CN1163016A - 天线 - Google Patents

Abstract

一种天线，特别是在车辆中用于接收VHF无线电信号。该天线由一个导体阵列组成，它还可以构成一种车窗加热装置，该阵列具有一个接收区，借助于谐振的隔离区可与其环绕体相隔离。这些隔离区是借助于互连相邻的加热单元而形成的，其间距为待接收信号的波长的0.25λ(或其倍数)，而对车辆结构的连接呈现真实的或虚拟的低阻抗。

Description

天线

本发明涉及天线。本发明所涉及的天线最典型是应用在车辆中，可以用于76～110MHz频率范围内的VHF无线电接收。本发明的天线也可以用于其它环境和其它频率范围(VHF或其它)，并且不限制于与声频广播中一起应用。

由金属车厢构成的发动机式车辆其内部在很大程度上屏蔽外来的无线电信号。因此，必需为车辆内工作的无线电接收机提供天线。

发动机式车辆所使用的天线传统上由金属桅杆或金属杆组成，应用时将它从车体伸出去。虽然这种天线的缺点长期以来已被确认，但这种技术多年来仍被采用，借此，可使天线利用导电单元来形成在车辆的车窗玻璃(例如加热的后窗玻璃所使用的车窗玻璃)上。这样的天线从广义上说可称为“窗式安装天线”。

窗式安装天线未被广泛应用的一个原因是其造价比等效的金属桅杆或杆状天线贵些。这不是由于提供专用车窗玻璃的成本造成的，这个成本是可以忽略的；而是由于所需的接口电路的成本造成的。具体地说，接口电路包含有源部件，用以将所接收的信号放大到适合于馈送至无线电接收机的电平上。

窗式安装天线(它们按照常规包含有源部件)的一个附加缺点是这种天线的输出的信噪比不像传统的桅杆式天线那样好。

为了改善窗式安装天线的性能业已作了各种尝试。这些尝试包括在接口电路方面的变动，改变导电单元的图案，提供专用于无线电接收的单独的导电单元(它们不起对该窗加热的作用)。然而，这些尝试并未克服上述缺点。

本发明的主要目标是提供一种窗式安装天线，它特别地但不唯一地在汽车中用于VHF接收，且具有较低的成本和迄今可达的较好功能。

在达成本发明时，申请人承认：“窗式安装天线由于安装在车体的导电外层环绕体内，该环绕体对无线电频率具有不可控性能，因而是不利的”的观点已被接受。车辆的后窗玻璃具有与接地平板中的一个隙缝相似的特性，但其谐振特性是不可控的，并且只与待接收信号的频率相符时才相对应。为了改善从不利地配置的天线上得到的信号，先前业已作了一些尝试，但这只能使固有缺陷在症状上显得缓和些，而尚未尝试消除这些缺陷。

按照本发明，现提供一种天线，它含有一个导电单元阵列，且设置在车窗玻璃上，其特征在于，导电单元被排列得合适于与围绕车窗玻璃的材料相配合，以使该天线有益于与预定的待接收的无线电信号相匹配。

申请人借助于实现了须将天线与其紧邻的车体外层环绕体结合考虑成为一个系统，现已能够提供一种始终产生高质量信号的天线。具体地说，在金属车辆的情况下，天线与车体外层环绕体之间的相互配合是特别重要的。在许多实施例中，信号可以具有足够的幅度，无需放大就可供无线电接收机应用。

导电单元最好配置得可在导电单元阵列中产生一个接收区，至少部分地补偿车辆导电材料中抵消影像电流的效应。按照这种方式，接收区可以按照提供高质量接收信号的要求来构形。在这个实施例中，可以便利地连接于该接收区内的一个或多个导电单元，输出信号是从该连接得到的。

在上段所述的实施例中，接收区可以限定在一对定界的导电通路之间，每个定界的导电通路都是一个导电环路的一部分，该导电环路被调谐以在所需接收频率范围内的一个频率上谐振。每个这样的环路有益于在所需接收频率范围内的一个频率上具有对低阻抗的外部连接(例如，连接到车体外层上)。外部连接可包含例如一个串联谐振电路或开路(1＋2nλ)/4传输线，以在工作频率上实现短路。一种可替代的方案是，可以应用nλ/2的短路电路。这种传输线的优点是，它们可在该车窗玻璃上形成一个导电通路。在任何情况下，该连接都有利于对低频和对直流呈现高阻抗。

