车辆天线嵌装玻璃的制作方法

车辆天线嵌装玻璃
1.本发明涉及一种集成到车辆嵌装玻璃中的wifi天线，更具体地，涉及一种集成到车辆挡风玻璃中用于车辆与基础设施(例如驾驶员家的住宅网关)之间的ota(空中)通信的wifi天线。例如，当汽车停在驾驶员家附近时，自动软件更新可以通过位于家中的wifi接入点发送到汽车。由于汽车相对于家庭网关的取向是不可预测的，所以天线辐射方向图应当在360
°
的方位角上尽可能均匀。
2.在集成到嵌装玻璃中时，wifi天线也可以用于给车辆内部提供wifi覆盖。
3.此外，在集成到嵌装玻璃、更具体地集成到挡风玻璃中时，天线应当沿着嵌装玻璃的边界、更具体地沿着挡风玻璃的边界隐藏，隐藏在中央支架的后方，或者使天线不可见或几乎不可见，以使对驾驶员视野的干扰最小化。
4.对于车辆外部的wifi通信，存在两种主要类型的解决方案。
5.第一种是基于位于车辆内部的、典型地在仪表板后方的天线，这些天线已经用于车辆内部的wifi lan(局域网)。因此，相同的天线用于内部和外部wifi覆盖。此方法的主要问题是，虽然车辆内部的覆盖可以很好，但外部的覆盖非常差，主要是由于天线的位置。实际上，在所有方向上，天线与外部介质之间确实存在许多金属零件。
6.第二种选择是使用外部天线，典型地位于保险杠或外后视镜内部的天线。此方法的缺点又是车身的掩蔽效应。例如，位于前保险杠上的天线会正确地朝向汽车前部辐射，但朝向后部的辐射会被金属车身完全阻挡，因此非常差。将天线安装到外后视镜中提供了良好的前后辐射，但是沿着左右方向的轴线非常不对称，这也是因为车身的掩蔽效应。例如，位于右外后视镜中的天线在汽车左侧的辐射水平非常差。这在图1中展示出。为了克服这个问题，oem典型地采用两个天线。例如，每个外后视镜中一个天线。这确实是良好的技术解决方案，但是非常昂贵，因为需要两个天线而不是一个，而且它们的信号必须与附加的电子部件(混频器等)相结合。因此，虽然此解决方案对于昂贵的高级汽车来说是可接受的，但是对于中低等级的车辆来说并非如此，对于中低等级的车辆来说，单个天线系统更简单、更便宜，因此是优选的。
7.因此，本发明提出了一种包括将wifi天线嵌入车辆的嵌装玻璃中的简单解决方案。虽然这种解决方案在技术上可以在任何车辆嵌装玻璃上实施，但天线应优选地位于挡风玻璃中，因为wifi收发器通常位于仪表板后方。天线结构与该收发器之间的布线长度因此缩短，从而限制了rf损耗以及成本。
8.将天线放置在嵌装玻璃、尤其是挡风玻璃中，可以确保车辆前部的最佳覆盖，而且还限制朝向后部的掩蔽效应。取决于天线辐射方向图的形状如何设定，所提出的解决方案于是可以提供与外后视镜中双天线解决方案相似或更好的性能，无论是朝向前部方向还是后部方向，同时在相反方向保持可接受的性能水平。在辐射最弱的方向上，它比仪表板天线好，虽然通常不如外后视镜解决方案好，但价格要低得多。集成于挡风玻璃的天线于是可以被设计成在所期望的方向上使辐射最大化。在集成有天线元件的现有技术挡风玻璃中，与集成到已知外后视镜包壳中的天线相比，朝向前部和后部的辐射稍微更低。然而，它在360
°
方位角上更均匀，并且在朝向汽车的与包含天线的外后视镜相反的一侧更好。
9.因此，本发明涉及一种包括天线元件的车辆天线嵌装玻璃。
10.根据本发明，天线元件是在2.41-2.48ghz频率下工作的wifi天线，天线元件包括连接至同轴连接器的平面辐射元件。
11.根据本发明，天线元件进一步包括平面接地元件和平面馈电结构。
12.根据本发明，平面辐射元件、接地元件和馈电结构可以由平面导电材料制成。
13.根据本发明，接地元件优选地位于辐射元件与车辆嵌装玻璃边缘之间。这使得能够将车身对辐射元件的效应最小化，因此使车身附近引起的天线失谐最小化。为了最大化这种失谐保护并且将天线元件限制为靠近嵌装玻璃边缘，接地元件的较大尺寸基本上与嵌装玻璃边缘平行。
