一种车辆玻璃天线的制作方法

[0001]
本发明涉及智能交通设备技术领域，具体涉及一种车辆玻璃天线。


背景技术：

[0002]
现有汽车天线多为鞭状天线、鲨鱼鳍天线以及一些安装天线，各种天线常备集成在一起，存在各端口隔离度不高，信号相互耦合干扰等问题。5g天线、车联网v2x天线、定位天线gnss/北斗天线、etc天线等与汽车玻璃的融合成为车载天线设计的一种趋势。根据需要天线安装在玻璃的不同位置，可以就近连接通信设备，减少馈线损耗。
[0003]
etc(electronic toll collection)即全自动电子收费系统，是智能交通系统的服务功能之一，尤其适用于高速公路和路桥收费点。车辆车主只要在车辆前挡风玻璃上安装etc车载单元(obu)，并预存费用，通过收费站时便不用人工缴费，无须停车。这种收费系统每车收费耗时不到两秒，其收费通道的通行能力是人工收费通道的5至10倍。etc收费站设备和车载etc单元稳定可靠通信，增加车辆收费一次成功通过率，如果天线出现故障，车载电子标签将无法收到天线的数据，造成etc交易中断或者失败，因此天线的性能稳定可靠是确保etc交易顺利进行的重要前提。
[0004]
以车载etc obu天线为例，天线和硬件电路一起装在同个黑盒中，然后将整个obu贴在汽车的前挡风玻璃上，主要存在以下几个缺点：
[0005]
(1)天线在内侧玻璃设计时，信号穿透玻璃结构后损耗比较大，增益变低。
[0006]
(2)在夹层玻璃内部或玻璃表面设计天线时，由于玻璃、天线基板、中间夹层pvb等各种材料的介电常数差别大，且损耗正切角不同，对波有散射作用，使得天线辐射方向图很不标准，难以满足如etc要求的波瓣角度要求。
[0007]
(3)由于不同车型前挡玻璃的装车倾斜角度不同，天线辐射方向图的指向性不能做特定的调整。


技术实现要素：

[0008]
为解决上述问题，本发明提供了一种车辆玻璃天线，通过超材料装置的设置，可以很好地抑制杂散信号向空间中辐射，降低副瓣、后瓣，增强天线装置辐射主瓣增益；通过位移装置的设置，方便控制辐射主瓣波束方向，方便了天线指向的调整。
[0009]
为实现上述目的，本发明采取的技术方案包括：一种车辆玻璃天线，包括车辆玻璃、天线装置以及位移装置，所述天线装置通过位移装置设置在车辆玻璃的内侧，与所述天线装置相对的一侧的车辆玻璃上，设置有至少一组超材料装置。
[0010]
作为本发明一个优选的技术方案：所述超材料装置包括多个fss单元，所述多个fss单元呈阵列式分布在车辆玻璃上。
[0011]
作为本发明一个优选的技术方案：所述fss单元包括具有同一中心的第一贴片和第二贴片，所述第一贴片为环状，所述第二贴片设置在第一贴片内部，所述第二贴片与所述第一贴片之间形成缝隙。
[0012]
作为本发明一个优选的技术方案：所述位移装置包括设在所述车辆玻璃上的滑轨和与所述滑轨滑动连接的滑块，所述天线装置设置在滑块上。
[0013]
作为本发明一个优选的技术方案：所述位移装置包括十字式滑轨和第一滑块，所述十字式滑轨包括第一滑轨和第二滑轨；所述第一滑轨和第二滑轨的内部设置有滑槽，所述第一滑块滑动设置在滑槽内，所述天线装置设置在第一滑块上。
[0014]
作为本发明一个优选的技术方案：所述位移装置包括第三滑轨和第四滑轨，所述第三滑轨设置在车辆玻璃上，所述第三滑轨呈非闭合环形，所述第三滑轨滑动连接有第三滑块，所述第三滑块与第四滑轨相连接，所述第四滑轨上滑动连接有第四滑块，所述第四滑块上设置有天线装置。
[0015]
作为本发明一个优选的技术方案：所述位移装置包括设置在车辆玻璃上的固定垫块，所述固定垫块通过可旋转固定钉与第五滑轨相连接，所述第五滑轨上滑动连接有第五滑块，所述第五滑块上设置有天线装置。
[0016]
作为本发明一个优选的技术方案：所述位移装置包括设置在车辆玻璃上的第六滑轨，所述第六滑轨上滑动连接第六滑块，所述第六滑块通过第一可旋转固定钉与第七滑轨转动连接，所述第七滑轨滑动连接有第七滑块，所述第七滑块上设置有天线装置。
[0017]
