CN1183655A - 透明导电涂层构成的窗玻璃天线 - Google Patents

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Abstract

窗玻璃天线,在窗玻璃上用一层仅呈有限导电率的涂层构成一个表面电阻不容忽略的导电率有限的表面(4);用高导电率材料构成一个基本呈平面状的电极,用于与所述涂层进行高频连接,该电极至少在其边缘区域与导电率有限的表面(4)实现低损耗的高频连接;电极的构成方式是,与导电率有限的表面(4)连接的电极的边沿的长度尺寸的选取至少应使得由这个边缘区域内的有限导电率表面(4)产生的损耗足够小;高导电率电极(6)与天线连接点(8)有高频连接。

Description

透明导电涂层构成的窗玻璃天线
本发明涉及一种窗玻璃天线，其主要部件由涂敷在一扇窗玻璃区域内的透明、隔热并且导电的薄涂层构成。这样构成的导电表面固定在窗玻璃上。涂层或者直接涂敷在窗玻璃上或者嵌放在复合式窗玻璃的两块玻璃板之间。可采用薄膜作为嵌放在复合式窗玻璃的玻璃板之间的导电涂层的载体。为将这样的涂层作为天线的主要部件使用，应该采用表面电阻尽可能小的涂层。由非常薄的金属或金属氧化物涂层构成的导电表面的表面电阻愈低，它吸收可见光的作用也愈强。具有足够高透明度的导电涂层几乎不能实现低于5欧姆的表面电阻。将这个表面电阻与铜或银这样的高导电率材料进行比较，后者是在0.25毫欧姆范围内，比前者小许多个数量级。
这种形式的无线主要用在汽车上。在天线安装在汽车前窗玻璃上时下述要求是尤其必要的：透明度不得因导电涂层而有很大降低。由于这个原因应选用表面电阻不低于5欧姆的导电涂层。这种形式的天线主要用作长、中、短波、VHF和UHF频率范围内的广播接收天线。
以前在德国专利说明书DE 3721934A1等文献中描述了一种天线，它使用一个电阻较低的导电涂层。然而按照该已有技术构成的天线须采用高电阻导电涂层以增加透明度。但是这样设计的结果是天线损耗比较高和由此导致的较低的天线效率。在米波或分米波频率范围内导致的天线损耗尤为严重。
本发明的目的是尽可能地避免上述类型的天线因涂层表面导电率有限引起的效率降低。
上述目的是通过以下技术解决方案实现的。
在窗玻璃上用一层仅呈有限导电率的涂层构成一个表面电阻不容忽略的导电率有限的表面；用高导电率材料构成一个基本呈平面状的电极，用于与所述涂层进行高频连接，该电极至少在其边缘区域与导电率有限的表面实现低损耗的高频连接；电极的构成方式是，与导电率有限的表面连接的电极的边沿的长度尺寸的选取至少应使得由这个边缘区域内的有限导电率表面产生的损耗足够小；高导电率电极与天线连接点之间有高频连接。
电极设计成长条形，它至少在有限导电率表面的一部分边沿附近沿着边沿延伸；为了减小电极的损耗，电极长度选取得足够大。
为使电极的自感量足够小，电极宽度或电极长度和电极宽度都取得足够大；有限导电率表面与电极之间通过电镀实现接触连接。
有限导电率表面和电极涂敷在由塑料膜或玻璃构成的电介质层的两个不同的表面上；有限导电率表面和电极之间的高频连接由电容实现；为了得到足够的低阻电容连接，电极宽度选取得足够大。
有限导电率表面嵌放在一个复合式窗玻璃的两块玻璃之间；电极涂敷在复合式窗玻璃的两个玻璃外表面之一上；有限导电率表面的单位表面电阻在3欧姆至20欧姆之间；电极基本上平行于有限导电率表面的边沿；电极长度大于5cm；电极宽度在大约5至10mm之间选取。