如上所定义的每个定界导电通路，最好是通过多个导电通路连接到各自对车体的连接上，这多个通路的每个的长度约为待接收信号波长的四分之一，并分布在车窗玻璃内。这多个通路易于基本上相互平行，而定界导电通路包含互连多个通路中的一些相邻通路的多个互连单元。

这多个通路典型地是用车窗玻璃的加热单元形成的。在这样的实施例中，定界导电通路便于含有互连相邻加热单元的多个导电单元。在这样的实施例中，互连单元有利地配置，以使它们互连点的电位基本上等于加热电源的电位。按照这种方式，基本上无加热电流流过它们，因而允许它们用很细的导体构成。

在本发明的天线中，所有导电通路都是在车窗玻璃上利用印制或淀积技术而形成的。

根据本发明的第二方面，本发明提供了一种用于车辆的车窗玻璃，它含有一个导电单元阵列。该阵列被配置得可构成一个用于该车窗玻璃的加热器和一个用以接收所需频率范围内无线电信号的天线。该阵列含有多个平行的加热单元，它们在一对母线条之间延伸，和多个互连单元，在相邻的加热单元之间延伸，而互连单元被配置得相对于一个母线条上的连接点而言，是处于所需频率范围内信号的相同电位上。

这样的车窗玻璃可以在发动机式车辆制造期间装配好，以对车辆提供一个接收无线电广播的天线。

在一种体现本发明的车窗玻璃中，从一个连接点沿着由母线条和加热单元所限定的导电通路到每个互连单元的距离，通常可以约是车窗玻璃内所传播的所需频率信号波长的四分之一，尽管其它的距离也可应用，并在设计中可被补偿。请记住，这种信号是以基本上小于其在自由空间内的传播速度例如自由空间传播速度的60％的速度传播的。

该导体阵列通常包括一个输出导电单元，连接到一个或多个加热单元的大致中央部分，或包括两个或多个输出单元，随后将其电气组合起来，它们可以对称地布置在后窗玻璃上；一个终端，可连接到输出导电单元或已组合的导电单元上，可视具体情况而定，来自该终端的信号馈送给无线电接收机。此外，该阵列还可包括一个导电条，该导电条延伸形成了与车窗玻璃的一个或多个边相邻的每个连接点，用以作为一个传输线。尚且，还可以有另一个导电单元，以构成一个电容耦合元件，它通常含有一个T形或L形单元，与一个加热单元连接，该T形或L形单元的横条部分配置得与一个车窗玻璃边相邻。

一种体现本  发明这方面的车窗玻璃可含有一个导电条，用以构成一个相位调节部件，在工作中将净信号电流集中在后窗玻璃中央。

车窗玻璃的母线条如上所定义的，可有利于被调谐，以在所需频率范围内发生谐振。

根据本发明的第三方面，本发明提供一种车辆，该车辆安装了按照本发明第二方面的车窗玻璃，用以作为无线电设备的天线。

根据本发明的第四方面，本发明提供一种车辆，该车辆已在窗孔中安装了根据本发明的第二方面车窗玻璃，并具有一个电容耦合元件，在工作中使窗孔耦连到车体上，该耦合元件被调谐而谐振，以产生该天线的有益的工作带宽，并将该耦合足够紧密地集中在该窗孔上，以修正该窗孔的本波谐振特性并使窗孔在所需频率上谐振。

现在以举例的方式参考如下附图详细地描述本发明的实施例。

图1示出一种用于汽车的后窗玻璃加热器，它含有一个体现本发明的天线；

图2和图3分别示出在本发明实施例中对于接地点的低阻抗连接的第一和第二种替代性的配置；

图4示出本发明的第二实施例的车辆后窗玻璃；

图5是示出图4所示天线的性能的天线史密斯圆图。

参看图1，图中示出本发明的实施例，它含有一个用于汽车的后窗玻璃1(在本技术领域中称为“带有加热器的后窗玻璃”)，按照常规构成后窗玻璃加热器的方式在其上形成一个导电单元阵列。

