相关的更好的电磁兼容性。
例如，文献WO 00/73990 A1公开了一种UHF RFID应答器，其采用旨在粘在玻璃表面上的贴纸的形式。该应答器包括柔性电路基材，其具有天线和设置在基材上并耦合到天线的应答器电路。
还已知文献EP 1 698 455 A1和WO 2006/114543 A1的现有技术。这两个文献公开了包括电子标签的层压装配玻璃，电子标签配备有用于远程数据通信的天线。
此外，文献WO 2013/189577 A1公开了使用UHF RFID技术用于实施红外辐射反射层的层压装配玻璃。
用于层压装配玻璃的包括集成电路的RFID技术的主要缺点在于，与条形码识别相比集成电路的成本较高。
另一缺点是集成电路与装配玻璃制造行业工艺的适用性，因为这些工艺实施高压和高温，而这对集成电路是有害的。
为了解决这个问题，现有技术提出了无芯片RFID技术，如题为“La RFID sanspuce（无芯片RFID）”的作品（ISTE版本，2009，E.Perret等人（ISBN:978-1-78405-191-4））中描述的。
在各种无芯片RFID技术中有SAW RF标签，其为英语“Surface Acoustic WaveRadio Frequencies”的缩写，法语是“radio-fréquences par ondes acoustiques desurface”，意为表面声波射频。
这些标签实施由UHF读取器发射的高斯脉冲，即电磁波，由标签借助于叉指换能器将其转换为表面声波。表面声波传播穿过压电基材并被多个反射器反射，从而获得标签的编码识别号并产生具有相移的一串脉冲。然后将该串脉冲发回UHF读取器，在UHF读取器中解码识别号，就如包括集成电路的RFID标签一样。
最后，文献BR MU 8502935公开了实施SAW RF技术的标签，其使得能够识别机动车辆。该标签采用粘在装配玻璃上并与偶极天线耦合的柔性基材的形式。
现有技术的主要缺点是标签只是简单地粘在装配玻璃上。该解决方案存在可靠性问题，因为标签会随着时间的推移而老化，因此有剥落的趋势，特别是由于湿度或光照。也可以很容易地从标签贴于其上的装配玻璃取下标签。这样就无法识别粘有标签的装配玻璃了。
因此，本发明的目的是通过提出一种易于生产的装配玻璃来缓解现有技术的缺点，该装配玻璃使得能够借助于装配玻璃的识别号可靠地识别包括该装配玻璃的机动车辆，并且这贯穿机动车辆的整个寿命。
发明内容
为此，本发明于是在其最广泛的接受范围内涉及一种装配玻璃，其包括具有唯一识别号的玻璃元件，特别是单片或复合玻璃元件，所述玻璃元件包括通信装置，通信装置被配置成通过射频和表面声波来操作，通信装置包括天线、叉指换能器和包括反射器的表面声波反射装置，所述通信装置旨在将所述装配玻璃的唯一识别号传送到被配置成在特高频带中操作的远程读取装置，所述装配玻璃的特征在于，所述叉指换能器和所述表面声波反射装置设置在压电基材层上，压电基材层本身设置在所述玻璃元件上。
有利地，设置在玻璃元件上的通信装置不包括集成电路，由此使得能够实现所述装配玻璃的行业生产。
因此，这样的装配玻璃的生产成本更低。
本发明的优点还在于提出了结合有识别号的装配玻璃，该识别号难以去除（尤其是与粘贴的标签相比），从而提供了持久的解决方案。
有利地，压电基材层包括压电层和传导层，所述传导层介于压电层和所述玻璃元件之间。
有利地，所述天线设置在所述玻璃元件上。
以这种方式，通信装置的天线与玻璃元件是一体的，因此不易碎。作为变型，天线设置在所述压电基材层上。
这种替代方案是有利的，因为它简化了装配玻璃的生产。叉指换能器、表面声波反射装置和天线在同一步骤中形成。
优选地，所述表面声波反射装置至少包括第一反射器、第二反射器、第三反射器和第四反射器，以便在至少16位上编码所述唯一识别号。
16位编码使得能够生成216即65536个识别号。如果需要更多数量的识别号，则只需增加生成2n个识别号所需的反射器数量n即可。SAW RFID技术使得能够编码多达256位，从而允许生成大量识别号。
根据优选实施例，所述反射器每个都具有基本上线形的形状。
因此减小了该装置的所占面积，并且具有不妨碍机动车辆驾驶员的优点。
优选地，所述天线是平面的。
平面天线使得能够在增大天线增益的同时占据不那么大的面积。
