嵌入車輛車身面板的縫隙天線的制作方法
【專利摘要】公開(kāi)了嵌入車輛車身面板的縫隙天線。嵌入金屬殼車身面板的縫隙天線利用車輛車身本身作為天線輻射器。將縫隙天線直接嵌入金屬車身面板將車輛車身從起RF屏蔽體的作用轉(zhuǎn)換為用作RF天線，這顯著改進(jìn)了用于RF通信設(shè)備的寬范圍的移動(dòng)通信接收。不同類型的縫隙天線可以被包括用于不同類型設(shè)備使用的不同通信信道。多頻帶縫隙天線被配置為接收更大頻率信道內(nèi)的多個(gè)頻帶。雙極型天線被配置為接收在雙極模式中傳播的信號(hào)。多個(gè)縫隙部件可以被配置為多頻帶、雙極型天線。每個(gè)縫隙天線可以是無(wú)源的(無(wú)RF拾取器)或有源的，有源的縫隙天線具有PF拾取器以及將天線連接到諸如位于車輛內(nèi)或以其他方式與車輛互連的接收器或放大器的電子設(shè)備的同軸電纜。
【專利說(shuō)明】嵌入車輛車身面板的縫隙天線
相關(guān)申請(qǐng)的交叉引用
[0001 ]本申請(qǐng)是要求2015年I月7日提交的美國(guó)臨時(shí)申請(qǐng)序號(hào)62/100,535的優(yōu)先權(quán)益的正式申請(qǐng)，其公開(kāi)的內(nèi)容通過(guò)弓I用的方式將其全部公開(kāi)內(nèi)容并入本文。
技術(shù)領(lǐng)域
[0002]本發(fā)明涉及車輛通信系統(tǒng)，并且更具體地涉及嵌入車輛車身面板的縫隙天線。
【背景技術(shù)】
[0003]能夠連接計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的移動(dòng)計(jì)算設(shè)備已變得普遍存在?；A(chǔ)設(shè)施允許多種移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備在移動(dòng)車輛內(nèi)部操作，諸如無(wú)線電、移動(dòng)電話、平板電腦、導(dǎo)航設(shè)備、自動(dòng)碰撞通知設(shè)備、防盜通知系統(tǒng)等。金屬車輛車身趨于屏蔽以相關(guān)波長(zhǎng)傳播的電磁信號(hào)，這顯著弱化或阻礙車輛內(nèi)部的服務(wù)，除非利用外部天線。雖然安裝在車輛外部的天線改善了接收，但是，它們?cè)黾恿碎_(kāi)支，需要安裝，影響外觀，并且增加了風(fēng)阻。售后市場(chǎng)天線可能是不方便的，通常需要專業(yè)安裝，并且對(duì)于諸如移動(dòng)電話和筆記本電腦的某些類型的設(shè)備可能不易獲得。另夕卜，諸如活動(dòng)頂篷式汽車、軟頂越野車和輕型卡車的某些類型的車輛已經(jīng)限制外部天線的安裝選擇。為不同類型的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備安裝多個(gè)外部天線呈現(xiàn)影響很多車主重視的時(shí)尚界線的雜亂的外觀。
[0004]因此，需要用于在車輛內(nèi)操作的移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的改善的天線選擇。更具體地，存在對(duì)無(wú)需安裝在車輛上的外部天線而克服金屬車輛車身的屏蔽效應(yīng)的天線選擇的需要。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]在本發(fā)明的一個(gè)示例性實(shí)施例中，具有外部車身的車輛包括金屬薄板部分和縫隙天線。天線包括通過(guò)金屬薄板部分的縫隙和填充縫隙的電介質(zhì)材料。縫隙填充有電介質(zhì)材料并尺寸被制得以形成用于在目標(biāo)頻帶內(nèi)傳播的通信信號(hào)的諧振天線輻射器。
[0006]根據(jù)另一個(gè)示例性實(shí)施例，金屬車輛車身部件裝載縫隙天線，縫隙天線包括通過(guò)車身部件的縫隙和填充縫隙的電介質(zhì)材料?？p隙填充有電介質(zhì)材料并尺寸被制得以形成用于在目標(biāo)頻帶內(nèi)傳播的通信信號(hào)的諧振天線輻射器。
本發(fā)明包括下述方案:
1.一種車輛，所述車輛包括外部車身，所述外部車身包括金屬薄板部分和縫隙天線，所述縫隙天線包括:
通過(guò)所述金屬薄板部分的縫隙；
填充所述縫隙的電介質(zhì)材料；
其中，填充有電介質(zhì)材料的縫隙的尺寸被制得以形成用于在目標(biāo)頻帶內(nèi)傳播的通信信號(hào)的諧振天線福射器。
2.如方案I所述的車輛，其中所述縫隙具有產(chǎn)生對(duì)應(yīng)于移動(dòng)通信設(shè)備的在電介質(zhì)材料內(nèi)傳播的目標(biāo)頻率的諧振條件的長(zhǎng)度尺寸，所述移動(dòng)通信設(shè)備被配置成當(dāng)位于車輛內(nèi)時(shí)接收由不具有操作地連接到車輛的與縫隙相鄰的射頻(RF)拾取器的縫隙增強(qiáng)的目標(biāo)頻率。
