DE10129664A1 - Antennenscheibe mit einem Hochfrequenzbauteil - Google Patents

Antennenscheibe mit einem Hochfrequenzbauteil

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Abstract

Bei einer Antennenscheibe (1) mit einem auf einer ihrer Oberflächen fest angeordneten elektrischen Hochfrequenzbauteil (HF), das mit einer auf der Scheibe vorgesehenen Leiterstruktur (3) elektrisch verbunden ist, weist das Hochfrequenzbauteil (HF) erfindungsgemäß mindestens eine flächige Koppelelektrode (5) auf, welche zum Bilden der besagten elektrischen Verbindung durch eine dielektrische Zwischenschicht (4) getrennt mit definiertem Abstand zu der hochfrequente Antennensignale führenden flächigen Leiterstruktur (3) gehalten ist. Die Zwischenschicht (4) wird in einer besonders bevorzugten Ausführung durch ein doppelseitiges Klebeband gebildet.

Description

  • Die Erfindung bezieht sich auf eine Antennenscheibe mit einem Hochfrequenzbauteil mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Patentanspruchs 1.
  • DE-A1-198 23 202 beschreibt eine Fahrzeug-Antenneneinrichtung, bei der die in Kontaktstellen eines Kontaktfeldes zusammengefassten Fusspunktanschlüsse aller auf einer transparenten (Glas-)Scheibe angeordneten Antennen von einem auf der Scheibenoberfläche angeordneten Kunststoffsockel umfasst sind, in dem ein Hochfrequenzbauteil, z. B. ein Verstärker, lösbar befestigt ist. Für die elektrischen Verbindungen zwischen dem Hochfrequenzbauteil und den Kontaktstellen werden dort Federkontakte verwendet. Diese sind zwar einfach montierbar und demontierbar, aber zugleich relativ anfällig gegen Korrosion und auftretende mechanische Schwingungen.
  • DE-A1-198 56 663 offenbart eine Vorrichtung zum Kontaktieren einer an einer Fahrzeug- Fensterscheibe angeordneten Antenne mit einem auf der Fensterscheibe befestigten Verstärkergehäuse. Der Verbindungsbereich ist von einer Klebeschicht umgeben, während die elektrischen Kontakte vorzugsweise durch Löten hergestellt werden. US-A-6,087,996 zeigt eine ähnliche Anordnung mit Federkontakten, wobei das Verstärkergehäuse mithilfe eines Klettverschlusses lösbar an der Scheibenoberfläche befestigt wird.
  • Aus DE-A1-197 35 395 ist es bekannt, eine als Antenne dienende leitfähige Flächenschicht auf einer transparenten (Glas-)Scheibe kapazitiv an einen Anschlußleiter anzukoppeln, mit dem das Antennensignal an den Rundfunkempfänger weitergeleitet wird. Dabei erfolgt die kapazitive Ankopplung in der Weise, daß eine streifenförmig ausgebildete Elektrode auf die dem Fahrgastraum zugewandte Seite einer Verbundglasscheibe aufgedruckt wird, während die leitfähige Schicht auf einer im Verbund innen liegenden Oberfläche angeordnet ist. Die Länge der streifenförmigen Elektrode soll mehr als 5 cm betragen, und ihre Breite 5 bis 10 mm.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, ausgehend von einer bekannten Scheibe mit einem Hochfrequenzbauteil eine weitere Verbindungsvariante für die Kontaktierung des auf der Scheibenoberfläche angeordneten Hochfrequenzbauteils zu schaffen.
  • Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Die Merkmale der Unteransprüche geben vorteilhafte Weiterbildungen dieses Gegenstands an.
  • In ein Hochfrequenzbauteil kann eine Mehrzahl von Antennensignalen auch ohne jeweils eigene Kontaktstellen mittels einer flächigen Elektrode auf kapazitivem Weg mit vernachlässigbaren Dämpfungsverlusten übertragen werden. Hierzu ist zunächst auf der Scheibe eine die Antennensignale führende flächige Leiterstruktur vorzusehen. Es kann sich dabei um Signale von Diversity-Antennen für den Rundfunk- und TV-Empfang handeln. Es können aber auch Signale von Rundfunk/TV und Funktelefonie, GPS und dgl. mehr kombiniert werden. Diese Signale können im Hochfrequenzbauteil mittels geeigneter Komponenten auseinander gefiltert und getrennt ausgewertet, insbesondere verstärkt und später wiedergegeben werden.
  • Natürlich müssen sich die beiden Koppelelektroden vollständig überlappen, weil die Kapazität proportional zur Elektrodenfläche ist. Eine nicht vollständige Überlappung führt zu einer Reduzierung der Koppelkapazität und damit zu einer Erhöhung der Dämpfung bei tieferen Frequenzen. Man wird die besagte Überlappung in der Regel dadurch sicher stellen können, dass die als Auskoppelpunkt genutzte Leiterstruktur auf der Scheibenoberfläche größerflächig ausgeführt wird als die zugeordnete Koppel- bzw. Flächenelektrode, so dass geringe Positionsabweichungen unschädlich bleiben.
  • Ein großer Vorteil dieser Anordnung ist, dass das Hochfrequenzbauteil in Gestalt einer einfachen Platine ohne galvanische Kontakte zur Scheibe hin ausgeführt werden kann.