14.根据本发明，整个天线结构由于位于嵌装玻璃与平面天线元件导电材料之间的粘合剂层而粘结至嵌装玻璃。
15.在本发明的优选实施例中，车辆嵌装玻璃是层压式嵌装玻璃。在更优选的实施例中，车辆嵌装玻璃是挡风玻璃。平面辐射元件优选地设置在面4(p4)(即挡风玻璃的内玻璃的外面)上，平面辐射元件由于粘合剂层而粘结至其上。
16.根据本发明的另一实施例，平面辐射元件优选地设置面4(p4)(即挡风玻璃的内玻璃的外面)上，平面辐射元件是银质印刷物平面辐射元件。
17.根据本发明，嵌装玻璃可以是平坦的或弯曲的面板，以配合汽车的设计。玻璃片可以根据安全规格进行回火或层压。在层压式嵌装玻璃的情况下，后者可以包括在其内面的至少一者上的金属涂层，例如红外线阻隔涂层。可以将加热系统(基于导电涂层或导线网络或玻璃片上的银质印刷物)施加在玻璃片上以例如增加除霜功能。而且，玻璃片可以是透明玻璃或彩色玻璃，该彩色玻璃用特定玻璃组合物或者通过施加例如涂层或塑料层进行着色。
18.根据本发明的实施例，平面辐射元件材料可以是基于涂层的薄的金属层、银质印刷物、或细导电丝的细密网格(如果与波长相比网格是细密的，则表现为完全导电的表面)。
19.选择辐射元件的尺寸，使其在wifi频率下高效辐射。优选地在单频带中(2.4ghz频带：2.41-2.48ghz)，但是它也可以是宽带或多频带元件(覆盖2.4ghz频带和全部的或部分的5ghz频带：5.1-5.8ghz)。
20.选择辐射元件的形状和尺寸，以便优化辐射方向图，即，使车辆外部的覆盖最大化，并使车辆周围方位角的辐射均匀性最大化。
21.天线典型地沿着嵌装玻璃的边缘定位，即靠近金属车身，天线的形状和尺寸将被定制以便使车身附近的效应最小化。特别地，辐射元件类型应在靠近大的接地平面中提供良好辐射特性的这些类型中选择。
22.辐射元件还可以潜在地包括至少一个寄生元件，其目的是根据要求设定辐射方向图的形状。
23.辐射元件还可以潜在地包括蚀刻在导电材料中的至少一个缝隙。缝隙形状可以是缝隙天线中使用的与制造过程相兼容的任何通常形状(矩形、圆形、h形、u形
……
)。在多频带天线情况下，该至少一个缝隙可以用于增加频带宽度或创建附加频带。带宽增宽典型地有益于减轻金属车身附近引起的天线失谐。
24.根据本发明，所述天线元件进一步包括平面馈电结构。在连接器不能直接连接至
辐射元件的情况下，平面馈电结构可以用于高效地将射频(rf)信号从连接器传输到辐射元件。馈电结构可以是任何适合的rf传输线，比如微带线或共面波导，或接地元件或其延伸部与辐射元件之间的简单的带缝隙的结构。
25.根据本发明，天线元件连接至同轴电缆连接器、更具体地连接至同轴连接器，用于从收发器的同轴输出过渡到辐射元件或其馈电结构。接地元件或其延伸部连接至连接器的接地导体(即，同轴连接器的外部导体)，而辐射元件连接至连接器的信号导体(即，同轴连接器的内部导体)。此连接器应符合汽车嵌装玻璃天线的典型机械要求(牵引阻力等
……
)。同轴电缆允许将天线元件连接至电力系统。
26.天线位于挡风玻璃中，不应干扰驾驶员的视线。
27.然后，天线系统应当优选地沿着挡风玻璃的边缘定位，典型地沿着a柱或中央支架隐藏在内部塑料盖件的后方，使得从内部看不见或几乎看不见天线系统。
28.此外，天线系统应当优选地位于黑色陶瓷的后方，黑色陶瓷通常用于掩蔽麻醉元件，使得从外部看不见或几乎看不见天线系统。
29.天线系统或天线系统的一部分可以位于别处，只要它保持不可见或几乎不可见即可。例如，天线元件由透明或几乎透明的导电材料(涂层、非常细的嵌入丝的细密网格
……
)制成。
30.在权利要求中和在参考附图的实施例的描述中发展其他优点以及本发明的适当成就和发展，附图示出：
31.图1至图4是实施本发明的特定实施例的示例。
32.为了避免疑问，术语“外部”和“内部”是指作为在车辆中的嵌装玻璃，在安装期间该嵌装玻璃的取向。
