专利名称：天线装置及装有这种天线装置的窗的制作方法
技术领域：
本发明涉及到传输与接收电磁波信号的天线装置以及安装有这种天线装置的窗。
电磁波的接收与传输特别要求要有交叉偶极子天线。例如从专利DE 699 05 436 T2人们就了解到这种天线。这种交叉偶极子天线的缺点在于，对某些应用来说其高度过高。
如果必须要小的高度，在高频技术中使用的天线常常是所谓接插天线，天线本身由接插件组成。使用这种天线时，接插件和电源电缆必须常常呈同样的成层结构，这等于是说衬底的材料和衬底的高度对电源电缆和接插件要完全相同。在这种情况下，在要求电源电缆应既不传输也不接收与要求天线本身应尽可能好的传输或接收之间求得一个良好的折衷方案是很难的。
在通讯联络技术领域中，正在越来越经常地使用要求无线通信的设备。这种通信的应用例如有集中交通管理或电子收费系统(ETC)。这些应用所使用的频率通常大约5.8GHz(微波频率)。用于这些频率的天线也叫DSRC天线(意指专用短距离通信)。在ETC领域，从专利US 6 421 017 B1了解到用于机动车辆的车载DSRC设备(OBU机载设备)。这种OBU包括天线和控制设备，用于与沿行驶路线配置的发送机/接收机装置进行通信。根据上述美国专利的革新在于，将OBU改成能够将其安装在距风窗一定距离的前围板上。这就使得能够避免因安装不准确在无线与窗间所造成的各种间隙而使天线特性过于分散。用这种装置的缺点是OBU的安装位置不能改变。在窗必须覆盖有电磁波反射层时又出现了另一缺点。在这种情况下，只有在涂层中设置相应的通信窗口时才可能进行数据传输。不过这种通信窗口的制造常常要受到增大复杂性和增加成本的限制。
本发明的目的是提供一种外部尺寸小易于在指定位置安装的天线装置。
因此，本发明首先提出了发送和接收电磁波信号的天线装置，该天线装置包括-由介电材料制成的平板载体衬底，
-喷涂在载体衬底一个表面上的第一导电轨道，该第一导电轨道在一端有接触点以便在那里收集或引入信号，其在相对的一端有第一偶极子，-喷涂在载体衬底另一表面上的第二导电轨道，-第二导电轨道在一端有接触点以在那里收集或引入信号，并在相对的一端有第二偶极子，及-第一和第二偶极子形成交叉偶极子。
根据本发明，天线装置就由不导电的平板衬底例如薄膜所组成，平板衬底的主表面上设置起信号线作用的两个导电带。
每个导电带的一端配置成能够与另一电子部件或另一信号线建立一个链接。
导电带相应的另一端作为构成偶极子各极的两个折叠部分而终止。
由于其这种配置，天线在整体上都非常平。
源于两个导电带的偶极子彼此相互处在垂直投影当中以形成交叉偶极子。
每个偶极子的两个极最好互相垂直并且这两个偶极子本身最好相互旋转180°。
此外，如果所用的支持物或衬底是薄膜，则天线装置还要是柔性的。这就大大地简化了在载体结构上，在载体结构内，或靠着载体结构的安装。
构成天线结构的导电段的尺寸通过整合周边介质以大家知道的方式与工作频率以及整个系统的通带相匹配。
为了使偶极子和导电带的阻抗或特性阻抗相匹配，最好在天线区本身与导电带同偶极子相连接并用于信号传输的那部分之间使用所谓的λ/4变换器。λ/4变换器为一段导电带，调节其特性阻抗以便能够获得使所接收或传输信号在与其电链接的导电带中以可能最小的损失来传输。这样其特性阻抗就互相匹配了。λ/4变换器本身以及与其链接的导电带都以所谓带状线来体现，带状线的特征在于配置在载体衬底相对表面上的导电带相重合。因而带状线是双极线，其包括相互重合且最好彼此紧密相间的导电带。
在只用来载运信号的两个导电带的各段呈现不同的宽度时，这等于是说出现了所谓微波带线路时，配置在衬底两侧一个在另一个上方的导电带中的线路损失就可以减小。这里两个导电带的纵轴相平行且最好相重合。于是导电带之间产生的电磁场就能以减小辐射的方式被限制在其范围之内。
对带状线和与其相链接并只用于传输信号(例如微波带线路)的导电带之间的过渡段来说最好是不要做成在导体宽度上有突变。最好是，做成宽度渐变的过滤线以便避免不希望有的反射进而使信号无效和衰减。渐变过渡通常用常常称为“锥形平衡-不平衡变换器”的适配元件来实现，要么其也可以是例如一段梯形。