有限导电率表面的单位表面电阻在3欧姆至20欧姆之间；有限导电率表面与电极一起嵌放在复合式窗玻璃的两块玻璃之间；电极基本上平行于有限导电率表面的边沿；电极向复合式窗玻璃外有一个连接点；与有限导电率表面的高频连接或者通过电镀实现接触连接，或者通过附加在复合式窗玻璃中的塑料薄膜实现电容连接。
窗玻璃天线安装在汽车车窗上，用于广播或电视信号的接收。
汽车具有导电的车身；有限导电率表面覆盖窗玻璃上全部透明区域并延伸到窗玻璃边缘的黑边内；长条形电极基本上平行于黑边的可见边沿并被黑边遮盖住；电极宽度选取得足够大；有限导电率表面的边沿与导电窗框之间的间隔距离选取得尽可能地大。
有限导电率表面的单位表面电阻在5欧姆至10欧姆之间；为了在FM广播频率范围内得到最小的损耗，电极长度在大约20cm至30cm之间选取。
尤其在有限导电率表面有高的表面电阻的情况下，为了得到最小的损耗，电极设计成围绕整个窗口的框。
为用同一个有限导电率表面构成若干个用于米波或分米波段的分集接收式天线，多个相互独立的电极分开安置在导电窗框附近；每个电极有一个天线连接点和一个处在导电窗框上并位于此连接点附近的接地点。
窗玻璃天线安装在汽车前窗上；为接收米波段的信号，在导电窗框的上边部分、下边部分和垂直边部分中分别构成分集式天线中的至少一个；与长条形电极连接的天线连接点的位置选择得使分集接收作用尽可能地大。
FM或TV分集接收天线的天线连接点中的一个用于耦合输出AM信号；为了避免连接电缆和接收机输入电路对AM信号的有害加载，在有限导电率表面和天线  连接点之间连接一个电容，其电抗在FM和TV频率范围内足够低，使AM广播频率范围内的总容性负载尽可能小。
在相对窄的频率范围(FM)内应用的情况下为减小所需电容，串联接入一个电感，用以部分地补偿电容的电抗。
在给定电极长度的情况下选取适当小的电极宽度。
电极采用印制方式安置在玻璃上。
电感或电极和电感都以印制方式安置在玻璃上。
有限导电率表面的单位表面电阻在3欧姆至20欧姆之间；它与一个附加电极一起嵌放在复合式窗玻璃的两块玻璃之间；附加电极基本上平行于有限导电率表面的边沿；附加电极与有限导电率表面的高频连接或者是通过电镀实现的接触连接，或者是通过夹在复合式窗玻璃中的一塑料薄膜实现的电容连接；附加电极至复合式窗玻璃外的高频电容连接是这样实现的：在对着附加电极的玻璃外表面上用一块与附加电极形状基本相同的导电表面构成电极，它与附加电极形成一个电容；电极与天线连接点相连接。
按照已有技术在天线中，与导电涂层的有限导电率表面的连接是点连接，如本说明书附图1C所示。由此，在这些点附近存在高密度的天线电流，这是有限导电率表面产生天线损耗的主要原因。本发明所述天线通过合理地设计连接电极避免了这一缺点，这个电极的构成见以上所述。
下面结合附图所示实施例对本发明加以详细说明，其中：
图1：
图1a为本发明所述的天线，它具有窗玻璃(1)上的有限导电率表面(4)和由高导电率材料构成的长条形电极，具有电极长度(5)和电极宽度(9)，以及天线连接点(8)和接地点(3)。
图1b示出本发明所述电极(6)的作用。图中所示分散的电流避免了有限导电率表面(4)上电流的集中。
图1c为已有技术中的具有点连接的有限导电率表面(4)。在连接点附近虚线区域内出现电流集中，它导致高损耗。
图2：
图2a为具有有限导电率表面(4)的复合式窗玻璃，它具有处在窗玻璃的一个外表面上、有电容连接的电极(6)和天线连接点(8)。
图2b为与图2a相同的电极(6)，但是它具有曲线形电感，用以在有限接收频率范围内部份地补偿电容的电抗。