3.如方案2所述的車輛，進(jìn)一步包括覆蓋所述金屬薄板部分、所述縫隙和所述電介質(zhì)材料的外側(cè)的外部車身涂層，從而從車輛外部在視覺(jué)上隱藏所述天線。
4.如方案I所述的車輛，進(jìn)一步包括射頻(RF)拾取器，所述射頻拾取器包括第一射頻拾取器和第二 RF拾取器，所述第一 RF拾取器電連接到與所述縫隙的第一細(xì)長(zhǎng)側(cè)相鄰的金屬薄板部分，所述第二 RF拾取器電連接到與所述縫隙的第二細(xì)長(zhǎng)側(cè)相鄰的金屬薄板部分，其中RF拾取器位于與帶有涂層的外側(cè)相對(duì)的金屬薄板部分的下側(cè)上。
5.如方案4所述的車輛，進(jìn)一步包括同軸電纜，所述同軸電纜連接到沿所述金屬薄板部分的下側(cè)布置的RF拾取器。
6.如方案5所述的車輛，進(jìn)一步包括位于所述車輛的內(nèi)或以其他方式與所述車輛互連的放大器、接收器或天線輻射器，被連接到所述同軸電纜、配置為經(jīng)由所述縫隙天線進(jìn)行RF通信。
7.如方案6所述的車輛，進(jìn)一步包括車頂內(nèi)襯或其他內(nèi)部車身部件，以從所述車輛的內(nèi)部從視野上隱藏所述同軸電纜。
8.如方案I所述的車輛，其中金屬部分是外部車身部件，并且所述縫隙是第一縫隙，進(jìn)一步包括位于共同的外部車身部件上的多個(gè)其他縫隙天線。
9.如方案I所述的車輛，其中金屬部分是外部車身部件，并且所述縫隙是第一縫隙，進(jìn)一步包括位于不同的外部車身部件上的多個(gè)其他縫隙天線。
10.如方案I所述的車輛，其中所述縫隙是第一縫隙，進(jìn)一步包括定向?yàn)榇怪庇谒龅谝豢p隙的第二縫隙，以形成雙極型縫隙天線。
11.如方案I所述的車輛，其中所述縫隙是第一縫隙，進(jìn)一步包括第二縫隙以形成多頻帶縫隙天線，第二縫隙定向?yàn)槠叫杏诘谝豢p隙并與第一縫隙相鄰以及具有不同于第一縫隙的長(zhǎng)度。
12.如方案I所述的車輛，其中所述縫隙進(jìn)一步包括沿第一方向延伸的具有不同長(zhǎng)度的多個(gè)縫隙組件，其與沿垂直于第一方向的第二方向延伸的具有不同長(zhǎng)度的多個(gè)縫隙組件互連以形成多頻帶、雙極型縫隙天線。
13.如方案I所述的車輛，其中所述縫隙是第一縫隙，進(jìn)一步包括配置用于在專用于不同類型的通信設(shè)備的不同頻率信道內(nèi)傳播通信信號(hào)的具有不同長(zhǎng)度的多個(gè)其他縫隙。
14.一種帶有縫隙天線的金屬車輛車身部件，包括:
通過(guò)所述車身部件的縫隙；
填充所述縫隙的電介質(zhì)材料；
其中，填充有電介質(zhì)材料的縫隙的尺寸被制得以形成用于在目標(biāo)頻帶內(nèi)傳播的通信信號(hào)的諧振天線福射器。
15.如方案14所述的車輛車身部件，進(jìn)一步包括覆蓋所述車身部件、所述縫隙和所述電介質(zhì)材料的外側(cè)的外部車身涂層，以從所述車身部件的被涂層側(cè)在視覺(jué)上隱藏所述天線。
16.如方案14所述的車輛車身部件，進(jìn)一步包括射頻(RF)拾取器，射頻(RF)拾取器包括第一 RF拾取器和第二 RF拾取器，所述第一 RF拾取器電連接到與所述縫隙的第一細(xì)長(zhǎng)側(cè)相鄰的車身部件，所述第二 RF拾取器電連接到與所述縫隙的第二細(xì)長(zhǎng)側(cè)相鄰的車身部件，其中，所述RF拾取器位于與帶有涂層的外側(cè)相對(duì)的車身部件的底側(cè)上。 17.如方案14所述的車輛車身部件，其中所述縫隙具有產(chǎn)生對(duì)應(yīng)于移動(dòng)通信設(shè)備的在電介質(zhì)材料內(nèi)傳播的目標(biāo)頻率的諧振條件的長(zhǎng)度尺寸，所述移動(dòng)通信設(shè)備被配置成接收由不具有操作地連接到車輛的與縫隙相鄰的射頻(RF)拾取器的縫隙增強(qiáng)的目標(biāo)頻率。
18.如方案14所述的車輛車身部件，其中所述縫隙是第一縫隙，進(jìn)一步包括多個(gè)其他縫隙天線。
19.如方案14所述的車輛車身部件，其中所述縫隙是第一縫隙，進(jìn)一步包括定向?yàn)榇怪庇诘谝豢p隙的第二縫隙，以形成雙極型縫隙天線。
20.如方案14所述的車輛車身部件，其中所述縫隙是第一縫隙，進(jìn)一步包括定向?yàn)槠叫杏谒龅谝豢p隙并與所述第一縫隙相鄰以及具有不同于所述第一縫隙的長(zhǎng)度的第二縫隙，以形成多頻帶縫隙天線。
[0007]從在結(jié)合附圖進(jìn)行的本發(fā)明的下述詳細(xì)描述，本發(fā)明的上述特征和優(yōu)點(diǎn)以及其他特征和優(yōu)點(diǎn)是顯而易見(jiàn)的。