优选地，所述平面天线至少包括上层、中间层和下层，所述上层还包括导电结构，并且所述下层包括接地平面。
通信装置的小型化使得能够将其安置在装配玻璃的角落之一中。这样不会降低机动车辆驾驶员的可见性。
优选地，天线是偶极的。
有利地，所述压电基材层包括以下材料之一：(Pb,La)(Zr,Ti)O3、Pb(Mg,Nb)TiO3-PbTiO3、BiFeO3、(Ba,Ca)(Ti,Zr)O3、AlN、掺有Sc的AlN、ZnO、LiNbO3。
优选地，所述压电基材层由氮化铝（AlN）制成。
有利地，所述通信装置被配置成在800MHz至3000MHz之间的频率范围上操作，并且优选地在2.45GHz频率附近操作。
优选地，所述表面声波反射装置、叉指换能器和天线的材料为氧化铟锡（ITO）或钼（Mo）或含银（Ag）材料或导电油墨。
优选地，所述压电基材层是透明的。这样，该基材不会妨碍机动车辆的驾驶员，并且改善了可见性。
优选地，压电基材层的传导层包括钼（Mo），优选地，设置在所述玻璃元件和所述压电层之间的传导层是透明的。
优选地，所述压电基材层包括以下材料之一：(Pb,La)(Zr,Ti)O3、Pb(Mg,Nb)TiO3-PbTiO3、BiFeO3、(Ba,Ca)(Ti,Zr)O3、AlN、掺有Sc的AlN、ZnO、LiNbO3，优选为氮化铝（AlN）。
本发明还涉及一种装配玻璃，其旨在结合到机动车辆中，特别是用于形成所述机动车辆的挡风玻璃或侧玻璃。
在侧玻璃的情况下，玻璃例如是层压侧玻璃，特别是在组装所述层压玻璃的玻璃片材的中间层中具有或不具有声学聚乙烯醇缩丁醛（PVB）片材。
优选地，压电层具有1μm至5μm之间、优选地约2μm的厚度，并且传导层具有10nm至200nm之间、优选地约100nm的厚度。
附图说明
接下来将参考附图以非限制性示例的名义描述本发明的实施例，其中：
图1示意性地示出了根据本发明实施例的通信装置。
图2示出了包括图1中示意性地示出的通信装置的装配玻璃，如机动车辆的挡风玻璃。
图3是沿图1所示的截面C-C（与反射器之一正交）的截面图，其示出了玻璃元件的一部分，在该部分上设置有传导层，然后是压电层，它们一起形成压电基材层，所述层的表示不成比例也没有按照标度。
具体实施方式
各图中相同的附图标记代表相似或相同的元件。
参考图1，示意性地示出了根据本发明实施例的通信装置3。
通信装置3包括无线电识别系统，也称为缩写RFID或英语“Radio FrequencyIdentification”（射频识别），以识别如图2所示的装配玻璃1。装配玻璃1具有例如由结合到装配玻璃的生产过程中的计算机系统预先分配的唯一识别号。
在所呈现的实施例中，装配玻璃1是包括玻璃元件2的机动车辆挡风玻璃。然而，车辆挡风玻璃只是这里给出的一个示例，而不是限制性的。
装配玻璃1的玻璃元件2可以是单片的，即由单片材料制成，或复合的，即由多片材料制成，在层压装配玻璃的情况下其间插入至少一个粘合材料层。该一片（或多片）材料可以是矿物的，特别是玻璃的，或有机的，特别是塑料材料的。
本发明也可以实施在其他类型的装配玻璃上，如侧装配玻璃或后装配玻璃或形成机动车辆顶部的全部或部分的装配玻璃。
通信装置3包括偶极天线6，英语称为“dipole antenna”。图1中示出了具有第一金属股线6a和第二金属股线6b的偶极天线6。
在本发明的另一实施例中，通信装置3具有平面天线，有时也称为面天线，以代替偶极天线6。在英语中，平面天线称为“patch antenna”，贴片天线。
偶极天线6被配置成在特高频带中操作，也称为缩写UHF或英语为“Ultra HighFrequencies”。
这样，偶极天线6能够在300MHz和3000MHz之间、优选800MHz和3000MHz之间的射频范围内、或甚至在绕2.45GHz频率为中心的无线电频谱带中操作。
通信装置3使得能够通过射频进行通信，因此不需要电线来收发信息。通信装置3还包括无集成电路的RFID系统，也可称为“无芯片”的RFID系统，其实施基于表面声波的技术。
这种技术也称为缩写SAW或英语为“Surface Acoustic Wave”。SAW技术使用由UHFRFID读取器发射的高斯脉冲，借助于结合到通信装置3的叉指换能器7将其转换成表面声波。