在某些情况下，对导电轨道进行屏蔽，也就是说保护信号传输通路不受外部电磁波辐射作用的影响可能证明是明智的。这种屏蔽作用例如通过在信号导线本身上方或下方的附加导电材料带就可以得到。这种附加导电轨道当然是要与信号导线电绝缘的。利用起支承作用的同一介电衬底的中间层或通过其他措施例如通过提供绝缘漆中间层就可以实现这种绝缘。屏蔽线可以接地以提高屏蔽的性能。
铜已经证明了其作为导电轨道材料的价值，这一方面是由于它具有良好的导电性，另一方面是由于它易于实施。十分明显，可以使用其他适合的导电材料，例如如锡、银或金等金属。
电绝缘支持物可以由例如聚酰亚胺组成，这种材料也常常用作为带状电缆的支持物。不过，也可以使用任何其他适合材料，只要其表现出所必须的性能，特别是良好的介电性能，或许是能够以薄膜形式实现并能够将导电结构加在薄膜上。
高频下的信号传输可能引起相当严重的线路损失和/或因辐射引起的损失，由此必须为相应的应用而设计与天线装置相连接的链接线路以便使损失最小。如果在天线装置与处理设备如距天线装置某一距离安装的OBU之间必须有一接口，可能的话为通用或标准化接口，那么借助于紧靠着或就在天线装置本身上的电子电路就可以根据本发明将高频信号用的信号转换进基带，也就是说转换成低频信号的信号。这些信号可以以很低的损失甚至通过很大的距离传输给处理设备。
所说的电子电路可以由例如根据DE 198 56 663 C2或DE 101 29664 C2的分立和/或集成电子元件(IC)所组成。现有的技术水平能够将这种电子电路制造成非常扁平的形状，因而不用附加条件就可以将它们安装在薄和/或柔性的载波衬底上(例如根据DE 100 02 777C1)。除变频器以外，电子电路还可能包含放大器，调谐器和/或其他处理元件。
根据本发明的扁平天线结构特别适合于安装在建筑物或车辆的窗户上。准确地说，由于其扁平形状，根据本发明的天线装置可以极其离散地加在如窗户等扁平的物件上。
使用柔性薄膜情况下的柔性天线结构特别适合于安装在建筑物或车辆的窗户上。特别是，天线的柔性结构还使其能够毫不困难地安装在曲面窗上。根据本发明的天线装置特别易于胶结。
所用的窗可以是单块的，即由单块板组成，或是由几块板和/或薄膜组成的多层板。由玻璃或塑料制成的板基本上是透明，扁平或弯曲的。板配备有一层或数层薄膜，两块或多块板可使用粘合层或粘合膜粘结在一起。
凭借上述特性，可以很容易地将天线装置粘结到窗的主表面上。
在多层结构情况下，例如使用层压板的窗时，也可以将扁平天线装置整体或部分安装在夹层结构之内。
配有接触点的载体衬底区可在侧向上从夹层结构伸出并可绕窗的侧缘折叠。这样就易于实现与附加信号线或与光源或有源网络的链接。
在本发明使用多层或单块窗用板的第一实施方案中，天线装置有偶极子的区域粘结在窗的一个自由主表面上，天线装置有用来收集和/或引入信号的接触点的区域粘贴在窗的另一主表面上，而载体衬底则绕窗的周边表面通过。
在本发明使用多层窗用板的第二实施方案中，天线装置有偶极子的区域配置在窗的两层之间，天线装置有用来收集和/或引入信号的接触点的区域粘结在窗两个自由主表面中的一个主表面上，而载体衬底则绕窗之至少一层的周边表面通过。
考虑到载体衬底绕窗的侧缘通过，在单片板的周边边缘，或在夹层板结构情况下此区域中的一个或多个单个板的周边边缘设置凹口或凹部(例如参见专利EP 0 593 940 B1)可能证明是有好处的。
这么做就能够保证载体衬底不超出窗的原来轮廓。这样就可以避免运输或装卸过程中的损坏并大大减轻嵌入窗框或安装窗框的困难。在载体衬底承载截面大于导电轨道和偶极子截面的部件，例如承载用于频率匹配或适配链接器的电子电路时，实现有凹口的周边边缘尤其适合。这些部件就可设置在周缘上所形成的凹部中并在其中受到特别保护，在凹部中这些部件要比安装在板表面上的情况暴露得少。载体衬底安装结束后，可以用适当的密封材料对这些部件进行压制，借助于密封材料，所说的凹部就可以与表面拉平。