  • Die dielektrische Zwischenschicht kann ein Luftspalt mit definierter Spaltweite sein, wenn es möglich ist, diesen nach dem Fixieren des Hochfrequenzbauteils auf der Antennenscheibe dauerhaft konstant zu halten. Das kann z. B. mittels geeigneter Montagevorrichtungen mit Distanzhaltern ermöglicht werden. In aller Regel wird man das Hochfrequenzbauteil mit der Scheibenoberfläche verkleben. Wenn es ein eigenes Gehäuse umfasst, müssen nach dem Aufkleben nur noch die elektrischen Außenanschlüsse fertig gestellt werden. Wenn das Hochfrequenzbauteil kein eigenes Gehäuse umfasst, kann es - natürlich nach einer gründlichen Funktionsprüfung - mit einer geeigneten Masse dauerhaft vergossen werden. Dadurch werden Umgebungseinflüsse nahezu hermetisch ferngehalten, obwohl das Hochfrequenzbauteil selbst keine eigene Hülle haben muss. Das trägt auch zur Verringerung seiner Erhebung über die Scheibenoberfläche bei. Gerade im Einsatzfall der Antennenscheibe in einem Fahrzeug ist der zuverlässige Schutz gegen Feuchtigkeit und Wasserdampf unerlässlich.
  • Die Spaltweite der kapazitiven Übertragungsstrecke kann in einer bevorzugten Variante mittels eines (doppelseitigen) Klebebandes mit definierter Dicke hergestellt werden, welches einerseits unmittelbar eine dielektrische Zwischenschicht zwischen der scheibenseitigen Leiterstruktur und der Koppelelektrode des Hochfrequenzbauteils bildet. Andererseits wird auf diese Weise die Fixierung des Hochfrequenzbauteils sehr stark vereinfacht. Das Material des Klebebandes sichert dauerhaft die Einhaltung der gewünschten Spaltweite bzw. des Elektrodenabstands der kapazitiven Übertragungsstrecke.
  • Ein weiterer Vorteil dieser Anordnung ist der kurze Signalweg von der Antenne zum Hochfrequenzbauteil, zumal wenn dieses einen Verstärker umfasst. Denn sowohl Verluste als auch Störeinflüsse bleiben auf diese Weise sehr gering. Das Hochfrequenzbauteil kann neben einem oder mehreren Verstärkern z. B. auch einen oder mehrere Tuner und dgl. umfassen.
  • Auch das Ersetzen eines evtl. ausgefallenen Bauteils ist nicht besonders aufwändig. Man kann die Vergussmasse ggf. zusammen mit dem unbrauchbar gewordenen Bauteil und der Klebeverbindung entfernen, wobei ähnlich wie bei Federkontakten keine eigenen Arbeitsschritte zum Lösen der Kontakte erforderlich sind.
  • Es versteht sich, dass die hier beschriebene Anordnung eines Hochfrequenzbauteils auf einer Antennenscheibe sowohl bei Glas- als auch bei Kunststoffscheiben anwendbar ist, natürlich auch sowohl bei monolithischen als auch bei Verbundscheiben.
  • Die Verbindung zwischen der Leiterstruktur und den Antennenelementen sowie die Herstellung und Bauart der letzteren wird hier nicht näher erörtert, weil im Stand der Technik mannigfache Ausführungen und Kombinationen vorbeschrieben sind.
  • Allerdings ist festzuhalten, dass die Signalübertragung von Leiterstruktur zu Koppelelektrode unter dem Hochfrequenzbauteil nicht auf eine einzige Übertragungsstrecke bzw. - kapazität beschränkt ist. Es ist vielmehr auch möglich, die (aufgedruckte oder aufgeklebte) Leiterstruktur in mehrere elektrisch getrennte Abschnitte zu unterteilen, deren jeder mit einem Antennenfeld oder dgl. verbunden ist. Anders ausgedrückt werden so mehrere Auskoppelpunkte auf einer Scheibenoberfläche lokal benachbart angeordnet. Die von ihnen geführten Signale werden mithilfe einer entsprechenden Anzahl von räumlich und funktional individuell zugeordneten Koppelelektroden parallel in das diese Mehrzahl von Übertragungskapazitäten überdeckende Hochfrequenzbauteil ausgekoppelt.
  • So kann man z. B. an einer Stelle auf einer Scheibenoberfläche Signale von Antennenstrukturen lokal zusammen fassen, die auf mehrere Scheiben (z. B. Seiten- und Heckscheiben von Autos) verteilt sind, wie es vor allem bei Diversity-Antennensystemen vorgesehen werden kann. Zu beachten ist bei solchen Mehrfach-Lösungen allerdings, daß zu geringe Kontaktabstände (der übertragenden Leiterstruktur-Abschnitte zueinander) zu einem Signal-Übersprechen führen können. Zum Reduzieren oder Vermeiden dieses Effekts sollte der Abstand zweier Kontaktflächen größer sein als die Längen der einander mit diesem Abstand gegenüber liegenden Kontaktkanten.
  • Weitere Einzelheiten und Vorteile des Gegenstands der Erfindung gehen aus der Zeichnung eines Ausführungsbeispiels und deren sich im folgenden anschließender eingehender Beschreibung hervor.
  • Die einzige Figur zeigt in vereinfachter (nicht massstäblicher) Darstellung einen Schnitt durch den Randbereich einer Antennenscheibe, auf dem ein Hochfrequenzbauteil mithilfe eines doppelseitigen Klebebands dauerhaft befestigt ist.