图2c为与图2b相同的带电感的电容连接的电极，它具有可自由选择的天线连接点位置。
图3：
图3为汽车前窗玻璃上的天线，它具有长条形电极(6)，包括电极长度(5)和电极宽度(9)。
图4：
图4为汽车前窗玻璃上的天线，它的长条形电极围绕前窗玻璃的边沿一周布置。
图5：
图5为具有天线分集装置的广播接收天线，为接收FM广播，天线分集装置有四个相互独立的天线。图中虚线示出各个天线的主作用区。
与已有技术不同，在图1a中使用由高导电率材料构成且具有长边沿的电极(6)。沿着边沿形成了电极与有限导电率表面(4)的大量连接点，从而避免了电流集中。这可从图1b看出，图中所示的电流分布说明经过连接点流入电极(6)的总电流I几乎均匀地分散开来，从而避免了高密度电流进入有限导电率表面(4)。与此相反，图1c示出的点连接方式中在连接点处有高电流密度，这导致在连接点附近区域(虚线示出的区域)的高损耗。
实验证明：像图3所示的一个FM广播接收天线的结构中电极(6)的最佳长度(5)约为30cm。在电极(6)与有限导电率表面(4)通过电镀实现接触连接的情况下，电极(6)的宽度(9)可在一个宽范围内变化，它不应选取得太小，以便其自感量足够小。实验证明选取的电极宽度(9)约为5mm是合适的。在设计汽车天线时始终应考虑以下要求：出于美观的理由电极必需被窗玻璃边缘通常存在的黑边遮盖住。所以有限导电率表面应该这样构造：它覆盖窗玻璃全部透明区域，而边沿进入窗玻璃边缘的黑边内并在黑边内与电极连接。为了实现良好的天线功能，要求把有限导电率表面(4)和导电的窗框(2)之间的距离设计得尽可能地大。由于窗玻璃边缘的黑边的宽度有限，电极宽度(9)只能取必要的大小，以实现与有限导电率表面(4)的连接，而不应该更大，以保持与导电窗框(2)有尽可能大的距离。图3中所示天线同样可用作AM广播接收天线，只要有限导电率表面(4)与导电窗框(2)在任一点都没有低阻的接触连接或电容连接，这样，按照本发明，在一个相关联的有限导电率表面(4)上借助于电极(6)的连接也可以构成AM广播接收天线。同样，它也可用于接收电视广播信号。
本发明中一个特别优越的结构是将电极(6)设计成框形。这在采用低导电率的涂层作为有限导电率表面(4)的情况下可避免大的损耗。
导电率有限的涂层最好采用部分地相互去耦的分立式天线结构。图5所示的是相互独立的天线构造，图中虚线所示范围形象地指出了各个天线的主要作用区域。接收FM广播时电极(6)的长度约为30cm。分集作用是通过将各个电极(6)分开安排在导电窗框(2)附近实现的。此结构中在窗框的下边水平部分(2c)附近主要利用垂直的电场分量，在上边水平部分(2a)附近和在垂直部分(2b)附近的两个天线主要利用水平的电场分量，但它们有不同的方向性。利用图5所示天线系统可构成一个有效的分集接收装置。AM信号可从这些天线中的一个耦合出来。然而下述条件是必要的：通过分集装置接入的FM接收机对公共的有限导电率表面(4)引入的AM广播频率范围中的有效负载尽可能地小。这通过图5中安装的电容(10)实现，电容(10)的电容量必需选择得足够大，对高频信号提供足够小的电抗，另一方面电容(10)使得在AM广播频率范围内加于表面(4)的有效负载呈容性，它还减小了AM信号。在一个局部频率范围内(例如FM广播频率范围内)电容的电抗可以用一个串联连接的电感部分地补偿，从而可以使用较小的电容值。
在有限导电率表面(4)被嵌放在组合式窗玻璃的玻璃板之间的情况下与有限导电率表面(4)的电容连接可这样实现：在复合式窗玻璃的汽车内侧面印制出长条形电极(6)，它与有限导电率表面电容耦合，见图2所示。