作为本发明一个优选的技术方案：所述位移装置包括第八滑轨和第九滑轨，所述第八滑轨设置在车辆玻璃上，所述第八滑轨上滑动连接有第八滑块，所述第八滑块与第九滑轨相连接，所述第九滑轨上滑动连接第九滑块，所述第九滑块上设置有天线装置。
[0018]
作为本发明一个优选的技术方案：所述第八轨道呈闭合环形。
[0019]
作为本发明一个优选的技术方案：所述闭合环形为圆形或者椭圆形或者方形或圆角方形或近似方形。
[0020]
作为本发明一个优选的技术方案：所述位移装置上还设置有止位装置。
[0021]
作为本发明一个优选的技术方案：所述止位装置为锁扣，所述锁扣包括卡爪和多个卡槽，所述卡爪和多个卡槽分别设置在滑动连接的滑块和滑轨上。
[0022]
作为本发明一个优选的技术方案：所述止位装置为第一锁扣，所述第一锁扣包括四个钩爪和多个第一卡槽，所述四个钩爪和多个第一卡槽分别设置在滑动连接的滑块和滑轨上。
[0023]
作为本发明一个优选的技术方案：所述位移装置包括第十滑轨，所述第十滑轨设置在车辆玻璃上，所述第十滑轨内设置有滑槽，所述滑槽内设置有第十滑块，所述第十滑块上设置有天线装置。
[0024]
作为本发明一个优选的技术方案：所述第十滑块包括上本体和下本体，所述上本体和下本体通过螺柱相连接，所述上本体上设置有天线装置。
[0025]
作为本发明一个优选的技术方案：所述天线装置通过低介电胶设置在位移装置上。
[0026]
与现有技术相比，本发明至少具有以下有益效果：
[0027]
(1)通过超材料装置的设置，可以减小多介质层对天线波束的影响，实现稳定的波束赋形，通过利用超材料装置的调控特性，可以很好抑制杂散信号向空间中辐射，降低副瓣、后瓣，增强天线装置辐射主瓣增益，加载超材料装置，可以使得天线具备引向功能。
[0028]
(2)通过位移装置的设置，用于调控天线装置相对超材料装置的位置，方便控制辐
射主瓣波束方向，方便了天线指向的调整。
附图说明
[0029]
图1为本发明整体结构示意图；
[0030]
图2为天线装置与超材料装置在车辆玻璃上的布置方式一；
[0031]
图3为天线装置与超材料装置在车辆玻璃上的布置方式二；
[0032]
图4为天线装置与超材料装置在车辆玻璃上的布置方式三；
[0033]
图5为超材料装置的结构示意图；
[0034]
图6为位移装置的俯视图；
[0035]
图7为图6的a-a方向示意图；
[0036]
图8为位移装置另一实施例的俯视图；
[0037]
图9为图8的a-a方向示意图；
[0038]
图10为移动杆式位移装置的结构示意图；
[0039]
图11为旋转杆式位移装置的结构示意图；
[0040]
图12为方形超材料装置的十字架形旋转杆式位移装置的结构示意图；
[0041]
图13为圆形超材料装置的十字架形旋转杆式位移装置的结构示意图；
[0042]
图14为螺柱锁紧方式的位移装置的结构示意图；
[0043]
图15为图14的内部结构示意图；
[0044]
图16设置在加载超材料装置的普通夹层玻璃上的天线，工作在5.8ghz的辐射特性的水平面方向图；
[0045]
图17为设置在加载超材料装置的夹层玻璃上的天线，工作在5.8ghz的辐射特性的水平面方向图；
[0046]
图18为超材料装置工作在5.8ghz的辐射特性的水平面方向图；
[0047]
图19为天线中心点水平投影在图5的c1位置，天线工作在5.8ghz的辐射特性的水平面方向图；
[0048]
图20为天线中心点水平投影在图5的c2位置，天线工作在5.8ghz的辐射特性的水平面方向图。
[0049]
图1-图20中，1、车辆玻璃，2、天线，3、位移装置，4、超材料装置，5、外层玻璃，6、pvb层，7、内层玻璃，8、第一贴片，9、第二贴片，10、滑轨，11、滑块，13、锁扣，14、卡槽，15、钩爪，16、第一滑块，17、第一滑轨，18、第二滑轨，19、滑槽，20、缝隙，21、介质板，23、第一锁扣，24、第一卡槽，25、第一钩爪。31、第三滑轨，32、第三滑块，34、第四滑块，35、第四滑块，36、天线，41、固定垫块，42、旋转固定钉，44、第五滑块，45、第五滑轨，46、天线，51、第六滑轨，52、第六滑块，53、第一旋转固定钉，55、第七滑块，56、第七滑轨，57、天线，61、第八滑轨，62、第八滑块，65、第九滑块，66、第九滑轨，67、天线，72、第十滑轨，73、第十滑块，75、螺柱，77、天线，78、上本体，79、下本体。
