寬帶天線

背景技術(shù)：
作為標(biāo)準(zhǔn)的鞭狀天線和屋頂安裝的桅桿天線的替代品，汽車車窗天線已經(jīng)被使用了許多年，包括在后窗和風(fēng)擋中的鍍銀天線或嵌入式電線。最近，金屬涂覆的紅外線反射薄膜已經(jīng)被用作了車輛的天線。其它天線布置并入了在車窗的金屬框架與導(dǎo)電透明膜板之間的縫隙天線，導(dǎo)電透明膜板粘附到窗并且具有與窗框架的內(nèi)邊緣隔開的外圍邊緣，以限定縫隙天線(slotantenna)。各種這樣的布置利用覆蓋車體的窗框架的導(dǎo)電涂層的至少一個(gè)邊緣來通過耦合高頻地形成到地的短路，從而改進(jìn)射頻波的發(fā)送和接收。隨著對(duì)車輛電子設(shè)備的性能要求的快速增長(zhǎng)，越來越多的天線已經(jīng)被集成到車輛中。尤其是在FM和TV頻率，天線系統(tǒng)要求大量的天線用于分集操作，以克服多路徑和衰減效應(yīng)。在現(xiàn)有系統(tǒng)中，分開的天線和天線饋送被用于滿足這些要求。例如，具有分開的饋送點(diǎn)和多個(gè)模塊的多達(dá)11根天線已經(jīng)被用于覆蓋AM、FM/TV分集、天氣頻段、遠(yuǎn)程無密鑰進(jìn)入和DAB頻帶III，其中，大部分天線被集成到后窗玻璃中。通過使用電網(wǎng)將分開的天線信號(hào)組合，可以避免從天線延伸到接收器的多條同軸電纜。但是，這樣的網(wǎng)絡(luò)涉及增加分開的模塊的復(fù)雜性和費(fèi)用。這樣，為了限制玻璃上的天線系統(tǒng)的復(fù)雜性和費(fèi)用，可能希望將天線饋送的數(shù)量保持為最少。這樣，存在對(duì)單饋送天線的需要，尤其是IR反射風(fēng)擋天線，其提供用于不同應(yīng)用的寬帶寬特性。還存在對(duì)通過使用天線匹配和頻率調(diào)諧方法來降低車輛上的天線數(shù)量并簡(jiǎn)化天線及其相關(guān)電子設(shè)備的天線系統(tǒng)的需要。希望這樣的天線滿足系統(tǒng)性能要求，同時(shí)，在保持良好的美觀的同時(shí)保留窗的熱反射涂層的太陽能優(yōu)點(diǎn)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
本發(fā)明的實(shí)施例涉及車窗組件。窗組件包括具有內(nèi)金屬邊緣的框架和固定到該框架的窗格(windowpane)。窗格包括：內(nèi)玻璃層、外玻璃層、內(nèi)玻璃層與外玻璃層之間的夾層、以及位于外玻璃層的表面上的導(dǎo)電涂層，其中，導(dǎo)電涂層具有與框架的內(nèi)金屬邊緣隔開的外圍邊緣，以限定天線縫隙(antennaslot)。窗組件還包括：電連接到導(dǎo)電涂層的外圍邊緣的天線饋送結(jié)構(gòu)、以及位于內(nèi)玻璃層上并覆蓋接近天線饋送結(jié)構(gòu)的導(dǎo)電涂層的外圍邊緣的電容耦合帶，其中，耦合帶將寬帶寬射頻信號(hào)耦合入天線縫隙和從天線縫隙耦合出去。本發(fā)明的實(shí)施例涉及車窗組件。窗組件包括玻璃層和位于外玻璃層的表面上的導(dǎo)電涂層，其中，導(dǎo)電涂層具有與框架的內(nèi)金屬邊緣隔開的外圍邊緣，以限定天線縫隙。窗組件還包括位于玻璃層上并覆蓋接近天線饋送結(jié)構(gòu)的導(dǎo)電涂層的外圍邊緣的電容耦合帶，其中，耦合帶將寬帶寬射頻信號(hào)耦合入天線縫隙和從天線縫隙耦合出去。