用来部分地补偿电容(10)的容性电抗的电感最好印制在玻璃表面上。可像图2b所示那样位于电极(6)的一端，也可像图2c所示那样，电极在适当的连接位置处分开并按图示的方式制作电感。对权利要求18的补充说明书
图6：
图6为具有嵌入的有限导电率表面(4)和预制附加电极(6a)的复合式窗玻璃。其中：图6a中附加电极(6a)通过一薄塑料膜(11)实现电容连接；图6b中附加电极(6a)电镀在有限导电率表面(4)上，实现接触连接。在窗玻璃的一个外表面上对着附加电极(6a)的一个导电表面用来构成电极(6)，它由一个形状与附加电极(6a)基本相同的导电表面构成。
在图2所示电极(6)的结构中，复合式窗玻璃中的一块玻璃外表面上的电极(6)与有限导电率表面(4)之间的电容连接产生损耗。本发明中进一步改进的结构采用一个附加电极(6a)来进一步减小这种损耗。它添加到复合式窗玻璃中的一块玻璃的内表面与电极(6)相对的位置上，以形成一个电容。附加电极(6a)用与电极(6)的形状基本相同的导电表面构成是有好处的。在图6a中附加电极(6a)和有限导电率表面(4)之间存在一薄膜，这可能使附加电极(6a)与电极(6)之间的有效电容略微减小。所以，附加电极(6a)直接处在有限导电率表面(4)上的结构是特别优越的；如图6b所示，它们之间是通过电镀实现接触连接的。

Claims (18)

1.窗玻璃天线，其主要部件由涂敷在窗玻璃一个区域内的透明、隔热并且导电的薄涂层构成，并且这样构成的导电表面固定在窗玻璃上，本发明的特征是，在窗玻璃上用一层仅呈有限导电率的涂层构成一个表面电阻不容忽略的导电率有限的表面(4)；用高导电率材料构成一个基本呈平面状的电极，用于与所述涂层进行高频连接，该电极至少在其边缘区域与导电率有限的表面(4)实现低损耗的高频连接；电极的构成方式是，与导电率有限的表面(4)连接的电极的边沿的长度尺寸的选取至少应使得由这个边缘区域内的有限导电率表面(4)产生的损耗足够小；高导电率电极(6)与天线连接点(8)有高频连接。
2.如权利要求1所述的窗玻璃天线，其特征是，电极(6)设计成长条形，它至少在有限导电率表面(4)的一部分边沿附近沿着边沿延伸；为了减小电极(6)的损耗，电极长度(5)选取得足够大。
3.如权利要求2所述的窗玻璃天线，其特征是，为使电极(6)的自感量足够小，电极宽度(9)或电极长度(5)和电极宽度(9)都取得足够大；有限导电率表面(4)与电极(6)之间通过电镀实现接触连接。
4.如权利要求2所述的窗玻璃天线，其特征是，有限导电率表面(4)和电极(6)涂敷在由塑料膜或玻璃构成的电介质层的两个不同的表面上；有限导电率表面(4)和电极(6)之间的高频连接由电容实现；为了得到足够的低阻电容连接，电极宽度(9)选取得足够大。
5.如权利要求4所述的窗玻璃天线，其特征是，有限导电率表面(4)嵌放在一个复合式窗玻璃的两块玻璃之间；电极(6)涂敷在复合式窗玻璃的两个玻璃外表面之一上；有限导电率表面(4)的单位表面电阻在3欧姆至20欧姆之间；电极(6)基本上平行于有限导电率表面(4)的边沿；电极长度(5)大于5cm；电极宽度(9)在大约5至10mm之间选取。
6.如权利要求1至4中任何一项所述的窗玻璃天线，其特征是，有限导电率表面(4)的单位表面电阻在3欧姆至20欧姆之间；有限导电率表面(4)与电极(6)一起嵌放在复合式窗玻璃的两块玻璃之间；电极(6)基本上平行于有限导电率表面(4)的边沿；电极(6)向复合式窗玻璃外有一个连接点；与有限导电率表面(4)的高频连接或者通过电镀实现接触连接，或者通过附加在复合式窗玻璃中的塑料薄膜实现电容连接。