  • Eine transparente monolithische Glasscheibe 1 trägt nahe dem Rand einer ihrer Oberflächen sowohl eine opake Beschichtung 2 als auch eine auf letzterer angeordnete elektrisch leitfähige Leiterstruktur 3. Die opake Beschichtung und die Leiterstruktur werden bevorzugt in bekannter Weise durch Siebdrucken entsprechender Pasten hergestellt, welche (auf einer Glasscheibe) anschließend eingebrannt werden können. Die opake Beschichtung 2 muss nicht elektrisch leitfähig sein. Demgegenüber wird die Leiterstruktur 3 vorzugsweise in bekannter Weise aus einer Siebdruckpaste mit relativ hohem Silberanteil hergestellt, wie es von Stromsammelschienen für aufgedruckte und eingebrannte Heizleiter oder auch für Schichtheizungen auf Autoglasscheiben bekannt ist. In idealer Weise kann die Leiterstruktur 3 auch im vorliegenden Anwendungsfall als weitere Funktion auch eine Sammelschiene dieses Typs bilden. Bekanntlich können Antennenstrukturen auch als Heizelement genutzt werden, wenn ihnen eine Speisespannung aus dem Bordnetz zugeführt wird.
  • Auf der Leiterstruktur 3 wiederum ist mittels eines dünnen doppelseitigen Klebebandes 4 ein Hochfrequenzbauteil HF befestigt, auf das noch eingegangen wird.
  • Zwischen der Leiterstruktur 3 und dem Klebeband könnte sich je nach Anforderung des Endkunden eine weitere optisch kaschierende opake Schicht befinden, die elektrisch nicht leitet.
  • Im Einbauzustand der Antennenscheibe 1 in einer (nicht gezeigten) Fahrzeugkarosserie liegt diese Anordnung in der Regel auf einer dem Fahrzeug-Innenraum zugewandten Oberfläche und wird nach innen von einer Innenverkleidung kaschiert. Die opake Beschichtung 2 deckt die Leiterstruktur 3 und das Hochfrequenzbauteil HF optisch nach außen ab.
  • Unmittelbar mit dem Klebeband 4 ist eine dünne Flächenelektrode 5 aus einem gut leitfähigen Metall, z. B. Kupfer, verbunden.
  • Das Klebeband 4 bildet eine dielektrische Trennschicht mit definierter Dicke zwischen der Leiterstruktur 3 und der Flächenelektrode 5. Seine Dicke gibt den Abstand der beiden Elektroden vor, der nicht mehr als ca. 0,5 mm betragen sollte, und hat somit maßgeblichen Anteil am kapazitiven Übertragungsverhalten der Anordnung.
  • Es wird kein galvanischer Kontakt zwischen der Leiterstruktur 3 und dem Hochfrequenzbauteil HF benötigt. Vielmehr dient die Leiterstruktur 3 als erste Elektrode einer kapazitiven Signaleinkopplung in das Hochfrequenzbauteil HF über die Flächenelektrode 5. Letztere ist im Beispielfall ca. 100 mm lang, 10 mm breit und 35 µm dick. Die Leiterstruktur hat an dieser Stelle eine Breite von mehr als 10 mm und eine Dicke von 4-15 µm bei einem Silbergehalt von > 70% und einem spezifischen Widerstand von 2.85-5.45.10-6 [Ω.cm]. Man hat damit ein befriedigendes Übertragungsverhalten im Frequenzbereich oberhalb 40 MHz erreicht, also Signale für VHF, FM, UHF, etc. sicher und mit guter Qualität übertragen.
  • Die geometrischen Abmessungen der Hardware-Komponenten können in engen Toleranzbereichen konstant gehalten werden. Es ist wichtig, dass die Klebeschicht keine Feuchte eindringen zuläßt. Man verwendet bevorzugt Acrylatkleber als Film oder Foam, deren Permittivität zwischen 2 und 4 liegt.
  • Damit ist insgesamt eine zur Übertragung hochfrequenter Signale von der Leiterstruktur 3 auf die Flächenelektrode 5 bzw. in nachgeordnete Komponenten des Hochfrequenzbauteils HF geeignete Kapazität gebildet.
  • Die Flächenelektrode 5 ist anderseitig mit einer relativ dicken elastischen Schicht 6 verbunden, vorzugsweise wiederum verklebt, welche leichte Krümmungen der Oberfläche der Scheibe 1 ausgleichen kann und soll. Die Flächenelektrode 5 selbst ist dünn genug, um jeglicher in der Praxis relevanten Oberflächenkrümmung folgen zu können. Auf die Spaltweite bzw. Dicke des Klebebandes 4 haben diese Krümmungen deshalb einen vernachlässigbar geringen Einfluss. Hierauf folgt eine Trägerplatte 7, welche das mechanische Rückgrat des Hochfrequenzbauteils HF bildet. Je nach Einbauumgebung kann diese Trägerplatte steif oder flexibel sein. Auf ihr ist eine Trägerplatine 8 mit nicht näher zu erörternder elektronischer Ausstattung befestigt. Auch diese kann ebenso wie die Trägerplatte je nach Anforderung flexibel ausgeführt werden, wenn es die Einbauumgebung (z. B. sehr kleine Krümmungsradien der Scheibenoberfläche am Einbauort) erfordert oder das Hochfrequenzbauteil relativ große Flächenabmessungen hat.
  • Schließlich ist ein Signalkabel 9 elektrisch mit der Trägerplatine bzw. auf dieser ausgebildeten Leiterbahnen verbunden. Über dieses (abgeschirmte) Signalkabel 9 werden Signale zu nachgeordneten, hier nicht gezeigten Aggregaten (Rundfunk-, TV-, Telefongeräte etc.) übertragen; ferner dient es zum Versorgen des Hochfrequenzbauteils HF mit elektrischer Spannung und ggf. zum Erden.
  • Diese gesamte Anordnung wird von einer Vergussmasse 10 eingehüllt, welche an der Oberfläche der Antennenscheibe 1 bzw. an der opaken Beschichtung 2 fest haftet und das Hochfrequenzbauteil hermetisch gegen Feuchtigkeit und Verschmutzungen abschirmt.