如果窗配备有反射电磁波但在光学上是透明的薄层或涂层，那么仍然必须注意到天线装置并未被此薄层或涂层所屏蔽。因此这一薄层或涂层一定不要配置在天线装置与无线信号的发送机或接收机之间。反过来，此薄层或涂层必须包括允许电磁波通过的区域(通信窗口)。十分明显，在两个偶极子之间都不应当设置反射电磁波的任何薄层或涂层。
还是在优选的实施方案中，无论窗是单片的还是分层的，天线装置都要设置包含偶极子的区域以便恰当地传输或接收电磁波信号，在将窗安装在例如汽车上之后，该区要设置的比所说的反射层更为靠外。
所说的反射电磁波的薄层或涂层用于例如热绝缘或可以起表面加热的作用。
本发明的特殊优点在于，如果天线装置或起码是含偶极子的区域固定在窗上或靠着窗固定，必须在将窗安装在例如汽车上之后对可能存在的、向内指向的电磁波进行反射的涂层加以修改或处理。
在窗为多层板时，天线装置含偶极子的区域可设置在反射涂层或薄层与窗外层即要用作最外层的那层的内表面之间。
在窗为单片板时，天线装置含偶极子的区域可设置在反射涂层或薄层与板的内表面之间。
在将根据本发明的天线装置安装在窗上或倚靠窗时，它可以受到其中一块板或薄膜上的一层不透明或半透明漆的保护，所以从外面看不到它。这种保护可能出于审美原因，但也可保护某些材料免受紫外线的影响。
从典型实施方案的附图以及以下的详细说明可不加限制地得出本发明对象的其他特点和优点。
简化的不按比例的图示说明如下
图1从上面看到的呈薄膜形式的天线装置的第一实施方案；图2沿图1实施方案直线A-A的剖视图；及图3薄膜形式有屏蔽线的天线装置第二实施方案的剖面图。
图4包括图1天线装置的窗剖视图。
图5包括图1天线装置以图4之变型的窗的剖视图。
图6根据本发明天线装置第三实施方案的纵向剖视图。
根据图1和图2，天线装置1由聚酰亚胺制成的半透明柔性载体薄膜2组成，薄膜中集成有铜制导电带3和4。载体膜2约30mm宽，150μm厚。集成导电带约17μm厚，间距约100μm。
起极50和51或60和61作用的两个导电段分别从导电带3和4的一端延伸。在一侧的极50和51与另一侧上的极60和61(用虚线表示的)在电气上相连接分别构成天线偶极子。极50和51与导电带3的侧面界限构成135°角。另一方面，极60和61与导电带4(虚线所示)的侧面界限成45°角。这样在一侧的极50，51与在另一侧的极60和61分别在它们之间形成直角，而所构成的两个偶极子50/51与60/61并不重合，但相互旋转了180°。
在图1的图示中，两个偶极子50/51和60/61的底互相重合在竖直投影方向上形成了一个X形。不过，通过将底相互移位还可以想象到其他的重叠情况。在极端情况，是在竖直投影中形成一个菱形。
出于简化的原因，这里没有表示出天线装置与表示偶极子50/51和60/61的区域16相反的区域。在那里设置了用来将导电带3和4与天线电缆或电子电路相连接的元件以便在那里收集和/或引入所传输的信号。这类元件成为现有技术水平的组成部分，因此这里将不作为更详细说明的对象。
直接与偶极子50/51和60/61连在一起的导电段以所谓λ/4变换器的形式体现出来，它使偶极子的阻抗和以带状线31体现的重合导电带的阻抗相匹配。在图1中只有λ/4变换器7的上面线路部分和导电带3的带状线31可以看得见，在此图示中与导电带4相关联的相应部件都被遮盖住了。
通向与载体薄膜偶极子相对一端链接元件的导电带3和4的区域32和42，其具有不同的宽度并形成所谓微波带线路。在整个系统的配置中，这种线路证明其表现出的衰减比带状线或其他类型线路的衰减要低。因阻尼造成的损失显著减小。导电带非对称区32、42与对称带状线31之间的过滤逐渐进行以便减小或消除在线路范围内不希望有的反射，阻尼从而减小或消除所传输信号的衰减。
图3表示出根据本发明天线装置1’的第二实施方案。如图2中一样，图3表示出通过宽度不对称导电带320和420区域的断面图。但这里在导电带320上方和导电带420下方另外还设置了屏蔽带8和9并将它们集成进衬底2。将屏蔽带8和9接地或与接地极相连接，这有助于改进对传输信号用的导电带320和420的屏蔽。这样从外部作用的不希望有的信号就可以有效地被阻止。