【附圖說(shuō)明】
[0008]僅通過(guò)示例的方式，在下面的實(shí)施例的詳細(xì)描述中顯示其他特征、優(yōu)點(diǎn)和細(xì)節(jié)，該詳細(xì)描述參照附圖，其中:
[0009]圖1是根據(jù)實(shí)施例的帶有多個(gè)嵌入金屬車身面板的縫隙天線的汽車的概念圖解；
[0010]圖2是根據(jù)實(shí)施例的帶有多個(gè)嵌入金屬機(jī)身面板的縫隙天線的飛機(jī)的概念圖解；
[0011]圖3A是根據(jù)實(shí)施例的嵌入金屬車輛車身面板的示意性的有源單頻帶、單極型縫隙天線的正視圖；
[0012]圖3B是根據(jù)實(shí)施例的嵌入金屬車輛車身面板的示意性的無(wú)源單頻帶、單極型縫隙天線的正視圖；
[0013]圖4A是根據(jù)實(shí)施例的嵌入金屬車輛車身面板的示意性的有源多頻帶、單極型縫隙天線的正視圖；
[0014]圖4B是根據(jù)實(shí)施例的嵌入金屬車輛車身面板的示意性的多頻帶、單極型縫隙天線的正視圖；
[0015]圖5A是根據(jù)實(shí)施例的嵌入金屬車輛車身面板的示意性的有源單頻帶、雙極型縫隙天線的正視圖；
[0016]圖5B是根據(jù)實(shí)施例的嵌入金屬車輛車身面板的示意性的無(wú)源單頻帶、雙極型縫隙天線的正視圖；
[0017]圖6A是根據(jù)實(shí)施例的嵌入金屬車輛車身面板的示意性的有源多頻帶、雙極型縫隙天線的正視圖；
[0018]圖6B是根據(jù)實(shí)施例的嵌入金屬車輛車身面板的示意性的無(wú)源多頻帶、雙極型縫隙天線的正視圖；
[0019]圖7是根據(jù)實(shí)施例的利用嵌入車輛車身的有源縫隙天線的多信道通信系統(tǒng)的示意性框圖；
[0020]圖8是根據(jù)實(shí)施例的嵌入車輛車身面板的縫隙天線及相關(guān)聯(lián)的同軸電纜拾取器的不意性側(cè)視圖；
[0021 ]圖9是根據(jù)實(shí)施例的配置具有集成的縫隙天線的車輛邏輯流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0022]下面的描述實(shí)質(zhì)上僅是示例性的并非意欲限制本公開(kāi)、其應(yīng)用或使用。應(yīng)該理解的是在全部附圖中，相應(yīng)的附圖標(biāo)記指示相同或相應(yīng)部件和特征。如本文所使用的，術(shù)語(yǔ)模塊指處理電路，該處理電路可以包括特定應(yīng)用集成電路(ASIC)、電子電路、處理器(共享的、專用的或組)和執(zhí)行一個(gè)或多個(gè)軟件或固件程序的存儲(chǔ)器，組合邏輯電路和/或提供所描述功能的其他適合的組件。
[0023]根據(jù)實(shí)施例，車輛包括具有金屬薄板部分和縫隙天線的外部車身，縫隙天線包括通過(guò)金屬薄板部分的縫隙和填充縫隙的電介質(zhì)材料?？p隙的尺寸被制作以形成用于在目標(biāo)頻帶內(nèi)傳播的通信信號(hào)的諧振天線輻射器?？p隙典型地具有對(duì)應(yīng)于在電介質(zhì)材料中傳播的目標(biāo)頻率的半波長(zhǎng)的整數(shù)倍的長(zhǎng)度尺寸。外部車身涂層典型地覆蓋金屬薄板部分、縫隙和電介質(zhì)材料的外側(cè)，從而在視覺(jué)上隱藏天線。在大多數(shù)情況下，執(zhí)行考慮車輛材料(例如，涂層、金屬薄板和形成縫隙天線的電介質(zhì)材料)和車輛的幾何形狀的額外的精調(diào)諧階段以優(yōu)化天線性能。該過(guò)程經(jīng)常導(dǎo)致與上面提到的通用規(guī)則的天線配置稍微不同的最終的天線配置，該通用規(guī)則作為一般初始指引或“經(jīng)驗(yàn)規(guī)則”被認(rèn)為是有用的。
[0024]根據(jù)實(shí)施例的一個(gè)方面，第一射頻(RF)拾取器元件電連接到與縫隙的第一細(xì)長(zhǎng)側(cè)相鄰的金屬薄板部分，以及第二 RF拾取器元件電連接到與縫隙的第二細(xì)長(zhǎng)側(cè)相鄰的金屬薄板部分。RF拾取器典型地位于與涂層的外側(cè)相對(duì)的金屬薄板部分的下側(cè)上。連接到RF拾取器的同軸電纜可以沿車身部件的下側(cè)延伸。車頂內(nèi)襯或其他內(nèi)部車身組件可以從車輛的內(nèi)部在視覺(jué)上隱藏同軸電纜。放大器或接收器可以被連接到同軸電纜并且被配置為經(jīng)由縫隙天線進(jìn)行RF通信。
