DE69505373T2

DE69505373T2 - MODULAR ELECTRONIC DISPLAY SYSTEM

Info

Publication number: DE69505373T2
Application number: DE69505373T
Authority: DE
Inventors: Heinrich Saint Paul Mn 55133-3427 Bantli; Stephen Saint Paul Mn 55133-3427 Hom; Edmund J. Saint Paul Mn 55133-3427 Ring
Original assignee: Minnesota Mining and Manufacturing Co
Current assignee: 3M Co
Priority date: 1994-05-23
Filing date: 1995-05-22
Publication date: 1999-04-08
Anticipated expiration: 2015-05-23
Also published as: EP0761020B1; AU681525B2; WO1995032528A1; AU2600195A; KR970703626A; DE69505373D1; JPH10500825A; BR9507694A; CA2189137A1; EP0761020A1; ES2122617T3

Description

Field of the invention

Diese Erfindung betrifft allgemein Mikrostrip-Antennensysteme. Insbesondere betrifft diese Erfindung ein abnehmbares elektromagnetisches Verbindungssystem für Mikrostrip-Antennen, elektronische Anzeigen und elektronische Nummernschilder. Diese Erfindung betrifft ferner modulare integrierte elektronische Anzeigen.This invention relates generally to microstrip antenna systems. More particularly, this invention relates to a detachable electromagnetic connection system for microstrip antennas, electronic displays and electronic license plates. This invention further relates to modular integrated electronic displays.

Background of the invention

Elektronische Anzeigesysteme oder elektronische Nummernschildsysteme zur Nachrichtenübertragung vom Straßenrand an ein Fahrzeug oder Nachrichtenübertragung von Fahrzeug zu Fahrzeug werden entwickelt, da der Bedarf an verbesserter und effizienter Verkehrsleitung aufkommt. Diese Systeme verwenden typischerweise visuelle Informationen für Fahrer zum Lesen, wie zum Beispiel traditionelle Nummernschildinformationen oder Straßenzustandsinformationen, ebenso wie elektronische oder elektromagnetische Informationen, die von einem Antennensystem zu einem anderen übertragen werden. Zum Beispiel sendet ein erstes Antennensystem zur Nachrichtenübertragung vom Straßenrand an ein Fahrzeug oder für Meldungen innerhalb des Fahrzeugs Informationen, die einem Straßenschild, wie etwa einem STOP-Schild, zugeordnet sind, und ein zweites Antennensystem, das sich in einem Fahrzeug befindet, empfängt die Informationen und teilt sie dem Fahrer entweder hörbar über einen Lautsprecher in dem Fahrzeug oder sichtbar über eine in dem Fahrzeug befindliche Anzeige mit. Derartige Systeme können selbst bei schlechten Wetterbedingungen, bei denen die Sicht schlecht ist, oder wenn die Fahrer verschlechterte Sehkraft haben, redundante Informationen übertragen, wobei versucht wird, sicherzustellen, daß alle Fahrer die Informationen empfangen. Die Systeme sind auch in der Lage, abhängig von den Umständen, veränderbare Informationen zu übertragen. Zur Nachrichtenübertragung von Fahrzeug zu Fahrzeug wird ein erstes Antennensystem in einem ersten Fahrzeug angeordnet. Das erste Antennensystem kann redundante Informationen übertragen, die traditionellen Nummernschildern zugeordnet sind, wie zum Beispiel das einmalige alphanumerische Kennzeichen eines Fahrzeugs, den Staat, in dem das Fahrzeug angemeldet ist, und das Datum, an dem die Anmeldung abläuft. Das erste Antennensystem kann ferner zusätzliche Informationen, wie zum Beispiel die Gültigkeit der erforderlichen Fahrzeugpapiere, wie etwa Versicherung, Anmeldung oder Emissionsbescheinigungen, übertragen.Electronic display systems or electronic license plate systems for roadside to vehicle or vehicle to vehicle messaging are being developed as the need for improved and efficient traffic management arises. These systems typically use visual information for drivers to read, such as traditional license plate information or road condition information, as well as electronic or electromagnetic information transmitted from one antenna system to another. For example, a first antenna system for roadside to vehicle or in-vehicle messaging transmits information associated with a road sign, such as a STOP sign, and a second antenna system located in a vehicle receives the information and communicates it to the driver either audibly through a speaker in the vehicle or visibly through a display located in the vehicle. Such systems can transmit redundant information even in poor weather conditions where visibility is poor or when drivers have impaired vision, attempting to ensure that all drivers receive the information. The systems are also capable of transmitting variable information depending on the circumstances. For vehicle-to-vehicle message transmission, a first antenna system is arranged in a first vehicle. The first antenna system can transmit redundant information associated with traditional license plates, such as a vehicle's unique alphanumeric registration number, the state in which the vehicle is registered, and the date on which the registration expires. The first antenna system can also transmit additional information, such as the validity of required vehicle documents, such as insurance, registration, or emissions certificates.

Elektronische Nummernschild- und Anzeigesysteme können ihre elektronischen Nachrichtenübertragungsfähigkeiten für eine Vielfalt an anderen Zwecken, einschließlich automatische Verbote von Gebieten für bestimmte Fahrzeuge, Verkehrssteuerung, Fahrzeugdiebstahlschutz, Gebühreneintreibung, Zusammenstoßvermeidung und Notfallnachrichtenübertragung, verwenden. Abhängig von der Anwendung können elektronische Nummernschilder oder Anzeigen einen relativ einfachen Aufbau oder einen komplexeren Aufbau haben. Zum Beispiel wäre das einfachste System ein passives Rückstreusystem, das im wesentlichen die gleiche Information liefert wie die, welche von gegenwärtigen Nummernschildern geliefert wird. Ein derartiges System könnte auch das Vorhandensein und die Gültigkeit anderer Fahrzeugpapiere anzeigen. Komplexere Systeme könnten, abhängig von der Komplexität der Anwendung, Speicher vom WORM-Typ (write-once-read-many = beschreibe einmal, lese oft) oder Schreib-Lese-Speicher vom RAM-Typ (random access memory = Direktzugriffsspeicher) aufweisen. Die komplexeren Systeme könnten Zugang zur Elektronik erfordern und möglicherweise die Demontage elektronischer Nummernschilder oder Anzeigen erfordern, um die Elektronik oder Batterien auszuwechseln oder die Elektronik neu zu programmieren. Ferner wäre es wünschenswert, daß Systeme modular sind, so daß ein Wechsel zwischen Anwendungen verschiedener Komplexität leicht erreicht wird.Electronic license plate and display systems may use their electronic messaging capabilities for a variety of other purposes, including automatic vehicle restriction zones, traffic control, vehicle theft protection, toll collection, collision avoidance, and emergency messaging. Depending on the application, electronic license plates or displays may be relatively simple in design or more complex in design. For example, the simplest system would be a passive backscatter system that provides essentially the same information as that provided by current license plates. Such a system could also indicate the presence and validity of other vehicle documents. More complex systems may include WORM (write-once-read-many) type memory or RAM (random access memory) type memory, depending on the complexity of the application. The more complex systems may require access to the electronics and may require disassembly of electronic license plates or displays to replace the electronics or batteries or to reprogram the electronics. Furthermore, it would be desirable for systems to be modular so that switching between applications of different complexity is easily achieved.