叉指换能器7与偶极天线6相连。叉指换能器7也称为IDT，英语“InterditalTransducer”的缩写，是包括两排梳状金属电极的装置，这两排电极以拉链的方式交织在一起。
叉指换能器7的功能是将来自UHF RFID读取器的电磁波转换成产生周期性分布的机械应力的表面声波。相反，叉指换能器7将产生机械应力的表面声波转换成电磁波，借助于偶极天线6发送给UHF RFID读取器。
因此，电磁波由偶极天线6捕获，然后传播穿过施加在玻璃元件2上的压电基材层4，压电基材层4被布置成将UHF RFID读取器发射的电磁波变换成表面声波。电磁波借助于表面声波反射装置5反射，从而使得能够编码特定于装配玻璃1的识别信息。
这样，表面声波反射装置5产生具有相位偏移的一串脉冲。该串脉冲随后由UHF读取器转换，在UHF读取器中解码识别符。
在特定实施例中，表面声波反射装置5包括七十五个位置，从它们之中选择第一反射器5a、第二反射器5b、第三反射器5c和第四反射器5d以在16位上编码识别信息并为装配玻璃1分配唯一识别号。
第一、第二、第三和第四反射器5a、5b、5c、5d向偶极天线6的方向产生反射。这些反射被转换成电磁波并发送给UHF RFID读取器。
在图1所示的本发明的特定实施例中，第一、第二、第三和第四反射器5a、5b、5c、5d每个都具有基本上线形的形状并且相对于彼此平行地设置。反射器5a、5b、5c、5d基本上具有相同的长度并且相对于偶极天线6和叉指换能器7基本平行地设置。包括四个反射器5a、5b、5c、5d的表面声波反射装置5使得能够在16位上编码唯一识别号。
在本发明的优选实施例中，反射器被配置成与EPC标准兼容，EPC为英语“Electronic Product Code（电子产品代码）”的缩写，并且更特别地与根据EPCGlobal,Inc的“备选类别1”规范的标签兼容。
在本发明的特定实施例中，压电基材层4直接施加到复合玻璃元件2的一个面上。
有利地，压电基材层4包括压电层4a和传导层4b，传导层4b优选地由钼（Mo）制成，夹在玻璃元件2的该面与所述压电层4a之间。
优选地，压电层4a由氮化铝（AlN）制成，所述压电层4a是具有例如约2μm厚度的薄层。
优选地，由钼（Mo）制成的传导层4b具有100nm的厚度。
优选地，压电基材层4是透明的。作为变型，压电基材层4是浑浊的，或甚至不透明的。
术语“透明”定义了：对于人眼可见的波长，来自由离散和/或连续线组成的光谱的总透射率（直接和漫射）大于1%，优选大于40%。这些可见波长介于350和800nm之间。
压电基材层4包括能够将机械运动（例如振动）转变成电信号并且反之亦然的压电材料。这样，压电基材层4使得能够不妨碍穿过玻璃元件2的视野或光透射，并且可以设置在玻璃元件2上的任何地方。
在备选实施例中，透明压电基材层4沉积在透明玻璃基材上。首先在透明玻璃基材上沉积透明传导层，然后沉积透明压电基材层4。透明传导层可以通过溶胶-凝胶、ALD、CVD、磁控溅射或PECVD来沉积。
透明传导层例如由SiO2、TiO2、SiN、AlN、HfO2、Al2O3、Y2O3、SiON、ZrO2、Ta2O5、SnO2或SnZnOx制成。透明玻璃基材由有机玻璃或无机玻璃制成。
透明玻璃基材的厚度在10μm至10mm之间，对于有机玻璃优选在10μm至500μm之间，并且对于无机玻璃优选在500μm至5mm之间或甚至1mm至3mm之间。
在一个实施例中，装配玻璃1是机动车辆挡风玻璃，压电基材层4设置在其角落之一中。压电基材层4优选地由锆钛酸铅（如掺有镧的锆钛酸铅(Pb,La) (Zr,Ti)O3）、或Pb(Mg,Nb)TiO3-PbTiO3、或BiFeO3、或(Ba,Ca)(Ti,Zr)O3、或氮化铝（AlN）、或掺有钪的氮化铝（掺有Sc的AlN）、或氧化锌、或铌酸锂（LiNbO3）制成。
压电基材层4优选地是厚度在1nm至10μm之间、优选0.5至5μm之间的薄层。
表面声波反射装置5、叉指换能器7和偶极天线6优选地直接沉积在压电基材层4上并且由传导油墨层、氧化铟锡（ITO）层或任何透明或浑浊的传导层制成。这些层的厚度在1nm至10μm之间。
在本发明的特定实施例中，表面声波反射装置5、叉指换能器7和偶极天线6由相同材料制成，例如氧化铟锡（ITO）。