具体实施方式
[0050]
为了使本发明的目的及优点更加清楚明白，以下结合实施例对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发
明。
[0051]
如图1所示，本发明实施例提供了一种车辆玻璃天线，包括车辆玻璃1、天线装置以及位移装置3，天线装置通过位移装置3设置在车辆玻璃1的内侧，天线装置相对的一侧的车辆玻璃1上设置有至少一组超材料装置4；天线装置包括天线2和与其电相连接的控制装置，车辆玻璃1可以分为钢化玻璃和夹层玻璃，以夹层玻璃为例，夹层玻璃分为内层玻璃7、中间层和外层玻璃5，中间层可以是聚乙烯醇缩丁醛(pvb)、聚碳酸酯(pc)、隔音pvb、遮光带pvb、热控制pvb、乙烯醋酸乙烯酯(eva)、热塑性聚氨酯(tpu)、离聚物、热塑性材料、聚对苯二甲酸丁二醇酯(pbt)、聚乙烯醋酸乙烯酯(pet)、聚萘二甲酸乙二醇酯(pen)、聚氯乙烯(pvc)、聚氟乙烯(pvf)、聚丙烯酸酯(pa)、聚甲基丙烯酸甲酯(pmma)、聚氨酯(pur)及其组合物，本实施例中间层优选pvb层6。超材料装置4和天线装置在夹层玻璃的设置方式分为：如图2所示，外层玻璃5-pvb层6-超材料装置4-内层玻璃7-天线2；如图3所示，外层玻璃5-超材料装置4-pvb层6-超材料装置4-内层玻璃7-天线2；如图4所示，外层玻璃5-超材料装置4-pvb层6-内层玻璃7-超材料装置4-天线2，本申请优选的采用外层玻璃5-pvb层6-超材料装置4-内层玻璃7-天线2的方式，将超材料装置4设置在pvb层6时，能抑制带外抑制杂散信号，增强不同天线2单元之间的隔离度以及提升emc性能；超材料装置4是由谐振单元构成的超薄平面阵列，对入射到其表面的电磁波具有选择调控特性，通过改变超薄平面的单元形状及尺寸，可以控制其对电磁波进行相位、极化、传播模式进行控制，进而表现出不同的传播特性；利用其调控特性，可以很好地抑制杂散信号向空间中辐射，降低副瓣、后瓣，增强天线2辐射主瓣增益，同时通过位移装置3改变天线装置相对于超材料装置4的位置，控制辐射主瓣波束方向，提高车载玻璃天线2的角度稳定性；如图16和图17所示，对比透过不同玻璃时，标准右旋圆极化天线的增益测试结果，增加超材料装置结构的玻璃，增益提高了约5db，方向性稳定，可以看出超材料装置具有增强透波能力的效果，相当于引向器，从而增强天线增益的能力，对波束方向也有改善作用。
[0052]
如图5所示，超材料装置4包括多个fss单元，fss是频率选择表面(frequency selective surfaces)的英文简称，一般是由介质基板和周期性谐振单元构成，可以是单层也可以是多层结构，多个fss单元呈阵列式分布在车辆玻璃1上，多个fss单元为单独的金属网格形式的透明金属，也可采用印刷或镀膜形式设置在车辆玻璃1上，构成超薄平面阵列，当然也可以采用通过介质板21设置在车辆玻璃1上，介质板21的材料可以选择fpc(flexible printed circuit的英文缩写)，包括lcp(工业化液晶聚合物)、mpi(改性聚酰亚胺)、pi(聚酰亚胺)等材料，也可以为pet(聚对苯二甲酸乙二酯)等透明材料，或fr4(玻璃纤维环氧树脂覆铜板)，或ptfe(聚四氟乙烯)等板材，优选为lcp，mpi以及透明pet材料，采用透明pet材料可以避免普通板材遮挡视线的问题；fss单元包括具有同一中心的第一贴片8和第二贴片9，第一贴片8为环状，第二贴片9设置在第一贴片8内部，第二贴片9与第一贴片8之间形成缝隙20。fss单元改变入射到其表面电磁波的传输特性，实现透射波增益提升、波束赋形及调整辐射方向，如图17和图18所示，对比fss单元在有、无夹层玻璃结构的工作在5.8ghz的辐射特性的水平面方向图，可以看出fss单元的波束波瓣有收缩，实现波束赋形；通过控制缝隙20的大小，实现超材料装置4上的电流锥削分布，进而达到波束赋形的效果。优选的，第一贴片8为圆环状，第二贴片9为圆形，圆环状的设计在结构能实现较好的对称性，增强工程应用性；第一贴片8和第二贴片9的大小由频率决定，同时圆形也是为了实现圆