Eine Art Antennensystem, das zur elektromagnetischen Nachrichtenübertragung beim elektronischen Anzeigen verwendet wird, ist ein Mikrostrip-Antennensystem. Mikrostrip-Antennen sind aufgrund ihres niedrigen Querschnitts gut geeignet für elektronisches Anzeigen. Eine einfache Mikrostrip- Antenne besteht typischerweise aus einem rechteckigen metallischen Flecken, der auf ein dünnes geerdetes dielektrisches Substrat mit einer koaxialen Sensorzuführung durch die Unterseite des Substrats gedruckt ist. Alternative Zuführungsverfahren, die berührungslose Zuführungsstrukturen verwenden, wurden entwickelt. Ein Beispiel für eine berührungslose Zuführung ist eine aperturgekoppelte Mikrostrip-Antenne. Diese Antenne verwendet zwei parallele dielektrische Substrate, die durch eine geerdete Ebene bzw. Masseebene oder Masseplatte (Groundplane) getrennt sind. Eine Mikrostrip-Zuführungsleitung auf dem unteren Substrat wird durch eine kleine Apertur in der Groundplane mit einem Mikrostrip-Flecken auf dem oberen Substrat gekoppelt. Eine koaxiale Leitung speist dann die Mikrostrip-Zuführungsleitung. Um Mikrostrip-Antennen mit externen Modulen, wie etwa externen Stromquellen oder elektronischen Schaltungen, zu verbinden, wird ein koaxiales Verbindungselement mit der Mikrostrip-Zuführungsleitung verbunden, wodurch eine elektrische Verbindung geliefert wird. Die externen Module werden dann an dem anderen Ende der Koaxialleitung elektrisch verbunden. Elektronische Anzeigen und Nummernschilder und auf diese Weise die Verbindung zu den elektronischen Anzeigen, die am wahrscheinlichsten an der physikalischen Koaxialverbindung, dem strukturell schwächsten Punkt in dem Verbindungssystem, unterbrochen wird, sind Temperatur- und Wetterextremen ausgesetzt. Deshalb ist ein zuverlässigeres Verbindungssystem für elektronische Anzeigen wünschenswert.One type of antenna system used for electromagnetic communication in electronic displays is a microstrip antenna system. Microstrip antennas are well suited for electronic displays because of their low cross-section. A simple microstrip antenna typically consists of a rectangular metallic patch printed on a thin grounded dielectric substrate with a coaxial sensor feed through the bottom of the substrate. Alternative feed methods using non-contact feed structures have been developed. An example of a non-contact feed is an aperture-coupled microstrip antenna. This antenna uses two parallel dielectric substrates separated by a ground plane or ground plane. A microstrip feed line on the bottom substrate is coupled through a small aperture in the ground plane to a microstrip patch on the top substrate. A coaxial line then feeds the microstrip feed line. To connect microstrip antennas to external modules, such as external power sources or electronic circuits, a coaxial connector is connected to the microstrip feed line, providing an electrical connection. The external modules are then electrically connected at the other end of the coaxial line. Electronic displays and license plates are subject to temperature and weather extremes, and thus the connection to the electronic displays is most likely to be broken at the physical coaxial connection, the structurally weakest point in the connection system. Therefore, a more reliable connection system for electronic displays is desirable.

Was ferner wünschenswert ist, ist eine modulare elektronische Anzeige. Zum Beispiel in einem Aufbau, bei dem kein Verbindungselement mit der elektronischen Anzeige ver bunden wurde, gibt die Anzeige die Information weiterhin visuell weiter. Wenn das Verbindungselement jedoch mit der elektronischen Anzeige verbunden wurde, gibt die Anzeige Informationen sowohl elektronisch als auch visuell weiter. Ferner können in einem anderen Aufbau durch Verbinden verschiedener Verbindungselemente verschiedene elektronische Informationen übertragen werden. Weil für Zwecke, wie zum Beispiel unterschiedliche Nachrichten zu übertragen, bei Fortschritten in der Elektronik oder für Wartung oder Reparaturen, verschiedene elektronische Schaltungen mit der Anzeige verbunden werden, verringern modulare Anzeigen Kosten, da nur ein Teil der Anzeige ausgewechselt werden kann, ohne die gesamte Anzeige auszutauschen. Zum Beispiel befinden sich bei elektronischen Anzeigen, die koaxiale Verbindungselemente verwenden, die gesamte Antenne, der Zuführungsaufbau und möglicherweise die Elektronik alle in einer in der Anzeige enthaltenen einzigen Einheit. Um eine Wartung durchzuführen, wird daher das koaxiale Verbindungselement entfernt und die gesamte Anzeige wird abgenommen.What is also desirable is a modular electronic display. For example, in a structure where no connecting element is connected to the electronic display. ed, the display continues to convey the information visually. However, when the connector has been connected to the electronic display, the display conveys information both electronically and visually. Furthermore, in a different assembly, different electronic information can be conveyed by connecting different connectors. Because different electronic circuits are connected to the display for purposes such as conveying different messages, advances in electronics, or for maintenance or repairs, modular displays reduce costs because only a portion of the display can be changed without replacing the entire display. For example, in electronic displays that use coaxial connectors, the entire antenna, feed assembly, and possibly the electronics are all contained in a single unit contained within the display. Therefore, to perform maintenance, the coaxial connector is removed and the entire display is taken off.