该阵列包含一对母线条10，通常是相互平行且有间隔地配置在后窗玻璃1的相邻且相对的边上。两个母线条10利用多个加热单元14互连，这些加热单元14通常是平行的，以规则的间隔与母线条10相接通。从车辆电气系统得到的直流电压在用户的控制下有选择性地施加在母线条10的两端上，这使加热电流在加热单元14中流动，其作用是为后窗玻璃1除霜或除湿。至此叙述了该阵列构成了一种常规的可加热的后窗玻璃的配置。

按照本发明，这种结构也可作为一个天线来工作，用以接收在所需频率范围内的无线电发射，本实施例的频率范围是67～110MHz VHF范围。

每个母线条10在各自的点A处由一条通路连接到车体上，该通路在所需频率范围内对信号呈现为低阻抗。就该实施例而言，这个对车体18的连接是由串联谐振电路16执行的，后者包含串联连接的电容和电感。该串联谐振电路被调谐，以在所需频率范围内振荡，即该串联谐振电路16针对上述频率的信号对车体呈现一个低阻抗通路，而对于直流信号呈现有效开路状态。

一系列互连导电单元20被设置，用以互连相邻的加热单元14。互连单元20配置得可使它们互连加热单元14上的各点，它们是从母线条10的点A沿导电通路所跟踪的距离，典型值为0.25λ。在工作频率上的低阻抗连接实施在窗孔周边时，该连接典型地是向加热器提供直流电源的供电点，并对称地到达车辆接地体的直流通路连接点。如本文所用的，λ是在车窗玻璃中传播的、接收的信号的波长。(请记住，无线电信号在车窗玻璃中传播的速度是自由空间的0.6倍，因而它们的波长缩短了)。于是，如图1所示，该互连单元20配置在两条轨迹上，每条轨迹以各自的点A为其中心。

互连单元20在横向上配置到加热单元14上，以使互连点基本上等于由加热电流产生的直流电位。按照这种方式，基本上无电流流过它们，于是，使它们对该阵列的加热作用的干扰减到最小程度，还允许它们的厚度(和它们对视觉的干扰)减到最小程度。

每点A与各自的多个互连单元20有关。这将整个阵列分割成为三个区，其中的中央区22构成一个接收所需频率信号的接收区。从每点A经过互连单元所提供的闭合环路是一个半波谐振结构。业已发现，外区24的结构用于使接收区22与车辆外层环绕体的作用隔离开，允许接收区22基本上作为一个隙缝天线来工作。

一个输出导电单元26连接到最下两个加热单元14的中心点。该输出导电单元26连接到一个合适的端子上，这时的连接成为对同轴馈线28的连接，用以将接收的无线电信号传送到无线电接收机。

参看图2，图中示出上述的串联谐振电路的第一种替代性配置，其优点是无需分立元件。在这种配置中，一个导电条是连接到车体30上，将它设置成围绕后窗玻璃。由一个谐振导电单元构成一个串联谐振电路，形成为该导体阵列的一部分，在点A处连接到母线条上。该谐振条包含第一区32和第二T形容性区34。第一区32是回旋的，以形成一个电感，第二T形容性区34平放邻近接地条30，两者之间呈容性耦合。

在这个实施例中，接地条30严格地说是不必需的，可代之以与车体直接容性耦合。但是现已发现这是难以控制的，尤其是利用粘结剂使后窗玻璃固定到该车辆上时，在容性区34与车体之间有粘结剂的存在，明显地增加了该电容的电阻性损耗。

图3示出图1所示的串联谐电路的另一种替代性的配置，它比上段所描述的实施例在空间利用率上可能更有效。在这个实施例中，提供了一个导电单元40，连接到接地点A，它构成一条传输线。它被配置得可延伸为0.25λ或0.25(1＋2n)λ的长度，其中n为正整数；如上所述，它与车体或周边条30相邻。这种配置构成一个已调谐的短线，它对于与之调谐的那些信号来说有效地呈现短路。