Claims (8)

1. Antennenscheibe (1) mit einem auf einer ihrer Oberflächen fest angeordneten elektrischen Hochfrequenzbauteil (HF), das mit einer auf der Scheibe vorgesehenen Leiterstruktur (3) elektrisch verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Hochfrequenzbauteil (HF) mindestens eine flächige Koppelelektrode (5) aufweist, welche zum Bilden der besagten elektrischen Verbindung durch eine dielektrische Zwischenschicht (4) getrennt mit definiertem Abstand zu der hochfrequente Antennensignale führenden flächigen Leiterstruktur (3) gehalten ist.
2. Antennenscheibe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Hochfrequenzbauteil (HF) eine die flächige Koppelelektrode (5) sowie weitere mit dieser verbundene Bauteile tragende Trägerplatte (7) umfasst.
3. Antennenscheibe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die dielektrische Zwischenschicht durch ein Klebeband (4) mit definierter Dicke gebildet ist.
4. Antennenscheibe nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das auf der Scheibe (1) befestigte Hochfrequenzbauteil (HF) mittels einer an der Scheibenoberfläche haftenden ausgehärteten Masse (10) luft- und wasserdampfdicht vergossen ist.
5. Antennenscheibe nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die flächige Leiterstruktur (3) aus einer elektrisch leitfähigen Einbrennpaste besteht, welche auf eine Oberfläche der Scheibe (1) aufgedruckt und eingebrannt ist.
6. Antennenscheibe nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Antennenelemente ebenfalls aus einer aufgedruckten und eingebrannten elektrisch leitfähigen Einbrennpaste bestehen.
7. Antennenscheibe nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die flächige Leiterstruktur elektrisch oder kapazitiv mit Antennenelementen verbunden sind, welche auf einer anderen Oberfläche der Scheibe, insbesondere im Inneren einer Verbundscheibe, angeordnet sind.
8. Antennenscheibe nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die flächige Leiterstruktur in mehrere voneinander beabstandete und elektrisch getrennte, Signale führende Abschnitte gegliedert ist, denen jeweils eine eigene Koppelelektrode des Hochfrequenzbauteils räumlich und funktional individuell zugeordnet ist.
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