[0025]在各個(gè)替代實(shí)施例中，多個(gè)縫隙天線可以位于相同的外部車身部件或不同的車身部件上?？p隙天線可以包括取向成垂直于第一縫隙的第二縫隙以形成雙極型縫隙天線。一個(gè)或多個(gè)附加縫隙可以取向?yàn)槠叫械谝豢p隙并與第一縫隙相鄰，具有不同于第一縫隙的長(zhǎng)度，以形成多頻帶縫隙天線。在另一個(gè)替代方案中，天線包括具有在第一方向延伸的不同長(zhǎng)度的多個(gè)縫隙組件，與具有垂直于所述第一方向延伸的不同長(zhǎng)度的多個(gè)縫隙組件互連，以形成多頻帶、雙極型縫隙天線。車輛可以包括多個(gè)縫隙天線，多個(gè)縫隙天線配置為在專用于不同類型的通信設(shè)備的多個(gè)不同頻率信道中通信。在本發(fā)明的另一個(gè)示例性實(shí)施例中，車輛車身部件包括一個(gè)或多個(gè)縫隙天線。也就是說(shuō)，本發(fā)明的實(shí)施例包括帶有一個(gè)或多個(gè)縫隙天線的車輛和帶有一個(gè)或多個(gè)縫隙天線的外部車身部件。
[0026]將縫隙天線嵌入金屬車身面板將車輛車身本身轉(zhuǎn)變?yōu)樘炀€輻射器。這代表在車輛通信系統(tǒng)中的不同于已經(jīng)使用外部天線或?qū)τ诓焕猛獠刻炀€的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備而言接受車輛車身的RF屏蔽效應(yīng)的傳統(tǒng)方案的范式轉(zhuǎn)移。將縫隙天線直接嵌入金屬車身面板將車輛車身本身從RF屏蔽體轉(zhuǎn)變?yōu)镽F天線，這顯著地改善了位于車輛內(nèi)部或以其他方式與車輛互連的RF通信設(shè)備的寬范圍的移動(dòng)通信接收?？梢园ㄓ糜谟芍T如移動(dòng)電話、wifi設(shè)備、自動(dòng)碰撞通知設(shè)備、車輛防盜通知設(shè)備等不同類型的設(shè)備使用的不同的通信信道。多頻帶縫隙天線被配置為在更大的頻率信道內(nèi)接收多個(gè)頻帶。
[0027]例如，多頻帶縫隙天線可以在為移動(dòng)電話通信保留的更大的通信信道內(nèi)支持多個(gè)移動(dòng)電話頻帶。雙極型天線可以用于接收以雙極型模式傳播的信號(hào)。多個(gè)縫隙組件可以被配置為多頻帶、雙極型天線。本公開(kāi)中描述的任何縫隙天線都可以被部署成無(wú)源配置(無(wú)RF拾取器)或有源配置，有源配置具有PF拾取器以及將天線連接到諸如位于車輛內(nèi)部或以其他方式與車輛互連的接收器或放大器的電子裝置的同軸電纜。
[0028]因此，應(yīng)該意識(shí)到的是在無(wú)源配置中不要求RF拾取器以及在有源配置中不要求專門(mén)成形的拾取器部件(探針)。相反，縫隙被成形為作為用于目標(biāo)頻率的諧振器，有效地將縫隙附近區(qū)域內(nèi)的金屬車輛車身面板調(diào)節(jié)到目標(biāo)頻率。由于縫隙的存在，因此允許沿著縫隙布置的RF拾取器元件接收在金屬車身中以目標(biāo)頻率傳播的通信信號(hào)。還應(yīng)該注意到縫隙的長(zhǎng)度被選擇為用于在電介質(zhì)材料中傳播的目標(biāo)頻率的諧振器(即，在電介質(zhì)材料中傳播的目標(biāo)頻率的半波長(zhǎng)(ηλ/2)的整數(shù)倍，或在大多數(shù)情況下，更專門(mén)設(shè)計(jì)的長(zhǎng)度(其是考慮了全部天線相關(guān)的幾何形狀和結(jié)構(gòu)參數(shù)的精調(diào)諧過(guò)程的結(jié)果))，然而，RF拾取器元件接收以目標(biāo)頻率、主要沿金屬車輛車身的表面?zhèn)鞑サ男盘?hào)?？p隙天線以能夠被使用電連接到縫隙附近的車身面板的一對(duì)RF拾取器元件拾取的方式局部調(diào)諧金屬車輛車身本身的能力是意想不到的結(jié)果。即使沒(méi)有RF拾取器，在目標(biāo)頻率下通過(guò)車身面板的傳遞RF信號(hào)的適當(dāng)?shù)刂频贸叽绲目p隙天線的效果也是不可預(yù)測(cè)的。雖然大多數(shù)天線包括成形為對(duì)應(yīng)于目標(biāo)頻率的導(dǎo)電元件，但是，本發(fā)明在導(dǎo)電的車輛車身中成形的縫隙(即，無(wú)導(dǎo)電材料)以對(duì)應(yīng)于目標(biāo)頻率。本基礎(chǔ)方案能夠被作為手段從而以經(jīng)濟(jì)的、易生產(chǎn)的、高效的和視覺(jué)隱藏的方式構(gòu)建一系列更精密復(fù)雜的天線配置。
[0029]在另一種縫隙天線的設(shè)置中，提出多輸出多輸入(MIMO)設(shè)置?，F(xiàn)代收發(fā)器使用多個(gè)天線以向它們的接收器和發(fā)射器饋送。該方案及相應(yīng)的新引入的調(diào)制解調(diào)方案已經(jīng)顯示出改善了移動(dòng)無(wú)線寬帶通信的性能。所引入的縫隙天線也適用于MMO設(shè)置，其中少量的不同的縫隙被有源地連接到不同收發(fā)器的饋入端。