参看图4，图中示出可使体现本发明的天线的性能最佳化的各种增强措施。例如，希望天线的输出尽可能地与无线电接收机的输入阻抗(典型值为120Ω)相匹配。

首先，希望调谐母线条10以在靠近所需频率范围的中心振荡。这是使母线条10延伸如图中标号50所示的那样来实现的。

进一步增强最佳化还可借助于提供容性耦合单元例如图中标号52处所示的那样，将接收区22耦合到其周围。此外，可以提供如图中标号54所示的单元，来调节接收区内信号的相位，以减小因电流环行引起的损耗，这发生在由输出单元26所互连的较下的加热单元之中。

图5示出史密斯圆图，表明由本实施例可达到的高标准的性能，标称化到120Ω。

可以理解，如后附的权利要求书中所规定的本发明的范畴内，可能有许多的变型。例如，信号从接收区22借助一个或多个附加的连接来或借助感性耦合或容性耦合。在真正的正交谐振方式下，分集接收利用本发明的实施例是能够实现的。

还可以理解，该车窗孔耦合电路与母线条10相连接的物理点可不与点A重合。利用合适的网络，这可从点A移开，而在这点上在车窗孔的边上仍保持低阻抗耦合，该耦合是在该连接点处所呈现的复数阻抗的影像。

Claims (37)

1.一种天线，包括一个设置在车窗玻璃上的导电单元阵列，其特征在于，该导电单元排列得适合于与车窗玻璃周围包绕的材料相互配合，以使天线有益于与预定的待接收的无线电信号相匹配。

2.根据权利要求1所述的天线，其特征在于，适应于接收VHF无线电信号。

3.根据权利要求1或2所述的天线，其特征在于，所述的匹配在待接收的频率带宽内有效。

4.根据前面任一项权利要求所述的天线，其特征在于，所述的导电单元产生具有足够电平的输出信号，无需进一步放大就可提供给无线电接收机。

5.根据前面任一项权利要求所述的天线，其特征在于，所述的导电单元配置得可使所述的导电单元阵列的接收区被隔离，以减轻所述的导电单元所配置的窗孔的周边中流动的电流的抵消效应。

6.根据权利要求5所述的天线，其特征在于，对接收区内的可得到输出信号的一个导电单元进行连接。

7.根据权利要求5或6所述的天线，其特征在于，该接收区限定在一对定界的导电通路之间，每个定界导电通路是调谐的环路的一部分，该环路在所需接收频率范围内的一个频率上谐振。

8.根据权利要求7所述的天线，其特征在于，每个环路具有一个对车窗孔的外部连接，它在所需接收频率范围内的一个频率上呈现低阻抗。

9.根据权利要求8所述的天线，其特征在于，对车体的每个连接包括一个串联谐振电路。

10.根据权利要求8所述的天线，其特征在于，对车体的每个连接包括一个开路或短路传输线，其造形可在待接收的信号频率上对该连接产生短路状态。

11.根据权利要求10所述的天线，其特征在于，该传输线含有一个配置在车窗玻璃上的导电通路，与车窗玻璃的边相邻或与安装在车窗玻璃上的一个导电条相邻。

12.根据权利要求8至11中任一项所述的天线，其特征在于，对车体的连接对低频信号具有高阻抗。

13.根据权利要求8至11中任一项所述的天线，其特征在于，每个定界导电通路通过多个导电通路连接到各自连接车体的连接点上，这多个导电通路的每个的长度约为在车窗玻璃内传播的、要接收信号的波长的四分之一，或是四分之一波长加整数倍的半波长。

14.根据权利要求8至13中任一项所述的天线，其特征在于，每个定界导电通路由多个导电通路连接到车体上，这多个导电通路的长度设定为从各自的低阻抗连接点上产生一个高阻抗轨迹的影像，等于四分之一波长。