根據(jù)下面的描述和示出本發(fā)明實(shí)施例的附圖，本發(fā)明的這些和其它細(xì)節(jié)、目的和優(yōu)點(diǎn)將會(huì)變得更好理解或者變得清楚。附圖說明在本文中通過舉例，結(jié)合附圖來描述了本發(fā)明的各種實(shí)施例，在附圖中：圖1示出根據(jù)本發(fā)明的各種實(shí)施例的透明玻璃天線；圖2-3是根據(jù)本發(fā)明的各種實(shí)施例的沿著圖1中的線2-2截取的截面圖；圖4示出根據(jù)本發(fā)明的各種實(shí)施例的透明玻璃天線；圖5是在從45MHz到240MHz的天線共振頻帶中的天線返回?fù)p耗(antennareturnloss)的圖；以及圖6是在從46MHz到862MHz的天線共振頻帶中的天線返回?fù)p耗的圖。具體實(shí)施方式本發(fā)明的實(shí)施例涉及用于車輛的多頻帶縫隙天線。縫隙天線在窗的金屬框架與導(dǎo)電透明涂層面板之間形成，導(dǎo)電透明涂層面板粘結(jié)到該窗并且具有與窗框架的內(nèi)邊緣隔開的外圍邊緣，以限定縫隙天線。在各種實(shí)施例中，使得縫隙尺寸和饋送網(wǎng)絡(luò)支持寬帶，其包括，例如，F(xiàn)M、TVVHFUHF、天氣頻段、遠(yuǎn)程無密鑰進(jìn)入系統(tǒng)(RKE)和DAB頻帶III。該天線可以僅使用單天線饋送，并且可以位于暗的或黑色的油漆帶之后，因此，避免了窗的可視區(qū)域的昏暗。本發(fā)明的實(shí)施例提供例如用于汽車的多頻帶線。帶狀天線饋送元件被置于涂層面板的周邊，并且在高頻處通過電容連接到涂層面板。同軸傳輸線被連接到天線，其中，屏蔽端子被連接到車輛框架，主端子連接到天線元件。涂層被延伸并覆蓋天線饋送元件區(qū)域，但是與車輛框架分開放置，從而使得縫隙天線不與地短接。覆蓋區(qū)域的大小由饋送天線所需的電容來確定，并且可以被調(diào)整以在例如VHF頻帶處與天線匹配。在UHF頻帶中，縫隙天線阻抗主要是電抗性的，并且為了激發(fā)更高階的模式，可能期望匹配電路。在本發(fā)明的實(shí)施例中，印刷的跟蹤感應(yīng)器被集成到窗的內(nèi)玻璃層的表面上的天線耦合元件中。該感應(yīng)器的電抗被調(diào)諧為匹配用于TVUHF頻帶的天線。在各種實(shí)施例中的感應(yīng)器的電抗在VHF頻帶處非常小，因此，不會(huì)顯著地影響在VHF頻帶處的天線性能。在各種實(shí)施例中，縫隙天線通過電容耦合來饋送。饋送天線的非接地傳輸線通過覆蓋導(dǎo)電涂層的帶狀金屬印刷物被電容耦合到窗上的導(dǎo)電涂層。金屬帶和覆蓋區(qū)域的大小可以被選擇，以激發(fā)縫隙天線的寬帶共振，從而支持在不同頻帶處的不同電子設(shè)備的應(yīng)用。圖1示出根據(jù)本發(fā)明的各種實(shí)施例的透明風(fēng)擋組件10及其相關(guān)主體結(jié)構(gòu)。風(fēng)擋20由金屬框架30圍繞，金屬框架30具有由車體窗邊緣11限定的窗孔徑。如本文中所描述的，本發(fā)明的實(shí)施例可以被用于不是風(fēng)擋而是其它類型的窗或窗組件的窗和窗組件上。例如，本發(fā)明實(shí)施例可以并入到任何窗或遮陽篷燈。為了清楚起見，所有這樣的窗和窗組件在本文中都被稱為風(fēng)擋20。風(fēng)擋20的外邊緣21覆蓋框架30的環(huán)形法蘭38，以允許將風(fēng)擋20固定到車體，框架30是車體的一部分。如從圖2中看到的，環(huán)形密封部件35被放置在風(fēng)擋20與法蘭38之間，并且模制件34橋接框架30與風(fēng)擋20之間的外隙。