Die Aperturkopplung führt zu vielen Vorteilen, inklusive unabhängiger Optimierung sowohl der Zuführungs- als auch der Strahlungsfunktionen. Mikrostrip-Antennensysteme wurden in Rückstrahlungsanzeigen und Nummernschilder eingebaut, wie in der gemeinsam übertragenen US-Patentanmeldung von Bantli et al. mit der Seriennummer 08/196 294 beschrieben, die am 11. Februar 1994 eingereicht wurde. Es wird bevorzugt, eine Antenne oder einen Empfänger in eine Straßenanzeige einzubauen, um eine Verstopfung mit Hindernissen am Straßenrand zu vermeiden, um in der Lage zu sein, vorhandene Infrastruktur zur Installation der elektronischen Straßenanzeigen zu verwenden, zur einfacheren Installation, um Kosten zu verringern und aufgrund von Sicherheitsüberlegungen. Ebenso wird es bevorzugt, eine Antenne oder einen Empfänger in ein Nummernschild einzubauen - zur einfacheren Installation, aufgrund der Fähigkeit, vorhandene Konstruktionen an Fahrzeugen zur Installation zu verwenden, um den Antennenstandort für eine Nachrichtenübertragung zwischen dem Stra ßenrand und dem Fahrzeug mit geringer Leistung zu optimieren und um sicherzustellen, daß die visuellen und elektronischen Informationen konsistent sind.Aperture coupling results in many advantages, including independent optimization of both the feed and radiation functions. Microstrip antenna systems have been incorporated into retroreflective displays and license plates, as described in commonly assigned U.S. patent application Ser. No. 08/196,294 filed February 11, 1994 by Bantli et al. It is preferred to incorporate an antenna or receiver into a road display to avoid clogging with roadside obstacles, to be able to use existing infrastructure to install the electronic road displays, for ease of installation, to reduce costs, and for safety considerations. Likewise, it is preferred to incorporate an antenna or receiver into a license plate - for ease of installation, for the ability to use existing structures on vehicles for installation, to change the antenna location for inter-road communication. rim and the low-power vehicle and to ensure that the visual and electronic information is consistent.

Summary of the invention

Um die Einschränkungen des weiter oben beschriebenen bisherigen Stands der Technik zu überwinden und um andere Einschränkungen zu überwinden, die nach dem Lesen und Verstehen der vorliegenden Patentbeschreibung deutlich werden, stellt die vorliegende Erfindung ein abnehmbares bzw. entfernbares elektromagnetisches Verbindungssystem für Mikrostrip-Antennen zur Verfügung. Das Mikrostrip-Antennensystem umfaßt einen ersten Antennenteil, einen zweiten Antennenteil und ein Verbindungselement, um die ersten und zweiten Antennenteile abnehmbar zu verbinden. Der erste Antennenteil umfaßt einen Mikrostrip-Flecken, der auf ein dielektrisches Substrat montiert ist. Die andere Seite des dielektrischen Substrats hat ein erstes leitendes Substrat, das als eine geerdete Ebene (Groundplane) für den Mikrostrip- Flecken fungiert, wobei die Groundplane eine Öffnung hat, die mit dem Mikrostrip-Flecken ausgerichtet ist. Der zweite Antennenteil hat ein zweites leitendes Substrat auf einem zweiten dielektrischen Substrat, wobei das zweite leitende Substrat eine Apertur hindurch hat, wobei die Apertur mit der Öffnung des ersten leitenden Substrats ausgerichtet ist. Das zweite dielektrische Substrat hat auf der anderen Seite eine Mikrostrip-Übertragungsleitung für einen Zuführungsaufbau. Die Öffnung des ersten leitenden Substrats ist dimensioniert, um die Apertur derart aufzunehmen, daß die Apertur den Mikrostrip-Flecken und die Mikrostrip-Übertragungsleitung elektromagnetisch koppelt, wenn das Verbindungselement die ersten und zweiten Antennenteile verbindet. Ein derartiges Mikrostrip-Antennensystem ist insbesondere für Anwendungen, wie etwa elektronische Anzeigen und elektronische Nummernschilder, nützlich.To overcome the limitations of the prior art described above and to overcome other limitations that will become apparent after reading and understanding the present specification, the present invention provides a removable electromagnetic interconnect system for microstrip antennas. The microstrip antenna system includes a first antenna portion, a second antenna portion, and an interconnect member for removably interconnecting the first and second antenna portions. The first antenna portion includes a microstrip patch mounted on a dielectric substrate. The other side of the dielectric substrate has a first conductive substrate that acts as a ground plane for the microstrip patch, the ground plane having an opening aligned with the microstrip patch. The second antenna portion has a second conductive substrate on a second dielectric substrate, the second conductive substrate having an aperture therethrough, the aperture being aligned with the opening of the first conductive substrate. The second dielectric substrate has on the other side a microstrip transmission line for a feed assembly. The opening of the first conductive substrate is sized to accommodate the aperture such that the aperture electromagnetically couples the microstrip patch and the microstrip transmission line when the connector connects the first and second antenna portions. Such a microstrip antenna system is particularly useful for applications such as electronic displays and electronic license plates.