在所提出的典型实施方案中，天线装置的导电部件(导电带3，4，32，42，320和420，以及屏蔽带8和9)总是以完全集成进载体衬底来体现。十分明显，这并非绝对必要，特别是在这些导电元件不与其他导电元件(金属导线，加热丝等)相接触时。特别是在根据本发明的天线装置被集成进另一部件例如层压窗时正是这种情况。还有，天线装置的导电部件(导电带3，4，32，42，320和420)或适当时的屏蔽带8和9都可以在载体衬底的自由表面上，并且还可以用漆尤其是绝缘漆覆盖。
尽管在附图的上述说明中指出导电带3，4，32，42，320和420以及屏蔽带8和9是“集成的”，但是这既不应当限制制造方法(例如用双金属挤压法)也不应限制天线装置在单块载体衬底上的结构。虽然附图中载体衬底2总是以单体形式表示，但它也可以由一个设置在另一个之上的几层薄膜或薄板组成。这些(部分)载体衬底于是就各代表一个或多个导电带要不然它们就只用于绝缘。因此，天线装置可以包括交替变换的导电层(3，4，32，42，320和420以及屏蔽带8和9)和绝缘层。
导电带和屏蔽带3，4，32，42，320和420，8和9可由薄膜或金属条带制造或通过网板印刷将其直接喷涂到(部分)载体衬底上。同样，可以使用已知的印刷电路技术蚀刻方法来制造导电带和屏蔽带。
图4为包括图1天线装置的窗的横断面示意视图(未按比例)。这个窗100是层压的，其包括
-窗安装在建筑物或汽车上之后用作外板的板101，-插入件104，其最好是PVB，-板102(内板)，-外射电磁波的反射层，其覆盖在内板102的“外”表面(PVB一侧)并直接设置在这块板上或PET上。
天线装置含偶极子的区域16设在内板102外表面的边缘和部分反射层104的上方。天线装置1在弯折时包住此内板102的周缘，天线装置含接触点的区域17从内板的内表面上绕过。
在图5所示的变型中，内板102的周缘上设有一凹口105。这就能够保证载体衬底不超过内板102的原有轮廓。这样就可以避免运输或装卸期间的损坏并大大地便于安装入框或安装框架。
图6为根据本发明天线装置1”第三实施方案的纵向示意断面视图。
下文只是更为详细地说明与第二实施方案(图3)的差别。
导电轨道320’，420’设在屏蔽线80，90之间，这些导电层320’，420’，80，90全都以周缘有凹口21之柔性薄膜20的形式集成在载体衬底。
天线装置1”还包括在凹口21这个区域设置的频率匹配用电子适配电路10，其与在适配连接器12上终止的连接器11本身相链接。这样，就将高频信号的信号转换至基带，也就是说转换成具有低频信号的信号。
所说的电子电路可以由例如根据DE 198 56 663 C2或DE 101 29664 C2的分立和/或集成电子部件(IC)组成。最好能够选取非常扁平的形状，这样就能够将它们毫无附加条件地安装在载体衬底上。除了变频器之外，电子电路还可能包括放大器，调谐器和/或其他处理元件。
在层压或单块窗周缘上形成的凹口或凹部中可设置含此电路10的区域同时在其中受到特别保护，在凹口中其暴露要比安装在窗表面上少。载体衬底安装结束之后，可以用适当的密封材料对此元件进行模压，借助这种密封材料可随后将所说的凹部与表面弄平。
权利要求
1.传输和接收电磁波信号用的天线装置(1，1’，1”)，天线装置(1)包括-由介电材料制成的平板载体衬底(2)，-施加在载体衬底(2)一个表面上的第一导电轨道(32，320，320’)，第一导电轨道在一端有接触点以便在那里收集或引入信号，其在相对的一端有第一偶极子(50，51)，-施加在载体衬底(2)另一表面上的第二导电轨道(42)，-第二导电轨道(42，420，420’)在一端有接触点以便在那里收集或引入信号，其在相对的一端有第二偶极子(60，61)，-第一和第二偶极子(50，51，60，61)形成交叉偶极子。
2.根据权利要求1的天线装置(1，1’，1”)，其特征在于，在偶极子(50，51，60，61)与导电轨道(32，320，320’，42，420，420’)之间设有λ/4变换器(7)。
3.根据权利要求1或2的天线装置(1，1’，1”)，其特征在于，导电轨道(32，320，320’，42，420，420’)与λ/4变换器相链接的区域以带状线(31)的形式体现。