15.根据权利要求8至14中任一项所述的天线，其特征在于，每个定界导电通路限定一条轨迹，它等于从车辆的加热后窗玻璃的各侧边上的低阻抗点的距离。

16.根据权利要求13至15中任一项所述的天线，其特征在于，多个导电通路基本上相互平行，定界导电通路含有多个互连单元，用以互连多个导电通路中相邻的一些导电通路。

17.根据权利要求13所述的天线，其特征在于，该多个导电通路是车窗玻璃的加热单元。

18.根据权利要求17所述的天线，其特征在于，该定界导电通路含多个导电单元，用以互连相邻的加热单元。

19.根据权利要求18所述的天线，其特征在于，该互连单元配置得可使它们互连那些基本上等于电加热源的电位的点。

20.根据前面的权利要求中任一项所述的天线，其特征在于，所有的导电通路是在车窗玻璃上利用印制或淀积技术而形成的。

21.根据前面的权利要求中任一项所述的天线，其特征在于，该车窗玻璃是安装在车体窗孔中的玻璃窗。

22.根据权利要求21所述的天线，其特征在于，该导电单元阵列含有调谐单元，它设置得可将该阵列和车体系统的谐振修整得适合于待接收的信号，以将该阵列容性链接到车体上。

23.一种用于车辆的车窗玻璃，其特征在于，包含一个导电单元阵列，被配置得可构成一个用于该车窗玻璃的加热器，和一个天线，用于接收所需频率范围内的无线电信号；该导电单元阵列含有：平行的且在一对母线条之间延伸的多个加热单元和在相邻的加热单元之间延伸的多个互连单元，这些互连单元配置得相对于一个母线条上的连接点而言，对于在所需频率范围内的信号是在相等的电位上。

24.根据权利要求23所述的车窗玻璃，其特征在于，沿着由母线条和加热单元所限定的导电通路、从一个连接点到每个互连单元的距离约为该车窗玻璃内所传播的所需频率信号的波长的四分之一，或为奇数倍。

25.根据权利要求23或24所述的车窗玻璃，其特征在于，该阵列含有：一个输出导电单元，连接到一个或多个加热单元的大致中央部分上；一个终端，连接到该输出导电单元，将信号馈送给无线电接收机。

26.根据权利要求23至25中任一项所述的车窗玻璃，其特征在于，该导电阵列含有一个导电条，其延伸以形成与车窗玻璃的一个或多个边沿相邻的每个连接点，可起传输线的作用。

27.根据权利要求23至26中任一项所述的车窗玻璃，其特征在于，还含有一个导电单元，用以构成一个容性耦合元件。

28.根据权利要求27所述的车窗玻璃，其特征在于，该容性耦合元件含有一个T形或L形单元，连接到一个加热单元上，该T形或L形的横条部分配置得与该车窗玻璃的一个边相邻。

29.根据权利要求23至28中任一项所述的车窗玻璃，其特征在于，含有一个导电条，可构成一个相位调节元件，在工作中可使后窗玻璃中央部分的信号电流最佳化，因而使车体材料中有害的影像电流的效应最小化。

30.根据权利要求23至29中任一项所述的车窗玻璃，其特征在于，母线条被调谐，以在所需频率范围内谐振。

31.根据权利要求23至30中任一项所述的车窗玻璃，其特征在于，每个母线条具有多个关联的互连单元。

32.一种如参照附图所示出的车窗玻璃。

33.一种车辆，含有根据权利要求23至32中任一项所述的车窗玻璃。

34.一种车辆，含有根据权利要求26或权利要求27所述的车窗玻璃，该车窗玻璃安装在一个车窗孔中，其中，该容性耦合元件工作时可将该车窗孔与车体相耦连，该耦合元件被调谐而谐振，以产生该天线工作上的有益带宽。

35.一种如参照附图所示出的天线。

36.一种天线，其特征在于，含有一个导体阵列，配置在一个导电车体中的车孔内，该阵列的第一区是一个接收区，它借助于一个或多个外围的隔离区与其环绕体相隔离，该外围的隔离区被调谐，以与该导电车体相配合，谐振并在该接收区与其环绕体之间提供一个高阻抗区。

37.一种天线，由导体构成，该导体与车辆的后窗玻璃的加热器有关，其特处在于，该天线与包绕的车体结构构成一个调谐系统，使该调谐系统最佳化，以与待接收的信号相匹配。

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