[0030]按照本發(fā)明的示例性實(shí)施例，圖1是帶有多個(gè)嵌入車輛的金屬車身面板的縫隙天線12a-n的汽車1的概念圖解。該圖示出基本概念，包括嵌入車輛的一個(gè)或多個(gè)金屬車身部件的一個(gè)或多個(gè)縫隙天線，有效地將車輛的金屬車身轉(zhuǎn)變?yōu)樘炀€輻射器。僅列舉了在車輛上示出的少量代表性的縫隙天線以避免使示圖雜亂。將多個(gè)不同的縫隙天線定位在具有不同的定向的不同的車輛車身面板上有助于在車輛相對(duì)于通信信號(hào)的傳播角度的改變定向時(shí)維持高質(zhì)量接收。盡管圖在每個(gè)位置上都示出了相同類型的單縫隙天線，但是可以采用一系列不同類型的更復(fù)雜的天線，如下文所述。
[0031]嵌入車輛車身面板的縫隙天線非常適用于汽車，但不限于這種特定類型的車輛。相同的方案可以應(yīng)用于容納移動(dòng)通信設(shè)備的任何類型的金屬容器。隨著通信設(shè)備持續(xù)激增，潛在的應(yīng)用范圍將因此持續(xù)增長(zhǎng)。作為另一個(gè)示例，圖2示出帶有嵌入飛行器的金屬機(jī)體面板的多個(gè)縫隙天線22a和22b的飛行器20。其他示意性示例包括卡車、集裝箱、火車車廂、船舶、旋轉(zhuǎn)飛行器、無(wú)人飛行器、宇宙飛船和導(dǎo)彈等。
[0032]圖3A是示意性的嵌入金屬車輛車身面板31的單頻帶、單極型縫隙天線30的正視圖?；A(chǔ)天線包括通過(guò)金屬車身面板31填充有電介質(zhì)材料34的縫隙32。電介質(zhì)材料應(yīng)該在它意圖的應(yīng)用中是柔性但耐用的，并且展示相對(duì)高的電介質(zhì)常數(shù)，諸如大約2到4(2<er<4，其中按照慣例真空電介質(zhì)常數(shù)等于:er=l.0)。而對(duì)于相同的目標(biāo)頻率，更高的電介質(zhì)常數(shù)通常允許縫隙更小，將意識(shí)到的是電介質(zhì)常數(shù)不是限制因素并且可以使用具有變化范圍的電介質(zhì)常數(shù)的材料。很多聚合樹(shù)脂、纖維玻璃、聚合物、合成物和其他類型的電介質(zhì)材料將令人滿意地充當(dāng)電介質(zhì)材料工作?？p隙32具有對(duì)應(yīng)于在電介質(zhì)材料34中傳播的目標(biāo)頻率的半波長(zhǎng)(ηλ/2)的整數(shù)倍的長(zhǎng)度“L”以形成用于目標(biāo)頻率的諧振腔。在大多數(shù)情況下，執(zhí)行考慮車輛材料(例如，包括縫隙天線的涂層、金屬薄板和電介質(zhì)材料)和車輛幾何形狀的附加的精調(diào)諧階段以優(yōu)化天線性能。該過(guò)程最可能地以可能在某種程度上區(qū)別于上面提到的經(jīng)驗(yàn)規(guī)則的更通用的天線形式結(jié)束。由于雙工通信信道在發(fā)射和接收頻帶之間存在頻率間隙，因此不能期望對(duì)應(yīng)于精確頻率的精確長(zhǎng)度。另外，對(duì)功能性能不要求嚴(yán)格的對(duì)應(yīng)。從實(shí)踐立場(chǎng)，縫隙長(zhǎng)度的經(jīng)驗(yàn)規(guī)則應(yīng)該充分接近地對(duì)應(yīng)于標(biāo)稱目標(biāo)頻率的半波長(zhǎng)的整數(shù)倍以允許縫隙作為以目標(biāo)頻率傳播信號(hào)的諧振器。實(shí)際設(shè)計(jì)階段與考慮涉及材料和幾何形狀的附加效應(yīng)的精調(diào)諧過(guò)程交叉以為特定車輛模型以及使用情況而優(yōu)化縫隙天線性能。
[0033]典型地，選擇整數(shù)倍來(lái)制造從制造角度而言具有很好地適于并入車輛車身面板31的長(zhǎng)度的縫隙天線，諸如長(zhǎng)度在5-lOcm的范圍?？p隙32還具有應(yīng)該遠(yuǎn)小于長(zhǎng)度的寬度“W”。通常，縫隙的寬度控制縫隙天線的接收頻帶(Q)的銳度。因此，應(yīng)該足夠?qū)捯赃m應(yīng)目標(biāo)雙工通信應(yīng)用的發(fā)射和接收子頻帶，同時(shí)也要足夠窄以限定目標(biāo)頻率周圍的功能性通帶濾波器以及避免其他信號(hào)的干擾。作為通用指引，5-10mm范圍內(nèi)的縫隙寬度被認(rèn)為適合于具有5-1Ocm范圍的長(zhǎng)度的縫隙天線。然而，將意識(shí)到的是這些僅是通用指引并且用于具體目標(biāo)頻率的具體縫隙天線的具體長(zhǎng)度和寬度將是設(shè)計(jì)選擇的問(wèn)題。