作为变型，表面声波反射装置5由传导油墨层制成，而叉指换能器7和偶极天线6各自由氧化铟锡层制成。
在本发明的另一实施例中，通信装置3包括平面天线而不是偶极天线以减小其所占面积。
实施平面天线还具有改进增益、即其无源应用能力的优点。
平面天线包括至少具有上层、中间层和下层的基材。上层具有顶面和底面，并且下层也具有顶面和底面。
上层的顶面包括称为“贴片”的导电结构，并且下层的底面包括接地平面，英语称为“ground plane（地线层）”。
在优选实施例中，平面天线被小型化。
在备选实施例中，天线6直接沉积在玻璃基材上或玻璃元件2上，即特别是在压电基材层4外部。
天线6被配置成在有利地绕2.45GHz为中心的频带中操作，并且虑及了层压装配玻璃和压电基材层4的介电常数。
Claims (15)
1.装配玻璃（1），其包括具有唯一识别号的玻璃元件（2），特别是单片或复合玻璃元件（2），所述玻璃元件（2）包括通信装置（3），通信装置（3）被配置成通过射频和表面声波来操作，通信装置（3）包括天线（6）、叉指换能器（7）和包括反射器（5a、5b、5c、5d）的表面声波反射装置（5），所述通信装置（3）旨在将所述装配玻璃（1）的唯一识别号传送到被配置成在特高频带中操作的远程读取装置，所述装配玻璃（1）的特征在于，所述叉指换能器（7）和所述表面声波反射装置（5）设置在压电基材层（4、4a、4b）上，压电基材层（4、4a、4b）本身设置在所述玻璃元件（2）上。
2.根据权利要求1所述的装配玻璃（1），其特征在于，压电基材层（4）包括压电层（4a）和传导层（4b），所述传导层（4b）介于压电层（4a）和所述玻璃元件（2）之间。
3.根据权利要求1或2所述的装配玻璃（1），其特征在于，所述天线（6）设置在所述玻璃元件（2）上。
4.根据权利要求1至3中的任一项所述的装配玻璃（1），其特征在于，所述表面声波反射装置（5）至少包括第一反射器（5a）、第二反射器（5b）、第三反射器（5c）和第四反射器（5d），以便在至少16位上编码所述唯一识别号。
5.根据权利要求1或4中的任一项所述的装配玻璃（1），其特征在于，所述反射器（5a、5b、5c、5d）每个都具有基本上线形的形状。
6.根据权利要求1至5中的任一项所述的装配玻璃（1），其特征在于，所述天线（6）是平面的。
7.根据权利要求6所述的装配玻璃（1），其特征在于，所述平面天线（6）至少包括上层、中间层和下层，所述上层还包括导电结构，并且所述下层包括接地平面。
8.根据权利要求1至5中的任一项所述的装配玻璃（1），其特征在于，天线（6）是偶极的。
9.根据权利要求1至8中的任一项所述的装配玻璃（1），其特征在于，所述压电基材层（4、4a）包括以下材料之一：(Pb,La)(Zr,Ti)O3、Pb(Mg,Nb)TiO3-PbTiO3、BiFeO3、(Ba,Ca)(Ti,Zr)O3、AlN、掺有Sc的AlN、ZnO、LiNbO3，优选地由氮化铝（AlN）制成。
10.根据权利要求2至9中的任一项所述的装配玻璃（1），其特征在于，压电基材层（4）的传导层（4b）包括钼（Mo），优选地，设置在所述玻璃元件和所述压电基材层之间的所述传导层（4b）是透明的。
11.根据前述权利要求中的任一项所述的装配玻璃（1），其特征在于，所述通信装置（3）被配置成在800MHz至3000MHz之间的频率范围上操作，并且优选地在2.45GHz频率附近操作。
12.根据前述权利要求中的任一项所述的装配玻璃（1），其特征在于，所述表面声波反射装置（5）、叉指换能器（7）和天线（6）的材料为氧化铟锡（ITO）或钼（Mo）或含银（Ag）材料或导电油墨。
13.根据前述权利要求中的任一项所述的装配玻璃（1），其特征在于，所述压电基材层（4）是透明的。
14.根据前述权利要求中的任一项所述的装配玻璃（1），其特征在于，压电层（4a）具有1μm至5μm之间、优选地约2μm的厚度，并且传导层（4b）具有10nm至200nm之间、优选地约100nm的厚度。
15.根据前述权利要求中的任一项所述的装配玻璃（1），其特征在于，其旨在结合到机动车辆中，特别是用于形成所述机动车辆的挡风玻璃或侧玻璃。
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