風(fēng)擋20可以是標(biāo)準(zhǔn)的層疊車輛風(fēng)擋，其由通過插入層或夾層18粘結(jié)在一起的外玻璃層14和內(nèi)玻璃層12形成。夾層18可以由例如標(biāo)準(zhǔn)的聚乙烯醇縮丁醛或任何類型的塑料材料構(gòu)成。外玻璃層14具有在車輛外部的外表面140(常規(guī)上被稱為1號(hào)表面)以及內(nèi)表面142(常規(guī)上被稱為2號(hào)表面)。內(nèi)玻璃層12具有在車輛內(nèi)部的外表面122(常規(guī)上被稱為3號(hào)表面)以及在風(fēng)擋20內(nèi)側(cè)的內(nèi)表面120(常規(guī)上被稱為4號(hào)表面)。夾層18位于表面142與122之間。如圖2所示，風(fēng)擋20可以包括在風(fēng)擋20的周邊的周圍的暗的或黑色的油漆帶22，以隱藏風(fēng)擋20的邊緣周圍的天線元件和其它設(shè)備(未示出)。風(fēng)擋20還包括導(dǎo)電元件或?qū)щ娡繉?6，其占據(jù)透明的目光開口。涂層16可以以本領(lǐng)域已知的任何方式由施加到外玻璃層14的表面142上(如圖2所示)或施加到內(nèi)玻璃層12的表面122上的透明導(dǎo)電涂層構(gòu)成。涂層16可以包括單層或多層的含金屬的涂層，例如，在Gillery等人的美國專利No.3,655,545、Gillery的美國專利No.3,962,488和Finley的美國專利No.4,898,789中所公開的涂層。導(dǎo)電涂層16具有外圍邊緣17，該外圍邊緣17與車體窗邊緣11隔開，并且，導(dǎo)電涂層16限定邊緣11與外圍邊緣17之間的環(huán)形天線縫隙13。在一個(gè)實(shí)施例中，縫隙寬度足夠大，使得在操作頻率處跨越它的電容效應(yīng)可以忽略不計(jì)，從而使得信號(hào)不會(huì)被短路。在一個(gè)實(shí)施例中，縫隙寬度大于10mm。在一個(gè)實(shí)施例中，就期望應(yīng)用的共振頻率而言，對(duì)于環(huán)形縫隙，縫隙13的長(zhǎng)度是波長(zhǎng)的整數(shù)倍，或者，對(duì)于非環(huán)形縫隙，縫隙13的長(zhǎng)度是半個(gè)波長(zhǎng)的整數(shù)倍。對(duì)于典型車輛的風(fēng)擋，縫隙長(zhǎng)度為在VHF頻帶處共振并且可以被用于TVVHF頻帶和FM應(yīng)用。天線可以由諸如同軸電纜的不平衡傳輸線來饋送，該不平衡傳輸線使用小的金屬層被電容耦合到涂層16，該小的金屬層被選擇用來將天線阻抗與傳輸線阻抗匹配。如圖1所示，涂層16(在表面142上)和天線饋送元件40(在表面120或122上)可以在天線饋送區(qū)域中重疊，以形成平行板電容器。通過針對(duì)關(guān)注的頻帶來改變饋送元件40的大小以及元件40與涂層16之間的重疊區(qū)域，可以調(diào)整匹配天線阻抗所需的電容。圖2示出一個(gè)實(shí)施例，其中，縫隙天線饋送元件40被并入到玻璃層12與14之間。饋送元件40可以是諸如銅帶、銀陶瓷、或任何其它金屬帶的金屬層，其被粘結(jié)到內(nèi)玻璃層12的表面122，并且通過夾層18與涂層16隔開。導(dǎo)電地連接到饋送元件40的諸如銅箔的金屬箔33在夾層18和內(nèi)玻璃層12的邊緣周圍被折疊回去，并且被夾在內(nèi)玻璃層12的表面120與密封部件(例如，膠珠)35之間。