7.如权利要求1至6中任何一项所述的窗玻璃天线，其特征是，窗玻璃天线安装在汽车车窗上，用于广播或电视信号的接收。
8.如权利要求7所述的窗玻璃天线，其特征是，汽车具有导电的车身；有限导电率表面(4)覆盖窗玻璃上全部透明区域并延伸到窗玻璃边缘的黑边内；长条形电极(6)基本上平行于黑边的可见边沿并被黑边遮盖住；电极宽度(9)选取得足够大；有限导电率表面(4)的边沿与导电窗框(2)之间的间隔距离选取得尽可能地大。
9.如权利要求8所述的窗玻璃天线，其特征是，有限导电率表面(4)的单位表面电阻在5欧姆至10欧姆之间；为了在FM广播频率范围内得到最小的损耗，电极长度(5)在大约20cm至30cm之间选取。
10.如权利要求8所述的窗玻璃天线，其特征是，尤其在有限导电率表面(4)有高的表面电阻的情况下，为了得到最小的损耗，电极(6)设计成围绕整个窗口的框。
11.如权利要求9所述的窗玻璃天线，其特征是，为用同一个有限导电率表面(4)构成若干个用于米波或分米波段的分集接收天线，多个相互独立的电极(6)分开安置在导电窗框(2)附近；每个电极(6)有一个天线连接点(8)和一个处在导电窗框(2)上并位于此连接点附近的接地点(3)。(图5)
12.如权利要求11所述的窗玻璃天线，其特征是，窗玻璃天线安装在汽车前窗上；为接收米波段的信号，在导电窗框(2)的上边部分(2a)、下边部分(2c)和垂直边部分(2b)中分别构成分集式天线中的至少一个；与长条形电极(6)连接的天线连接点(8)的位置选择得使分集接收作用尽可能地大。
13.如权利要求11或12所述的窗玻璃天线，其特征是，FM或TV分集接收天线的天线连接点(8)中的一个用于耦合输出AM信号；为了避免连接电缆和接收机输入电路对AM信号的有害加载，在有限导电率表面(4)和天线点(8)之间连接一个电容(10)，其电抗在FM和TV频率范围内足够低，使AM广播频率范围内的总容性负载尽可能小。(图5)
14.如权利要求13所述的窗玻璃天线，其特征是，在相对窄的频率范围(FM)内应用的情况下为减小所需电容(10)，串联接入一个电感，用以部分地补偿电容的电抗。
15.如权利要求13或14和4所述的窗玻璃天线，其特征是，在给定电极长度(5)的情况下选取适当小的电极宽度(9)。
16.如权利要求13或5所述的窗玻璃天线，其特征是，电极(6)采用印制方式安置在玻璃上。
17.如权利要求14或5所述的窗玻璃天线，其特征是，电感，电极(6)和电感都以印制方式安置在玻璃上。
18.如权利要求1至17中除权利要求6以外的任何一项所述的窗玻璃天线，其特征是，有限导电率表面(4)的单位表面电阻在3欧姆至20欧姆之间；它与一个附加电极(6a)一起嵌放在复合式窗玻璃的两块玻璃之间；附加电极(6a)基本上平行于有限导电率表面(4)的边沿布置；附加电极(6a)与有限导电率表面(4)的高频连接或者是通过电镀实现的接触连接，或者是通过夹在复合式窗玻璃中的一塑料薄膜(11)实现的电容连接；附加电极(6a)至复合式窗玻璃外的高频电容连接是这样实现的：在对着附加电极(6a)的玻璃外表面上用一块与附加电极(6a)形状基本相同的导电表面构成电极(6)，它与附加电极(6a)形成一个电容；电极(6)与天线连接点(8)相连接。(图6)
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