4.根据权利要求3的天线装置(1，1’，1”)，其特征在于，带状线(31)之间的导电轨道(32，320，320’，42，420，420’)呈现出不同宽度。
5.根据权利要求4的天线装置(1，1’，1”)，其特征在于，与非对称线(32，320，320’，42，420，420’)与带状线(31)之间设有宽度渐变的过渡线。
6.根据上述权利要求其中之一的天线装置(1，1’，1”)，其特征在于，在第一导电轨道(320，320’)上方和第二导电轨道(420，420’)下方设有起屏蔽线(8，80，9，90)作用的导电轨道。
7.根据上述权利要求其中之一的天线装置(1，1’，1”)，其特征在于，导电轨道(32，320，320’，42，420，420’，7，8，80，9，90)用铜制成。
8.根据上述权利要求其中之一的天线装置(1，1’，1”)，其特征在于，载体衬底(2)为柔性薄膜，其最好用聚酰亚胺制成。
9.根据上述权利要求其中之一的天线装置(1”)，其特征在于，在载体衬底(2)上设有用来将高频信号的信号转换为低频信号的信号的电子电路(10)。
10.装有根据权利要求1-9其中之一的天线装置的窗，其特征在于，该窗为基本透明的单片板，窗上设有天线装置。
11.根据权利要求10的窗，其特征在于，该窗具有反射电磁波的涂层或薄层，天线装置包含偶极子的区域比所说的反射层设置得更靠外。
12.装有根据权利要求1-9其中之一的天线装置(1)的窗(100)，其特征在于，该窗为基本透明的多层板，天线装置(1)固定在窗上。
13.根据权利要求12的窗(100)，其特征在于，该窗具有反射电磁波的涂层或薄层，天线装置(1)包含偶极子(50-61)的区域比所说的反射层设置得更靠外。
14.装有根据权利要求1-9其中之一的天线装置(1)的窗(100)，其特征在于，该窗为基本透明的多层板，天线装置(1)的至少一部分(16)设置在窗的两层(101，102)之间。
15.装有根据权利要求1-9其中之一的天线装置(1)的窗(100)，其特征在于，该窗为基本透明的多层板，其有反射电磁波的涂层或薄层(103)，天线装置(1)包含偶极子的区域(16)设在窗的涂层或反射层与其中一层(101)的内表面之间，所谓的外层是用来作最外层的。
16.根据权利要求10-15的窗，其特征在于-天线装置有偶极子的区域装在窗的一个自由主表面上，-天线装置有接触点用来收集和/或引入信号的区域装在窗的另一主表面上，及-载体衬底绕着窗周缘表面通过。
17.根据权利要求14或15的窗(100)，其特征在于-天线装置(1)有偶极子(50，51，60，61)的区域(16)设在窗的两层(101，102)之间，-天线装置(1)有接触点用来收集和/或引入信号的区域(17)装在窗一层(102)的两个自由主表面中之一个主表面上，及-载体衬底(2)至少绕窗一层(102)的周缘表面通过。
18.根据权利要求16或17的窗(100)，其特征在于，窗或其中至少一层的周缘表面在与载体衬底(2)接触的区域对于连续边缘设有凹部或凹口(105)。
19.根据权利要求18的窗，其特征在于，在凹部或凹口的空间中安装有设置在载体衬底上的电路部件并同时对这些电路部件有保护作用。
20.根据权利要求18或19的窗，其特征在于，凹部或凹口用密封材料填满。
全文摘要
本发明涉及到发送与接收电磁波信号的天线装置(1)。天线装置(1)包括由介电材料制成的平板支持衬底(2)；喷涂在支持衬底(2)一个表面上的第一导电轨道(32)，该第一导电轨道(32)在一端有收集或引入信号的接触点，且在相对的一端有第一偶极子(50，51)；喷涂在支持衬底(2)另一表面上的第二导电轨道(42)，第二导电轨道(42)在一端有收集或引入信号的接触点并在相对的一端有第二偶极子(60，61)。第一和第二偶极子(50，51，60，61)形成交叉的偶极子。
文档编号H01Q9/06GK1906806SQ200480039817
公开日2007年1月31日 申请日期2004年11月4日 优先权日2003年11月4日
发明者T·乌尔班, H·莫泽, G·福特迈尔, D·迪尔科普 申请人:法国圣戈班玻璃厂