箔33被導(dǎo)電地連接到同軸電纜50的中心導(dǎo)電體44。箔33可以由例如塑料帶覆蓋，從而箔33被隔離而不與框架30接觸，并且當(dāng)射頻信號(hào)通過窗法蘭38和密封部件35時(shí)，使這些射頻信號(hào)短路。電纜地線46被連接到窗法蘭38的內(nèi)金屬邊緣11附近的框架30。圖3示出一個(gè)實(shí)施例，其中，諸如金屬帶或銀陶瓷的天線饋送元件41被粘結(jié)到內(nèi)玻璃層12的內(nèi)表面120。饋送元件41通過夾層18和內(nèi)玻璃層12與涂層16隔開。同軸電纜50的中心導(dǎo)電體44通過絕緣電線或箔以例如傳統(tǒng)方式(諸如焊接或通過嚙合刃式連接器(matingbladeconnector))被連接到饋送元件41。在各種實(shí)施例中，優(yōu)選地，電容耦合可以是天線饋送布置，這是由于在各種實(shí)施例中，其提供了相對(duì)容易的制作工序并且給予了天線調(diào)諧和阻抗匹配的機(jī)會(huì)。天線饋送布置提出了使用其自身阻抗將阻抗轉(zhuǎn)換為縫隙天線模式，其是饋送元件的期望的操作頻率、饋送位置、形狀和大小以及到車輛框架地線的距離的函數(shù)。只有與傳輸線特征阻抗(例如50Ω)相匹配的縫隙天線13的模式可以被激發(fā)。與圖2中示出的直接饋送相比，如圖3所示的電容耦合饋送可以提供更容易的調(diào)諧用于阻抗匹配的電容的方法，這是由于天線饋送元件41位于內(nèi)玻璃層12的內(nèi)表面120上。根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的縫隙天線13的阻抗具有實(shí)分量和虛分量(reactivecomponent)。在各種實(shí)施例中，發(fā)現(xiàn)縫隙天線13的VHF頻帶具有導(dǎo)電性的虛分量。只有實(shí)部表示輻射損耗。由于天線饋送元件41與涂層16之間的電容是由界面面積、元件之間的距離以及材料的介電常數(shù)來確定的，因此可以通過設(shè)計(jì)來選擇界面面積和距離，從而將天線與傳輸線進(jìn)行匹配，由此最小化由傳輸線看到的凈虛分量，從而最大化射頻能量傳輸，尤其是針對(duì)VHF頻帶?？梢赃x擇天線饋送位置，從而可以針對(duì)不同頻率的每種應(yīng)用來激發(fā)某些模式。在涂層16的電阻被用于例如除霧器或除冰目的時(shí)，電容耦合還提供了與涂層16的DC隔離。再次參考圖1，在一個(gè)實(shí)施例中，兩根天線可以沿著其中安裝有風(fēng)擋20的車體的A柱對(duì)稱地放置。在一個(gè)實(shí)施例中，這兩根天線饋送至少分開λ/4波長(zhǎng)并且弱耦合，這樣，兩者都可以被同時(shí)用于例如FM和TV分集式天線系統(tǒng)。天線可以在風(fēng)擋20的頂部和底部被饋送，導(dǎo)致更多的空間和模式多樣性。在側(cè)面的天線饋送對(duì)水平極化提供更多的天線增益，而在底部和底部的天線饋送在垂直極化中給出更多的增益。天線基本模式的共振頻率是主要由縫隙長(zhǎng)度來確定的，該縫隙長(zhǎng)度可以被設(shè)計(jì)為使得模式共振頻率與車輛電子系統(tǒng)的操作頻率一致。通過去除涂層16的一部分或多個(gè)部分來在涂層16的邊緣部分引入一個(gè)或多個(gè)狹縫，可以增加縫隙長(zhǎng)度。射頻電流被強(qiáng)制繞開這些狹縫，因而增加了縫隙13的電氣長(zhǎng)度。