[0034]每個(gè)縫隙天線可以是無(wú)源的(無(wú)RF拾取器)或有源的，有源的縫隙天線具有RF拾取器和將天線連接到諸如位于車輛內(nèi)部或以其他方式與車輛互連的接收器或放大器的電子設(shè)備的同軸電纜。例如，無(wú)源天線可以被提供用于通常不連接輔助天線的移動(dòng)電話和wifi設(shè)備，然而，RF拾取器可以提供用于通常連接至輔助天線的無(wú)線電裝置、導(dǎo)航設(shè)備和自動(dòng)碰撞通知設(shè)備。為示出有源配置，圖3A包括具有第一 RF拾取器元件36和第二 RF拾取器38的RF拾取器，第一 RF拾取器元件36與縫隙32的第一細(xì)長(zhǎng)側(cè)分隔開(kāi)并相鄰，第二 RF拾取器38與縫隙的相對(duì)的細(xì)長(zhǎng)側(cè)分隔開(kāi)并相鄰。同軸電纜的中心導(dǎo)體通常連接到RF拾取器元件中的一個(gè)并且同軸電纜的屏蔽導(dǎo)體通常連接到另一個(gè)拾取器元件。圖3B示出無(wú)源單頻帶、單極型縫隙天線35的示例。
[0035]圖4A是示意性的嵌入金屬車輛車身面板31的多頻帶、單極型縫隙天線40的正視圖。多頻帶天線包括多個(gè)縫隙，在這個(gè)實(shí)例中，縫隙42、44和46典型地以平行的定向布置并且可以是無(wú)源的(無(wú)RF拾取器)或有源的(具有一對(duì)或多對(duì)RF拾取器元件)。該具體配置包括用于3個(gè)縫隙天線42、44和46的單對(duì)RF拾取器元件47、48。這允許全部3個(gè)縫隙天線拾取的信號(hào)通過(guò)單個(gè)同軸電纜傳輸?shù)脚渲脼樵谟刹煌目p隙接收的信號(hào)之間選擇性調(diào)諧的接收器。該類型的多頻帶天線可以適合于在用于具體類型的設(shè)備的更大通信信道內(nèi)的若干不同頻帶中可獲得信號(hào)的應(yīng)用。例如，縫隙天線42、44和46中的每一個(gè)的尺寸可以制成在由不同載波操作的具體頻帶內(nèi)接收移動(dòng)電話信號(hào)以允許多頻帶縫隙天線40從全部3個(gè)載波器中拾取信號(hào)。應(yīng)當(dāng)認(rèn)識(shí)到的是在實(shí)踐中，3個(gè)縫隙的構(gòu)成可以不必直接與和各自縫隙相關(guān)的3個(gè)離散的頻率對(duì)應(yīng)。相反，該類型的結(jié)構(gòu)能夠被預(yù)期接收與和單個(gè)縫隙的頻率相關(guān)的頻率范圍而非幾個(gè)離散頻率。圖4B示出無(wú)源多頻帶、單極型縫隙天線45的示例。
[0036]圖5A是示意性的嵌入金屬車輛車身面板31的單頻帶、雙極型縫隙天線50的正視圖。將意識(shí)到的是在一些情況下RF信號(hào)以雙極型模式傳送。為適應(yīng)該情況，縫隙天線50包括彼此垂直布置的2個(gè)相同尺寸的縫隙52、54。該類型的縫隙天線還可以以無(wú)源(無(wú)RF拾取器)或有源(具有一對(duì)或多對(duì)RF拾取器元件)配置來(lái)部署。在有源配置中，單組RF拾取器元件56、58典型地被用于2個(gè)縫隙52、54，這允許單個(gè)同軸電纜將用于2個(gè)極性的信號(hào)傳輸?shù)轿挥谲囕v內(nèi)部的接收器或放大器。圖5B示出無(wú)源單頻帶、雙極型縫隙天線55的實(shí)例。
[0037]圖6A是嵌入車輛車身面板31的多頻帶、雙極型縫隙天線60的另一個(gè)替代的實(shí)施例的正視圖。該天線被配置為單縫隙結(jié)構(gòu)，該單縫隙結(jié)構(gòu)包括沿第一定向(豎直)延伸的具有不同長(zhǎng)度的幾個(gè)縫隙構(gòu)件62a_c，該幾個(gè)縫隙構(gòu)件62a_c與沿垂直定向(水平)的具有不同長(zhǎng)度的幾個(gè)其他縫隙構(gòu)件64a-c互連。因此，該配置將圖4A中示出的天線40的多頻帶方案和圖5A中示出的天線50的雙極型方案組合為單縫隙結(jié)構(gòu)。如同本公開(kāi)中的全部縫隙天線一樣，該類型的天線可以以無(wú)源(無(wú)RF拾取器)或有源(具有一對(duì)或多對(duì)RF拾取器元件)配置來(lái)部署。在有源配置中，單組RF拾取器元件66、67典型地被用于整個(gè)縫隙結(jié)構(gòu)60，這允許單個(gè)同軸電纜將多頻帶、雙極型信號(hào)傳輸?shù)轿挥谲囕v內(nèi)部使用公共同軸電纜的接收器或放大器。圖6B示出無(wú)源多頻帶、雙極型縫隙天線65的實(shí)例。
[0038]圖7是利用嵌入車輛車身面板31的有源和無(wú)源縫隙天線的多信道通信系統(tǒng)70的示意性框圖以示出各個(gè)替代的實(shí)施例。車輛車身71包括多個(gè)縫隙天線72a-n，該縫隙天線72a-n可以具有如上面所描述的不同的配置。對(duì)于無(wú)源天線配置，僅需要縫隙天線配置本身。對(duì)于有源天線配置，RF拾取器被提供成與縫隙天線相鄰以用于連接延伸到車輛內(nèi)部的位置的同軸電纜。同軸電纜可以被連接到諸如接收器或放大器的通電的電子設(shè)備，或諸如另一個(gè)天線輻射器(轉(zhuǎn)播天線)的不通電的設(shè)備。將理解的是這些具體實(shí)例僅是示意性的，并且其他連接配置可以根據(jù)設(shè)計(jì)選擇的確定來(lái)使用。