Short description of the drawings

Die vorliegende Erfindung wird unter Bezug auf die beigefügten Zeichnungen vollständiger beschrieben, wobei gleiche Referenznummern entsprechende Komponenten identifizieren, undThe present invention will be more fully described with reference to the accompanying drawings, in which like reference numerals identify corresponding components, and

Fig. 1 eine perspektivische Ansicht einer Fahrbahnkreuzung mit integrierten elektronischen Anzeigen und Fahrzeugen mit integrierten elektronischen Nummernschildern ist;Fig. 1 is a perspective view of a road intersection with integrated electronic displays and vehicles with integrated electronic number plates;

die Fig. 2, 2A und 2B eine Vorderansicht, eine seitliche Querschnittsansicht und eine Explosionsansicht einer Ausführungsform des modularen elektronischen Anzeigesystems der vorliegenden Erfindung zeigen;Figures 2, 2A and 2B show a front view, a side cross-sectional view and an exploded view of an embodiment of the modular electronic display system of the present invention;

Fig. 3 eine teilweise explodierte Ansicht des modularen Mikrostrip-Antennensystems der vorliegenden Erfindung zeigt;Figure 3 shows a partially exploded view of the modular microstrip antenna system of the present invention;

die Fig. 4 und 4A den Schnittstellenteil des modularen elektronischen Anzeigesystems mit entferntem dielektrischem Substrat sowie eine perspektivische Querschnittsansicht des Schnittstellenteils zeigen;Figures 4 and 4A show the interface portion of the modular electronic display system with the dielectric substrate removed and a perspective cross-sectional view of the interface portion;

Fig. 5 den Schnittstellenteil des modularen elektronischen Anzeigesystems zeigt, wobei das dielektrische Substrat entfernt ist, um die darauf montierten elektronischen Schaltungen zu zeigen;Fig. 5 shows the interface portion of the modular electronic display system with the dielectric substrate removed to show the electronic circuits mounted thereon;

Fig. 6 den Schnittstellenteil des modularen elektronischen Anzeigesystems und die Vorder- und Rückseiten des entfernten dielektrischen Substrats zeigt;Fig. 6 shows the interface portion of the modular electronic display system and the front and back sides of the removed dielectric substrate;

die Fig. 7, 7 A und 7B eine Vorderansicht, eine seitliche Querschnittsansicht und eine Explosionsansicht einer Ausführungsform eines elektronischen Nummernschilds der vorliegenden Erfindung zeigen; undFigures 7, 7A and 7B show a front view, a side cross-sectional view and an exploded view of an embodiment of an electronic license plate of the present invention; and

die Fig. 8, 8A und 8B eine Vorderansicht, eine seitliche Querschnittsansicht und eine Explosionsansicht einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigen.Figures 8, 8A and 8B show a front view, a side cross-sectional view and an exploded view of another embodiment of the present invention.

Detailed description of a preferred embodiment

Um die Einschränkungen des weiter oben beschriebenen bisherigen Stands der Technik zu überwinden und um andere Einschränkungen zu überwinden, die nach dem Lesen und Verstehen der vorliegenden Patentbeschreibung deutlich werden, stellt die vorliegende Erfindung ein abnehmbares elektromagnetisches Verbindungssystem für Mikrostrip-Antennen zur Verfügung, das in modularen integrierten elektronischen Nummernschild- und Anzeigesystemen verwendet werden kann. Bezug nehmend auf Fig. 1 wird eine perspektivische Ansicht einer Fahrbahnkreuzung gezeigt. Die integrierten elektronischen Anzeigen 2 in Form eines STOP-Schilds und eines Straßenschilds übermitteln sowohl visuell als auch elektromagnetisch Informationen an Fahrer von Fahrzeugen. Die Anzeigen 2 sind durch das Kabel 4 mit der Schnittstelleneinheit 6 verbunden, welche eine Stromquelle, elektronische Schaltungen oder eine Nachrichtenübertragungsschnittstelle zu einem zentralen Verkehrsleitzentrum enthalten kann. Die Schnittstelleneinheit 6 wird bevorzugt in die Erde eingegraben, um zu vermeiden, daß der Straßenrand verstopft wird und um die Komponenten in der Einheit zu schützen. Die Fahrzeuge in der Form des Busses 10 und des Lastwagens 12 weisen eine integrierte elektronische Kennzeichnung in der Form von Nummernschildern auf (nicht gezeigt). Antennen in den Anzeigen 2 strahlen Felder 8 ab, die elektromagnetisch Informationen übermitteln. Das elektronische Nummernschild von Bus 10 ist interaktiv mit einem Empfangs- und Sendemodus und strahlt, wenn es elektromagnetisch Informationen sendet, ein Feld 14 ab. Das elektronische Nummernschild des Lastwagens 12 weist jedoch ein weniger komplexes Antennensystem, wie etwa ein passives Rückstreusystem, auf und strahlt kein Feld ab.To overcome the limitations of the prior art described above and to overcome other limitations that will become apparent after reading and understanding the present specification, the present invention provides a removable electromagnetic microstrip antenna connection system that can be used in modular integrated electronic license plate and display systems. Referring to Figure 1, a perspective view of a roadway intersection is shown. The integrated electronic displays 2 in the form of a STOP sign and a road sign communicate information to drivers of vehicles both visually and electromagnetically. The displays 2 are connected by cable 4 to the interface unit 6, which may include a power source, electronic circuitry, or a communication interface to a central traffic control center. The interface unit 6 is preferably buried in the ground to avoid clogging the roadside and to protect the components in the unit. The vehicles in the form of bus 10 and truck 12 have integrated electronic identification in the form of license plates (not shown). Antennas in the displays 2 radiate fields 8 which electromagnetically transmit information. The electronic license plate of bus 10 is interactive with a receive and transmit mode and radiates a field 14 when electromagnetically transmitting information. The electronic license plate of truck 12, however, has a less complex antenna system, such as a passive backscatter system, and does not radiate a field.