33.同样为了避免疑问，本发明适用于所有运输工具，比如汽车、火车、飞机
……
34.为简单起见，在以下说明书中的玻璃板的编号是指常规地用于嵌装玻璃的编号命名。因此，与车辆外部环境接触的嵌装玻璃的面被称为侧面1，并且与内部介质(也就是说乘客舱)接触的表面被称为面2。对于层压式嵌装玻璃，与车辆的外部环境接触的玻璃板被称为侧面1，并且与内部部分(即，乘客舱)接触的表面被称为面4。
35.图1a和图1b表示本发明的实施例。天线元件1是单频带共面波导(cpw)馈电3、pifa(平面倒f天线)天线。辐射元件2由例如细条的导电材料(可以是金属沉积或细线)制成。馈电结构3是cpw结构，该结构穿过接地元件(11)，该接地元件基本上与最近的封装玻璃边缘(19)平行。
36.天线元件1可以在层压式嵌装玻璃、更具体地在挡风玻璃中实施。嵌装玻璃可以包括两个玻璃板，例如外部玻璃板(15)为2.1mm厚，内部玻璃板(13)为1.6mm厚，并且藉由例如聚乙烯醇缩丁醛制成的0.76mm的热塑性板(14)连结。根据本发明，天线元件1设置在驾驶员的视野之外、更具体地设置在隐藏区域中。导电材料(8)(包括辐射元件(2)、接地元件(11)和馈电结构(3))由于粘合剂层(16)而粘结至嵌装玻璃、并且可选地由例如一些薄塑料板制成的保护层(17)覆盖。
37.使用用于同轴电缆的连接器9来在同轴电缆10与馈电结构(3)之间进行过渡。连接器(9)将同轴电缆(10)的内部导体连接至馈电结构(3)，并且将同轴电缆(10)的外部导体连接至接地元件(11)。
38.在此特定情况下，天线结构1应当优选地位于面4(也称为p4)中，因为连接器9由于其厚度(太厚)而不能被层压。然后，连接器9应当隐藏在汽车内部的塑料盖件(a柱或中央支架)后方。
39.根据如图2所示的本发明的另一个实施例，可以使用具有寄生元件4的平面cpw馈电(3)天线。可以在主辐射元件2附近添加至少一个寄生元件4，以便根据应用要求来设定辐射方向图的形状，或创建附加共振，从而提供多频带行为。此至少一个寄生元件4与主辐射元件2电绝缘(未与之连接)。该至少一个寄生元件4由导电材料制成，该导电材料可以与主辐射元件2类型相同或不同。
40.根据如图3所展示的本发明的另一个实施例，表示了平面折叠单级天线，馈电结构3可以被实施为辐射元件(2)与接地元件或其延伸部(12)之间的间隙(18)。
41.根据本发明的另一个实施例，如图4a和图4b所示，可以使用缝隙(5)。在这些示例中，缝隙分别蚀刻在辐射元件(2)或接地元件(11)或其延伸部(12)中。图4a描述了cpw馈电pifa天线，其中缝隙(5)蚀刻在主辐射元件(2)中，以便调谐天线阻抗或创建新的共振并且打开新的频带。在图4b中，缝隙(5)蚀刻在接地平面(11)的延伸部(12)中，并且用作主辐射源。
42.根据本发明的实施例，可以在面2上设置通常用于掩蔽所有非美学元件(例如连接物，传感器
……
)的黑色搪瓷。应当理解，可以在面2和/或面3和/或面4中设置搪瓷或任何掩蔽带。
43.此实施例涉及挡风玻璃，即，层压式嵌装玻璃，然而，它可以转置成用一个玻璃片制作的嵌装玻璃，比如侧窗玻璃、后窗玻璃
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44.根据本发明的天线元件(1)与带涂层的嵌装玻璃(比如红外线阻隔嵌装玻璃、或加热式带涂层的嵌装玻璃)、以及与加热式含丝的嵌装玻璃兼容。两种嵌装玻璃都是众所周知的并且现今常用，然而，它们可能会妨碍天线元件的效率。因此，在优选的实施例中，当施加在包括金属涂层的嵌装玻璃上时，位于天线元件正上方的嵌装玻璃区域中的此涂层可以被部分移除。这种局部去涂层能够恢复天线的大部分性能。在更优选的实施例中，去涂层的表面可以采用规则网格的形式，该规则网格由相交的去涂层的细线阵列组成。网格的平行线之间的间距应比波长小、优选地小于波长的四分之一。