[0039]為示出這些不同的替代方案，圖7示出多個(gè)具有不同有源和無(wú)源配置的縫隙天線72a-n，其中一些縫隙天線被連接到同軸電纜，而其他沒(méi)有被連接到同軸電纜。作為第一示例，電纜73a將天線72a連接到接收器76a，接收器76a通常連接到輔助天線，諸如無(wú)線電裝置、導(dǎo)航設(shè)備、自動(dòng)碰撞通知設(shè)備、自動(dòng)防盜通知設(shè)備或類似物。在該配置中，天線72a替代傳統(tǒng)的外部天線，諸如現(xiàn)在在車輛上經(jīng)常看到的鞭狀天線或鯊魚(yú)鰭式天線。作為第二示例，電纜73b將天線72b連接到通電的雙向放大器75b，雙向放大器75b增強(qiáng)位于車輛內(nèi)部或以其他方式與車輛互連的一個(gè)或多個(gè)移動(dòng)電話76b的移動(dòng)電話信號(hào)。由于天線72b可以是多頻帶天線，因此它可以支持在由不同載波器操作的多個(gè)頻帶內(nèi)的移動(dòng)電話通信信號(hào)。作為第三示例，電纜73c將天線72c連接到位于車輛內(nèi)部或以其他方式與車輛互連的未通電的天線輻射器75c(轉(zhuǎn)播天線)，在該示例中，這向位于車輛內(nèi)部或以其他方式與車輛互連的一個(gè)或多個(gè)平板電腦76c提供改進(jìn)的數(shù)據(jù)通信服務(wù)。在第四示例中，沒(méi)有RF拾取器的無(wú)源天線72d向位于車輛內(nèi)部或以其他方式與車輛互連的一個(gè)或多個(gè)移動(dòng)電話提供改進(jìn)的通信服務(wù)。在第五示例中，同軸電纜73η將有源天線72η連接到wif i中繼器75η，這向位于車輛內(nèi)部或以其他方式與車輛互連的由筆記本電腦76η代表的一個(gè)或多個(gè)無(wú)線計(jì)算設(shè)備提供諸如為互聯(lián)網(wǎng)或消息服務(wù)的無(wú)線通訊。在每個(gè)示例中，天線72a-n可以是單頻帶或多頻帶天線，具有單極型或雙極型輻射器，支持由不同載波器操作的以對(duì)應(yīng)信道和模式內(nèi)的數(shù)據(jù)通信信號(hào)。另外，每個(gè)替代方案可以向位于車輛內(nèi)部的設(shè)備，或者如果需要，向在設(shè)備位于車輛外部時(shí)可操作性地與車輛互連的設(shè)備提供改進(jìn)的通信服務(wù)。也就是說(shuō)，將理解的是，本發(fā)明的實(shí)施例提供的改進(jìn)的通信服務(wù)將用于移動(dòng)設(shè)備，同時(shí)移動(dòng)設(shè)備物理地位于車輛及位于車輛外部的移動(dòng)設(shè)備內(nèi)部，只要設(shè)備保持可操作地與車輛互連。因此，車輛車身本身可以作為天線以在車輛內(nèi)部和車輛周圍區(qū)域內(nèi)提供改進(jìn)的通信服務(wù)。能夠預(yù)期雙向放大器或輔助天線的添加能改進(jìn)實(shí)施例在車輛內(nèi)部以及在車輛周圍的區(qū)域內(nèi)提供改進(jìn)的通信服務(wù)的能力。
[0040]圖8是整體地嵌入車輛車身面板81的縫隙天線80的示意性側(cè)視圖。電介質(zhì)材料82填充縫隙并且位于外部涂層83的下面以使得平滑過(guò)渡在車身面板81上。天線典型地在最初制造過(guò)程期間被嵌入車輛車身面板內(nèi)，以允許最初的車輛涂層被施加在填充有電介質(zhì)材料的縫隙上，從而在視覺(jué)上隱藏天線。也就是說(shuō)，縫隙天線不易被普通觀察者在購(gòu)買情景中查看車輛時(shí)應(yīng)用通常的觀察力看到。在有源配置中，RF拾取器84、85位于被涂層的外部車身表面相對(duì)的車身面板的底側(cè)上。沿面板的底側(cè)延伸的同軸電纜86具有電連接到第一 RF拾取器84的中心導(dǎo)體87和連接到另一個(gè)RF拾取器85的屏蔽導(dǎo)體88。同軸電纜和RF拾取器典型地被車頂內(nèi)襯89或其他內(nèi)部車身部件所隱藏。出于審美的原因，電纜可以被定位或者隱藏部件可以被成形或充分固定以避免多塊狀的外觀。以這種方式，多個(gè)縫隙天線可以被安裝并布線為原始的車輛裝置。