Bezug nehmend auf die Fig. 2, 2A und 2B werden eine Vorderansicht, eine seitliche Querschnittsansicht und eine Explosionsansicht der modularen integrierten elektronischen Anzeige 2 in Form eines STOP-Schilds gezeigt. Die modulare integrierte elektronische Anzeige 2 ist in einen Anzeigeteil 16 und in einen modularen Schnittstellenteil 18 geteilt. Der Anzeigeteil 16 schließt an vorhandene Anzeige- Infrastruktur, wie etwa Pole, an. Der Anzeigeteil 16 der Anzeige 2 übermittelt durch die gedruckte Information 20 visuell Informationen. In vielen Anzeigen werden gedruckte Informationen 20 auf einer rückstrahlenden Oberfläche, wie etwa der rückstrahlenden Verkleidung 22, plaziert, um die Fähigkeit des Fahrers zu erhöhen, die gedruckten Informationen auf der Anzeige bei Nacht ausfindig zu machen und zu lesen. Bezug nehmend auf die Fig. 2A, 2B und 3 wird ein rechteckiger Mikrostrip-Flecken 24 gedruckt, geätzt, laminiert oder unter Verwendung anderer Standardverfahren auf dem dielektrischen Substrat 26 befestigt und wird durch das dielektrische Substrat 26 von der Groundplane 28 beabstandet. Zum Beispiel kann der Mikrostrip-Flecken ein mit Klebstoff verstärkter Kupferfilm sein, der an einem Schaumdielektrikum mit einer dielektrischen Konstante von 1, 1 befestigt ist. Die Groundplane 28 kann jedes geeignete leitende Substrat, wie etwa Kupfer oder Aluminium, sein. Es ist auf dem Fachgebiet wohlbekannt, daß mehr als ein Mikrostrip- Flecken oder eine Matrix aus Flecken als Strahlungselemente verwendet werden können. Die Groundplane 28 weist das Loch 30 auf, das mit dem Mikrostrip-Flecken 24 ausgerichtet ist.Referring to Figs. 2, 2A and 2B, a front view, a side cross-sectional view and an exploded view of the modular integrated electronic display 2 in the form of a STOP sign are shown. The modular integrated electronic display 2 is divided into a display part 16 and a modular interface part 18 The display portion 16 interfaces with existing display infrastructure, such as poles. The display portion 16 of the display 2 visually communicates information through the printed information 20. In many displays, printed information 20 is placed on a retroreflective surface, such as the retroreflective panel 22, to increase the driver's ability to locate and read the printed information on the display at night. Referring to FIGS. 2A, 2B, and 3, a rectangular microstrip patch 24 is printed, etched, laminated, or attached using other standard techniques to the dielectric substrate 26 and is spaced from the ground plane 28 by the dielectric substrate 26. For example, the microstrip patch may be an adhesive-backed copper film attached to a foam dielectric having a dielectric constant of 1.1. The ground plane 28 may be any suitable conductive substrate, such as copper or aluminum. It is well known in the art that more than one microstrip patch or array of patches can be used as radiating elements. The ground plane 28 has the hole 30 aligned with the microstrip patch 24.

Der Schnittstellenteil 18 der modularen integrierten elektronischen Anzeige 2 liefert ein Zuführungsnetz für die Mikrostrip-Antenne ebenso wie er eine Schnittstelle zu externen Komponenten für den Anzeigeteil 16, wie etwa eine Stromquelle und elektronische Schaltungen, liefert. Das Zuführungsnetz des Schnittstellenteils 18 koppelt die Strahlungselemente 24 oder die Antenne mittels Apertur-Kopplung mit einer Mikrostrip-Übertragungsleitung. Der Schnittstellenteil 18 weist die aus einem leitenden Substrat, wie etwa Kupfer, aufgebaute Aperturplatte 40 auf. Die Aperturplatte 40 ist minimal derart dimensioniert, daß sie das Loch 30 in der Groundplane 28 bedeckt und vorzugsweise daß sie das Loch 30 bedeckt und sich darüber hinaus erstreckt, um eine zusammenhängende Groundplane zu liefern. Die Aperturplatte 40 weist eine durchgehende Apertur 42 auf, wobei die Apertur 42 mit dem Loch 30 ausgerichtet ist. Das Loch 30 ist so dimensioniert, um die Apertur 42 aufzunehmen. Die Aperturplatte 40 kann geätzt, gedruckt, laminiert oder unter Verwendung anderer Standardverfahren auf dem dielektrischen Substrat 44 befestigt werden. Das dielektrische Substrat 26 ist bevorzugt ein relativ dickes Substrat mit einer niedrigen dielektrischen Konstante, während das dielektrische Substrat 44 andererseits bevorzugt ein dünneres Substrat mit einer höheren dielektrischen Konstante ist. Zum Beispiel kann das dielektrische Substrat 44 eine glasgefüllte Polyester-Leiterplatte mit einer dielektrischen Konstante von 4,3 sein, die auf beiden Seiten mit Kupfer beschichtet ist. Wenn sie auf beiden Seiten beschichtet ist, kann die Apertur 42 in der Aperturplatte 40 aus der Kupferbeschichtung auf dem dielektrischen Substrat 44 geätzt werden.The interface portion 18 of the modular integrated electronic display 2 provides a feed network for the microstrip antenna as well as providing an interface to external components for the display portion 16, such as a power source and electronic circuitry. The feed network of the interface portion 18 couples the radiating elements 24 or the antenna to a microstrip transmission line by aperture coupling. The interface portion 18 includes the aperture plate 40 constructed of a conductive substrate such as copper. The aperture plate 40 is minimally dimensioned to cover the hole 30 in the ground plane 28 and preferably to cover the hole 30 and extend beyond it to provide a continuous ground plane. The aperture plate 40 includes a continuous aperture 42, the aperture 42 aligned with hole 30. Hole 30 is sized to accommodate aperture 42. Aperture plate 40 may be etched, printed, laminated, or attached to dielectric substrate 44 using other standard techniques. Dielectric substrate 26 is preferably a relatively thick substrate having a low dielectric constant, while dielectric substrate 44, on the other hand, is preferably a thinner substrate having a higher dielectric constant. For example, dielectric substrate 44 may be a glass-filled polyester circuit board having a dielectric constant of 4.3 that is coated with copper on both sides. If coated on both sides, aperture 42 in aperture plate 40 may be etched from the copper coating on dielectric substrate 44.