极化而设计，在圆环表面的感应电流，在水平垂直方向电流分量会因电流路程差实现90度的相位差，进而保证圆极化；超表面装置的图形，根据天线2工作频带、性能和工艺合理性而定，以超材料装置4与obu装置的天线配合使用时为例，介质板21采用透明材料制成，其尺寸为78mm*78mm，多个fss单元的数量优选为36个，呈6*6的矩形阵列分布，第一贴片8的外圆半径为11mm-13mm，环宽0.5mm-1.5mm；第二贴片9的半径为8mm-10mm；缝隙20的宽度为1mm-2mm；第一贴片8和第二贴片9优选为由铜材质制成，其厚度越薄越好，第一贴片8、第二贴片9的厚度≤50μm，优选其厚度≤10μm。
[0053]
如图6和如图7所示，位移装置3包括设在车辆玻璃1上滑轨10和与滑轨10滑动连接的滑块11，天线装置设置在滑块11上，滑块11和滑轨10优选采用abs塑料制成，天线装置的天线2可以为印刷方式，设置在第一介质板21上与滑块11相连接，当天线2设置在第一介质板时，第一介质板可以选择pet等透明材料、lcp、mpi、ptfe等板材制成，通过低介电胶粘贴在滑块11上，具体来说，低介电胶粘可以选用紫外光固化胶、反应型聚氨酯热熔胶、环氧胶、丙烯酸酯胶、聚氨酯胶等，通常来说，etc通讯信号频率在5.8ghz左右，属于高频信号，电磁波频率越高，波长越短，绕射能力就越差，传播过程中电磁波的衰减也越大。在信号传播过程中，天线周围材料介电常数越大的材料对电磁信号的影响就越大，会极大地削弱电磁信号，因此优选低介电胶粘的介电常数小于或者等于3。当本申请应用在车辆玻璃1的前挡玻璃时，可以根据不同车型前挡玻璃的倾斜角度，通过移动天线2在滑轨10上的位置控制辐射主瓣波束方向，方便调节车载玻璃的天线2的角度，如图19和图20所示，天线中心点的水平投影，从图5中的c1移动到c2，分别测量天线2辐射特性，可以看出，天线2的波束方向发生改变，角度大约改变60
°
，因此位移装置3可以根据需要，用于天线2的指向调整。
[0054]
如图8和如图9所示，位移装置3的另一实施例为：位移装置3包括十字式滑轨和第一滑块16，十字式滑轨包括第一滑轨17和第二滑轨18；第一滑轨17和第二滑轨18的内部设置有滑槽19，第一滑轨17和第二滑轨18垂直相交，第一滑块16滑动设置在滑槽19内，这样第一滑块16可以沿着第一滑轨17或者第二滑轨18移动，使得设在其上的天线装置的天线，有更多的移动方向，方便调整辐射柱瓣波束方向，方便调节车载玻璃的天线2的角度。
[0055]
位移装置3的形式还可以为非闭合环形(如直条形或者折线型或者曲线形或者带状等)、闭合环形(如圆形或椭圆形或方形或圆角方形或近似方形等)的滑轨道或者平面螺旋形的滑轨道，在非闭合环形、闭合环形或者平面螺旋形的滑轨道上滑动连接滑块，同样可以实现滑块位置的调整，方便调节车载玻璃的角度。例如如图10所示，位移装置为移动杆式位移装置，包括纵向的第三滑轨31和横向的第四滑轨35，第三滑轨31设置在车辆玻璃上，第三滑轨的外形可以呈非闭合环形，直条形或者折线型或者曲线形或者带状等，第三滑轨31滑动连接有第三滑块32，第三滑块32与第四滑轨35相连接，第四滑轨35上滑动连接有第四滑块34，第四滑块34上设置有天线装置的天线36，这样天线36可以根据相对超材料装置4的位置需求，在横向或者纵向方向移动，便于最佳指向调整；如图11所示，位移装置3为旋转杆式位移装置，包括设置在车辆玻璃上的固定垫块41，固定垫块41通过可旋转固定钉42与第五滑轨45转动连接，第五滑轨45上滑动连接有第五滑块44，第五滑块44上设置有天线装置的天线46，这样天线46可以根据需要以可旋转固定钉42为圆心在不超过180
°