結(jié)果，共振模式頻率向著更低的頻帶偏移。圖1示出通過例如掩?；蚣す鈩h除來移除目標(biāo)區(qū)域處的涂層16的部分而形成的兩個(gè)狹縫46。狹縫46的長(zhǎng)度、寬度和數(shù)量是由風(fēng)擋20的大小和關(guān)注的頻帶確定的。在一個(gè)實(shí)施例中，狹縫46被引入到例如暗油漆帶(darkpaintband)22中的涂層16的任意部分，從而使得刪除不可見。類似于圖1和圖3中示出的實(shí)施例的實(shí)施例被構(gòu)建并測(cè)試。160mm長(zhǎng)和10mm寬的饋送元件41被用于這樣的實(shí)施例中。在一個(gè)實(shí)施例中，電容區(qū)域是用于VHF頻帶的饋送元件41與涂層16的重疊區(qū)域，其在10到20平方厘米的量級(jí)。圖5是縫隙天線13的返回?fù)p耗(S11)的圖，其示出天線在從45MHz直到240MHz的非常寬的VHF頻帶中輻射和接收良好，該VHF頻帶覆蓋了TV頻帶I(47-68MHz)、日本FM頻帶(76MHz-90MHz)、美國/歐洲FM(87.9MHz-108MHz)、天氣頻帶(162.4MHz-162.55MHz)、TV頻帶III(174MHz-230MHz)以及數(shù)字音頻廣播(DAB)頻帶III(174MHz-240MHz)。根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的縫隙天線13的阻抗被發(fā)現(xiàn)具有在UHF頻帶中為電容性的虛分量。感應(yīng)器42被引入，以部分地補(bǔ)償U(kuò)HF頻帶中的阻抗的電容性電抗。其在圖4中示出，其中，饋送元件41被分開，從而在中間部分提供感應(yīng)器42。感應(yīng)系數(shù)的值被設(shè)計(jì)以匹配天線的電容性電抗，天線的電容性電抗是風(fēng)擋20的期望的操作頻率、大小和形狀以及天線饋送位置的函數(shù)。類似于圖1中示出的實(shí)施例但是添加了如圖4所示的感應(yīng)器42的實(shí)施例被構(gòu)建并測(cè)試。圖6是縫隙天線13的返回?fù)p耗(S11)的圖，其示出天線在從47MHz到240MHz的VHF頻帶與從470MHz到860MHz的UHF頻帶中都輻射和接收良好?？p隙天線演示了用于多頻帶應(yīng)用的能力，其可以降低天線的數(shù)量、簡(jiǎn)化天線放大器的設(shè)計(jì)并降低天線系統(tǒng)的總成本。通過舉例的方法，本發(fā)明的實(shí)施例涉及用于諸如汽車的車輛的透明縫隙天線?？p隙天線包括在施加到窗區(qū)域的外玻璃層的表面上的導(dǎo)電涂層。導(dǎo)電涂層周邊邊緣與窗邊緣隔開，以限定環(huán)形縫隙天線。電容耦合饋送結(jié)構(gòu)被用于在非常寬的頻帶上匹配縫隙天線，從而覆蓋例如從45MHz到860MHz的頻率范圍，其包括：TV、FM、天氣頻帶、遠(yuǎn)程無密鑰進(jìn)入(RKE)和DABIII頻帶。雖然已經(jīng)描述了本發(fā)明的若干個(gè)實(shí)施例，但是應(yīng)當(dāng)明白，在獲得本發(fā)明的某些或全部的優(yōu)點(diǎn)的情況下，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以對(duì)這些實(shí)施例進(jìn)行各種修改、改變和改建。因此，應(yīng)當(dāng)在不脫離本發(fā)明的范圍和精神的情況下涵蓋所有的這些修改、改變和改建。