Bezug nehmend auf die Fig. 3 und 4 kann eine Mikrostrip-Übertragungsleitung 50 aus der Kupferbeschichtung auf der zur Aperturplatte 40 auf dem dielektrischen Substrat 44 entgegengesetzten Seite geätzt werden. Die Apertur 42 ermöglicht die elektromagnetische Kopplung des Mikrostrip- Fleckens 24 mit der Übertragungsleitung 50. Die Apertur 42 ist bevorzugt ein rechteckiger Schlitz und wird basierend auf der physischen Größe des Mikrostrip-Fleckens 24 und der Übertragungsleitung 50, dem für die dielektrischen Substrate 26 und 44 verwendeten Material und der Übertragungsfrequenz dimensioniert. Die Übertragungsleitung 50 hat bevorzugt die Form einer offenen Blindleitungsschaltung, die für eine optimale Kopplung üblicherweise zentriert über der Apertur plaziert ist und sich etwa ein Viertel einer Wellenlänge über die Apertur 42 hinaus erstreckt. Die Breite der Übertragungsleitung 50 hängt von dem für das dielektrische Substrat 44 verwendeten Material ab ebenso wie von der Abstimmung auf die charakteristische Impedanz jeglicher externer elektronischer Schaltungen. Das Koaxialkabel 52 kann mit der Übertragungsleitung 50 verbunden und auf der leitenden Aperturplatte 40 geerdet werden.Referring to Figures 3 and 4, a microstrip transmission line 50 can be etched from the copper plating on the opposite side of the aperture plate 40 on the dielectric substrate 44. The aperture 42 allows for electromagnetic coupling of the microstrip patch 24 to the transmission line 50. The aperture 42 is preferably a rectangular slot and is sized based on the physical size of the microstrip patch 24 and the transmission line 50, the material used for the dielectric substrates 26 and 44, and the transmission frequency. The transmission line 50 is preferably in the form of an open stub circuit, typically centered over the aperture for optimal coupling and extending approximately one-quarter of a wavelength beyond the aperture 42. The width of the transmission line 50 depends on the material used for the dielectric substrate 44 as well as the matching to the characteristic impedance of any external electronic circuits. The coaxial cable 52 can be connected to the transmission line 50 and grounded to the conductive aperture plate 40.

Um den Zuführungsaufbau und alle anderen Komponenten in dem Schnittstellenteil 18 der Anzeige 2 zu schützen, umgibt die Schutzabdeckung 64 den Zuführungsaufbau. Die Abdeckung 18 kann aus jedem geeigneten Material, wie etwa einem Metall, zum Beispiel Aluminium, oder Plastik sein. Ferner liefert die Flachdichtung 62 eine Abdichtung zwischen der Schutzabdeckung 64 und dem Anzeigeteil 16 der Anzeige 2. Die Feder 60 stellt sicher, daß die Apertur 42 ordentlich mit dem Loch 30 in der Groundplane 28 und dem Mikrostrip- Flecken 24 ausgerichtet ist. Wie in Fig. 4A gezeigt, weist die Feder 60 Streben 66 und 66A auf, um die Aperturplatte 40 vertikal zu positionieren. Ferner liefert die Feder 60 einen transversalen Druck, das heißt einen Druck senkrecht zur Groundplane, wodurch die Aperturplatte 40 sicher gegenüber der Groundplane 28 befestigt wird. Die Feder 60 ist bevorzugt geformter synthetischer Gummi, der in einer länglichen "C" -Form geformt ist. Während die Feder 60 in den Fig. 4 und 4A gezeigt und beschrieben ist, kann jede Einrichtung verwendet werden, um die Aperturplatte 40 gegen die Groundplane 28 sicher zu positionieren.To protect the feed assembly and all other components in the interface portion 18 of the display 2, the protective cover 64 surrounds the feed assembly. The cover 18 may be made of any suitable material, such as a metal, for example aluminum, or plastic. Furthermore, the gasket 62 provides a seal between the protective cover 64 and the display portion 16 of the display 2. The spring 60 ensures that the aperture 42 is properly aligned with the hole 30 in the ground plane 28 and the microstrip patch 24. As shown in Fig. 4A, the spring 60 has struts 66 and 66A to position the aperture plate 40 vertically. Furthermore, the spring 60 provides a transverse pressure, that is, a pressure perpendicular to the ground plane, thereby securely fastening the aperture plate 40 relative to the ground plane 28. The spring 60 is preferably molded synthetic rubber formed into an elongated "C" shape. While the spring 60 is shown and described in Figures 4 and 4A, any means may be used to securely position the aperture plate 40 against the ground plane 28.

Wieder Bezug nehmend auf die Fig. 2A und 3 werden der Anzeigeteil 16 und der Schnittstellenteil 18 der modularen integrierten elektronischen Anzeige aneinander befestigt, wobei beliebige nicht trennbare Befestigungsmittel, zum Beispiel Bolzen, Schrauben, Klammern, Klinken, Sperren oder Nieten, verwendet werden. Wenn sie aneinander befestigt sind, ist der Mikrostrip-Flecken 24 elektromagnetisch mit der Mikrostrip-Übertragungsleitung 50 gekoppelt. Während koaxiale Verbindungen aufgrund von Brüchen nicht so zuverlässig sind, hat das elektromagnetische Verbindungssystem der vorliegenden Erfindung eine mechanisch stabile Verbindung, wodurch eine hohe Zuverlässigkeit geliefert wird. Ferner ist die Verbindung robust, weil die präzise Ausrichtung der Apertur und der Übertragungsleitung in dem Schnittstellenteil der Anzeige vorab zusammenmontiert wird. Die Plazierung des Schnittstellenteils relativ zum Anzeigeteil der An zeige erfordert nur, daß die Apertur in die Ränder der Öffnung in der Groundplane des Anzeigeteils der Anzeige paßt.Referring again to Figures 2A and 3, the display portion 16 and the interface portion 18 of the modular integrated electronic display are attached together using any non-separable fasteners, for example bolts, screws, clips, latches, locks or rivets. When attached together, the microstrip patch 24 is electromagnetically coupled to the microstrip transmission line 50. While coaxial connections are not as reliable due to breakage, the electromagnetic connection system of the present invention has a mechanically stable connection, thereby providing high reliability. Furthermore, the connection is robust because the precise alignment of the aperture and transmission line in the interface portion of the display is pre-assembled. The placement of the interface portion relative to the display portion of the display display only requires that the aperture fits within the edges of the opening in the ground plane of the display portion of the display.