[0041]圖9是用于使車輛配置具有嵌入外部車身部件的縫隙天線的邏輯流程圖90。在框91，設(shè)計(jì)者確定容納于車輛內(nèi)的通信信道，諸如用于不同類型的設(shè)備的信道。例如，信道可以包括那些通常用于AM/FM收音機(jī)、衛(wèi)星收音機(jī)、導(dǎo)航設(shè)備、移動(dòng)電話、wifi及其他數(shù)據(jù)設(shè)備、自動(dòng)碰撞通知設(shè)備、自動(dòng)防盜通知設(shè)備等。在框92中，設(shè)計(jì)者確定通信信道內(nèi)支持的多個(gè)頻帶。在框93中，設(shè)計(jì)者確定通信頻帶內(nèi)支持的多個(gè)極性。在框94中，設(shè)計(jì)者確定哪個(gè)信道是無(wú)源的以及哪個(gè)是有源的。在框95中，設(shè)計(jì)者確定縫隙天線的布局，縫隙天線的布局可以包括在多個(gè)車身面板中的多個(gè)縫隙天線。在框96中，縫隙天線在最初的制造過(guò)程中被嵌入車身面板內(nèi)。在框97中，有源縫隙天線在最初的制造過(guò)程中用同軸電纜布線。在框98中，一個(gè)或多個(gè)有源設(shè)備接收器和天線可以通過(guò)同軸電纜被附接至天線。
[0042]盡管已經(jīng)參考示例性實(shí)施例描述了本發(fā)明，但是本領(lǐng)域技術(shù)人員將理解的是在不脫離本發(fā)明的范圍的情況下可以進(jìn)行多種變化并且等效物可以替代其元件。另外，在不脫離本發(fā)明的實(shí)質(zhì)范圍的情況下可以進(jìn)行很多修改以使特定情況或材料適應(yīng)本發(fā)明的教導(dǎo)。因此，意圖本發(fā)明不限于公開(kāi)的具體實(shí)施例，而是本發(fā)明將包括落入本申請(qǐng)的范圍內(nèi)的全部實(shí)施例。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種車輛，所述車輛包括外部車身，所述外部車身包括金屬薄板部分和縫隙天線，所述縫隙天線包括: 通過(guò)所述金屬薄板部分的縫隙； 填充所述縫隙的電介質(zhì)材料； 其中，填充有電介質(zhì)材料的縫隙的尺寸被制得以形成用于在目標(biāo)頻帶內(nèi)傳播的通信信號(hào)的諧振天線福射器。2.如權(quán)利要求1所述的車輛，其中所述縫隙具有產(chǎn)生對(duì)應(yīng)于移動(dòng)通信設(shè)備的在電介質(zhì)材料內(nèi)傳播的目標(biāo)頻率的諧振條件的長(zhǎng)度尺寸，所述移動(dòng)通信設(shè)備被配置成當(dāng)位于車輛內(nèi)時(shí)接收由不具有操作地連接到車輛的與縫隙相鄰的射頻(RF)拾取器的縫隙增強(qiáng)的目標(biāo)頻率。3.如權(quán)利要求2所述的車輛，進(jìn)一步包括覆蓋所述金屬薄板部分、所述縫隙和所述電介質(zhì)材料的外側(cè)的外部車身涂層，從而從車輛外部在視覺(jué)上隱藏所述天線。4.如權(quán)利要求1所述的車輛，進(jìn)一步包括射頻(RF)拾取器，所述射頻拾取器包括第一射頻拾取器和第二 RF拾取器，所述第一 RF拾取器電連接到與所述縫隙的第一細(xì)長(zhǎng)側(cè)相鄰的金屬薄板部分，所述第二 RF拾取器電連接到與所述縫隙的第二細(xì)長(zhǎng)側(cè)相鄰的金屬薄板部分，其中RF拾取器位于與帶有涂層的外側(cè)相對(duì)的金屬薄板部分的下側(cè)上。5.如權(quán)利要求4所述的車輛，進(jìn)一步包括同軸電纜，所述同軸電纜連接到沿所述金屬薄板部分的下側(cè)布置的RF拾取器。6.如權(quán)利要求5所述的車輛，進(jìn)一步包括位于所述車輛的內(nèi)或以其他方式與所述車輛互連的放大器、接收器或天線輻射器，被連接到所述同軸電纜、配置為經(jīng)由所述縫隙天線進(jìn)行RF通信。7.如權(quán)利要求6所述的車輛，進(jìn)一步包括車頂內(nèi)襯或其他內(nèi)部車身部件，以從所述車輛的內(nèi)部從視野上隱藏所述同軸電纜。8.如權(quán)利要求1所述的車輛，其中金屬部分是外部車身部件，并且所述縫隙是第一縫隙，進(jìn)一步包括位于共同的外部車身部件上的多個(gè)其他縫隙天線。9.如權(quán)利要求1所述的車輛，其中金屬部分是外部車身部件，并且所述縫隙是第一縫隙，進(jìn)一步包括位于不同的外部車身部件上的多個(gè)其他縫隙天線。10.—種帶有縫隙天線的金屬車輛車身部件，包括: 通過(guò)所述車身部件的縫隙； 填充所述縫隙的電介質(zhì)材料； 其中，填充有電介質(zhì)材料的縫隙的尺寸被制得以形成用于在目標(biāo)頻帶內(nèi)傳播的通信信號(hào)的諧振天線福射器。
【文檔編號(hào)】H01Q13/10GK105896073SQ201610206101
【公開(kāi)日】2016年8月24日
【申請(qǐng)日】2016年1月7日
【發(fā)明人】K·J·謝姆, M·A·斯特夫卡, M·萊芬菲爾德, S·W·皮珀
【申請(qǐng)人】通用汽車環(huán)球科技運(yùn)作有限責(zé)任公司