的角度范围内旋转，同时还可沿着第五滑轨45移动，这样天线46可以相对超材料装置4有更多的位置选择，便于最佳指向调整；如图12所示，位移装置3为方形超材料装置的十字架形旋转杆式位
移装置，包括第六滑轨51和第七滑轨56，第六滑轨51设置在车辆玻璃上，第六滑轨51滑动连接有第六滑块52，第六滑块52通过第一可旋转固定钉53与第七滑轨56转动连接，第七滑轨56上滑动连接有第七滑块55，第七滑块55上设置有天线装置的天线57，这样根据需要天线57可以沿着第六滑轨51和第七滑轨56的方向移动，同时还可以以第一可旋转固定钉53为圆心在不超过180
°
的角度范围内旋转，由于第一可旋转固定钉53可以沿着第六滑轨51的方向移动，所以这样设置可以使得天线57相对方形的超材料装置4，处于更多的位置选择，便于进行最佳的指向调整；如图13所示，位移装置为圆形超材料装置十字架形旋转杆式的位移装置，包括第八滑轨61和第九滑轨66，第八滑轨61设置在车辆玻璃上，可以为圆形滑轨，第八滑轨61上滑动连接有第八滑块62，第八滑块62与第九滑轨66相连接，第九滑轨66上滑动连接有第九滑块65，第九滑块65上设置有天线装置的天线67，这样天线67根据需要可以沿着第八滑轨61和第九滑轨66的方向移动，当第八滑轨61的长度大于或等于第九滑轨66的半径时，使得天线67可以处在第九滑轨66内部的任意位置，即相对于圆形的超材料装置4具有更多的位置，从而便于进行最佳的指向调整。需要说明的是，如果第八滑轨的形状为其他闭合圆形，比如椭圆形，或者方形，则超材料装置4的形状也可以做适应性调整，使之匹配为佳。
[0056]
为了方便滑块在滑轨移动后的准确稳固定位，以十字式滑轨和第一滑块16为例，在第一滑块16上设置有第一止位装置，第一止位装置的为第一锁扣23，第一锁扣23的形式为在第一滑块16的四个侧面上设置第一钩爪25，在第一滑轨17和第二滑轨18的滑槽上设置多个第一卡槽24，使得第一滑块16与第一滑轨17或者第二滑轨18通过第一钩爪和第一卡槽形成卡扣连接，第一滑块16、第一滑轨17和第二滑轨18优选采用abs塑料制成，当然第一锁扣23的形式也可以采用螺钉的形式，例如在第一滑块16的上方设置有螺栓孔，当第一滑块16移动到第一滑轨17或第一滑轨18的合适地方时，用螺栓将第一滑块16固定在第一滑轨17或第一滑轨18上；止位装置的另一个实施方案为：一滑块11和滑轨10为例。在位移装置3上设置止位装置，止位装置为锁扣13，锁扣13的形式为在滑块11的两侧上设置钩爪15，在滑轨10的两侧面上设置多个卡槽14，使得滑块11与滑轨10形成卡扣连接，当然止位装置的形式也可以采用螺钉的形式，例如在滑块11的两侧设置有螺栓孔，当滑块11移动到滑轨10的合适位置时，用螺栓将滑块固定在滑轨上。
[0057]
如图14和图15所示，位移装置还可以为螺柱锁紧方式的位移装置，此时滑轨，以环状的第十滑轨72为例，例如圆环形，在第十滑轨72上设置有第十滑块73，第十滑块73上设置有天线装置的天线77，第十滑轨72内设置与之匹配的滑槽，第十滑块73包括上本体78和下本体79，上本体78和下本体79通过螺柱75相连接。天线77固定在第十滑块73上，在一定区域内，可沿着第十滑轨72平面的方向，即沿着滑轨内的滑槽区域在水平移动任意方向。根据需要，第十滑块73的上本体78和下本体79可以沿着垂直第十滑轨72平面的方向，即沿着螺柱75方向上下移动，从而实现对第十滑块73和第十滑轨72的松紧控制，即当天线77调整到根据需要止位时，通过调整螺柱75将上本体78和下本体79夹紧在第十滑轨72上。优选地，上本体78和/或下本体79的横截面积或者横截面宽度大于滑槽的横截面积或者横截面宽度，使得螺柱锁紧更为稳固。
[0058]
天线装置的天线2可以为印刷方式，也可以通过设置在第二介质板上与滑块11相连接，当天线2在第二介质板时，第二介质板可以选择pet等透明材料、lcp、mpi、ptfe等板材
制成，通过低介电胶粘贴在第一滑块16上。
[0059]
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。