Bezug nehmend auf Fig. 5 wird ein weiterer Vorteil der vorliegenden Erfindung beschrieben. Das dielektrische Substrat 44 des Schnittstellenteils 18 der modularen elektronischen Anzeige 2 ist bevorzugt eine doppelseitig kupferbeschichtete glasgefüllte Epoxid-Leiterplatte. Die Apertur 42 kann aus einer kupferbeschichteten Seite des dielektrischen Substrats 44 geätzt werden, um die Aperturplatte 40 zu erzeugen. Auf der zur Aperturplatte 40 entgegengesetzten Seite des dielektrischen Substrats 44 kann die Mikrostrip- Übertragungsleitung 50 geätzt werden. Ferner können oberflächenmontierte elektronische Bauelemente 70 auf das dielektrische Substrat 44 montiert werden, wobei nach Bedarf elektrische Kupferverbindungen geätzt werden. Ferner kann die Stromquelle 72, wie etwa eine Batterie, auf das dielektrische Substrat montiert werden, um das System vollkommen in sich abgeschlossen zu machen. In einem derartig in sich abgeschlossenen System ist keine Verbindung zu externen Modulen notwendig, und das Koaxialkabel 52 wird nicht benötigt. Wenn jedoch eine Verbindung zu einer entfernten Stromquelle, einer zentralen Überwachungs- oder Programmierstation oder zusätzliche elektronische Schaltungen gewünscht werden, wird das Koaxialkabel 52 elektrisch mit der Übertragungsleitung 50 und den elektronischen Bauelementen 70 verbunden. Durch Montieren von elektronischen Bauelementen 70 auf das dielektrische Substrat 44 wird eine Modularität erreicht, indem ein relativ einfacher Schnittstellenteil, der mit dem Anzeigeteil der Anzeige zu verbinden ist, oder ein komplexer in sich abgeschlossener Schnittstellenteil mit elektronischen Bauelementen darin, ermöglicht wird, wobei alle Schnittstellenteile einfach elektromagnetisch mit dem Anzeigeteil gekoppelt werden.Referring to Figure 5, another advantage of the present invention is described. The dielectric substrate 44 of the interface portion 18 of the modular electronic display 2 is preferably a double-sided copper-clad glass-filled epoxy circuit board. The aperture 42 may be etched from a copper-clad side of the dielectric substrate 44 to create the aperture plate 40. On the opposite side of the dielectric substrate 44 from the aperture plate 40, the microstrip transmission line 50 may be etched. Furthermore, surface mount electronic components 70 may be mounted on the dielectric substrate 44, with copper electrical connections etched as needed. Furthermore, the power source 72, such as a battery, may be mounted on the dielectric substrate to make the system completely self-contained. In such a self-contained system, no connection to external modules is necessary and the coaxial cable 52 is not needed. However, if a connection to a remote power source, a central monitoring or programming station, or additional electronic circuitry is desired, the coaxial cable 52 is electrically connected to the transmission line 50 and the electronic components 70. By mounting electronic components 70 on the dielectric substrate 44, modularity is achieved by allowing a relatively simple interface part to be connected to the display part of the display or a complex self-contained interface part with electronic components therein, with all of the interface parts simply being electromagnetically coupled to the display part.

Während die Apertur für die Apertur-Kopplung in der vorgenannten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung in dem Schnittstellenteil der Anzeige enthalten war, ist es auch möglich, die Apertur in den Anzeigeteil der Anzeige einzubauen. In der vorgenannten Ausführungsform können die Apertur und die Mikrostrip-Übertragungsleitung präzise in das dielektrische Substrat geätzt werden, um eine genaue Ausrichtung sicherzustellen. Bezug nehmend auf Fig. 6 wird eine zweite Ausführungsform der vorliegenden Erfindung gezeigt. Der Schnittstellenteil 18 weist, ähnlich wie die vorgenannte Ausführungsform, eine Schutzabdeckung 64, eine Flachdichtung 62 und eine Feder 60 auf. Das dielektrische Substrat 80 jedoch ist nur auf einer einzigen Seite beschichtet. Bevorzugt ist das dielektrische Substrat 80 ein glasgefülltes Epoxid, das auf einer Seite mit Kupfer beschichtet ist. Die beschichtete Seite 82 kann geätzt werden, um die Übertragungsleitung 50 ebenso wie alle elektrischen Verbindungen für oberflächenmontierte elektronische Bauelemente einzubauen. Die unbeschichtete Seite 84 liegt jedoch benachbart zur Groundplane des Anzeigeteils. Besser als ein größeres Loch in der Groundplane zu haben, wird eine Apertur mit genauen Proportionen für die elektromagnetische Kopplung in die Groundplane eingebaut. Deshalb wird der Mikrostrip- Flecken elektromagnetisch mit der Mikrostrip-Übertragungsleitung 50 gekoppelt, wenn die unbeschichtete Seite 84 benachbart zur Groundplane liegt.While the aperture for the aperture coupling in the aforementioned embodiment of the present invention was included in the interface part of the display, it is also possible to include the aperture in the display part of the display In the foregoing embodiment, the aperture and microstrip transmission line can be precisely etched into the dielectric substrate to ensure accurate alignment. Referring to Figure 6, a second embodiment of the present invention is shown. The interface portion 18 includes a protective cover 64, a gasket 62, and a spring 60, similar to the foregoing embodiment. However, the dielectric substrate 80 is coated on only a single side. Preferably, the dielectric substrate 80 is a glass-filled epoxy coated with copper on one side. The coated side 82 can be etched to incorporate the transmission line 50 as well as any electrical connections for surface mount electronic components. The uncoated side 84, however, is adjacent to the ground plane of the display portion. Rather than having a larger hole in the ground plane, an aperture with precise proportions for electromagnetic coupling is built into the ground plane. Therefore, the microstrip patch is electromagnetically coupled to the microstrip transmission line 50 when the uncoated side 84 is adjacent to the ground plane.

Bezug nehmend auf die Fig. 7, 7 A und 7B wird eine weitere Form einer modularen elektronischen Anzeige, nämlich in der Form eines elektronischen Nummernschilds, gezeigt. Das elektronische Nummernschild 100 hat gedruckte Informationen 103 für die visuelle Übermittlung von Information. Der Anzeigeteil 101 des elektronischen Nummernschilds 100 kann eine rückstrahlende Verkleidung 102 für einen erhöhten optischen Wirkungsgrad beim Lesen von gedruckter Information 103 auf dem Nummernschild 100 aufweisen. Der Mikrostrip- Flecken 106 wird gedruckt, geätzt oder auf das dielektrische Substrat 108 laminiert. Die Groundplane 110 weist das Loch 112 auf, das passend dimensioniert ist, um es der Apertur 122 des Schnittstellenteils 120 des elektronischen Nummernschilds 100 zu ermöglichen, sich in seine Ränder einzupassen, wenn der Schnittstellenteil 120 an dem Anzeigeteil 101 befestigt wird. Der Schnittstellenteil 120 kann an dem Anzeigeteil 101 mit jeder geeigneten Befestigungseinrichtung, zum Beispiel mit Bolzen 124, befestigt werden, so daß die Apertur 122 mit dem Loch 112 und dem Mikrostrip-Flecken 106 ausgerichtet wird, und der Mikrostrip-Flecken 106 elektromagnetisch mit der Übertragungsleitung 126 koppelt. In noch einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung braucht der Anzeigeteil, wie in den Fig. 8, 8A und 8B gezeigt, keine Groundplane aufzuweisen. Statt dessen ist das leitende Substrat 110 mit der Apertur 122 in dem Schnittstellenteil 120 des elektronischen Nummernschilds 100 enthalten. Der Anzeigeteil 101 weist den Mikrostrip-Flecken 106 und das dielektrische Substrat 108 auf. In einer derartigen Ausführungsform schützt die Abdeckung 130 das dielektrische Substrat 128 mit der darauf montierten Übertragungsleitung 126. Ferner kann der Schnittstellenteil 120 größer sein, weil das leitende Substrat 110 von ausreichender Größe sein muß, um als die Groundplane für den Mikrostrip-Flecken 106 zu fungieren.Referring to Figures 7, 7A and 7B, another form of modular electronic display is shown, namely in the form of an electronic license plate. The electronic license plate 100 has printed information 103 for the visual communication of information. The display portion 101 of the electronic license plate 100 may include a retroreflective coating 102 for increased optical efficiency in reading printed information 103 on the license plate 100. The microstrip patch 106 is printed, etched or laminated to the dielectric substrate 108. The ground plane 110 includes the hole 112 which is appropriately sized to allow the aperture 122 of the interface portion 120 of the electronic license plate 100 to fit within its edges when the interface portion 120 is attached to the display portion 101. The interface portion 120 may be secured to the display portion 101 with any suitable fastening means, for example bolts 124, so that the aperture 122 is aligned with the hole 112 and the microstrip patch 106, and the microstrip patch 106 electromagnetically couples to the transmission line 126. In yet another embodiment of the present invention, as shown in Figs. 8, 8A and 8B, the display portion need not include a ground plane. Instead, the conductive substrate 110 with the aperture 122 is included in the interface portion 120 of the electronic license plate 100. The display portion 101 includes the microstrip patch 106 and the dielectric substrate 108. In such an embodiment, the cover 130 protects the dielectric substrate 128 with the transmission line 126 mounted thereon. Furthermore, the interface portion 120 may be larger because the conductive substrate 110 must be of sufficient size to act as the ground plane for the microstrip pad 106.

Claims

1. Modular microstrip antenna system, said system comprising:

a first antenna part (16) comprising:

a radiating element (24) having a first side and a second side;

a first dielectric substrate (26) having a first side and a second side, the second side of the radiating element being adjacent to the first side of the first dielectric substrate; and

a first conductive substrate (28) having a first side and a second side, the second side of the dielectric substrate being adjacent to the first side of the first conductive substrate, the first conductive substrate having an opening (30) therethrough;

a second antenna part (18) comprising:

a second conductive substrate (40) having a first side and a second side and an aperture (42) thereby, the first side of the second conductive substrate

has a surface area larger than said aperture in the first conductive substrate, the aperture being aligned with the radiating element;

a second dielectric substrate (44) having a first side and a second side, the second side of the second conductive substrate being adjacent to the first side of the second dielectric substrate; and

a transmission line (50) adjacent to the second side of the second dielectric substrate; and

a connecting device (52) for removably connecting the first antenna part to the second antenna part.

2. Modular microstrip antenna system, said system comprising:

a first antenna part (16) comprising:

a radiating element (24) having a first side and a second side;

a first dielectric substrate (26) having a first side and a second side, the second side of the radiating element being adjacent to the first side of the first dielectric substrate;

a first conductive substrate (28) having a first side and a second side, the second side of the first dielectric substrate being adjacent to the first side of the first conductive substrate, the first conductive substrate having an aperture (30) therethrough, the aperture (30) being aligned with the radiating element (24);

a second antenna part (18) comprising:

a second dielectric substrate (80) having a first side (82) and a second side (84), the second side (84) of the second dielectric substrate (80) being adjacent to the second side of the first conductive substrate and

a transmission line (50) adjacent to the second side of the second dielectric substrate; and connecting means (52) for removably connecting the first antenna portion to the second antenna portion.

3. Modular microstrip antenna system, said system comprising:

a first antenna part (101) comprising:

a radiating element (106) having a first side and a second side; and

a first dielectric substrate (108) having a first side and a second side, the second side of the radiating element being adjacent to the first side of the first dielectric substrate;

a second antenna part (120) comprising:

a conductive substrate (110) having a first side and a second side and an aperture (122) therethrough, the first side of the conductive substrate having a surface area larger than the radiating element, the aperture (122) being aligned with the radiating element;

a second dielectric substrate (128) having a first side and a second side, the second side of the conductive substrate being adjacent to the first side of the second dielectric substrate; and

a transmission line (126) adjacent to the second side of the second dielectric substrate; and

a connecting device for removably connecting the first antenna part to the second antenna part.

4. The system of claims 1, 2 or 3, wherein the second antenna portion (18, 120) further comprises a protective cover.

5. The system of claim 4, wherein the second antenna portion (18, 120) further comprises a fastening device for securing the second dielectric substrate (44, 80, 128) in position in the protective cover and for securing the first side of the second conductive substrate to the second side of the first conductive substrate.

6. The system of any one of claims 1 to 5, wherein the second antenna portion (18, 120) further comprises a coaxial cable (52) connected to the transmission line (50).

7. System according to one of claims 1 to 6, wherein the second antenna part (18, 120) further comprises an electronic device.

8. Modular antenna system according to claim 7, wherein the second dielectric substrate (44, 80, 128) comprises a conductor board and wherein the electronic device is mounted on the circuit board.

9. The system of any of claims 1 to 8, wherein the first antenna portion further comprises a retroreflective device (22, 102) for retroreflecting incident light, the retroreflective device having printed information for visually communicating information thereon.