EP0764350A1 - Antennenanordnung auf einem fenster mit hoher wärmetransmissionsdämpfung - Google Patents
Antennenanordnung auf einem fenster mit hoher wärmetransmissionsdämpfungInfo
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- EP0764350A1 EP0764350A1 EP96907319A EP96907319A EP0764350A1 EP 0764350 A1 EP0764350 A1 EP 0764350A1 EP 96907319 A EP96907319 A EP 96907319A EP 96907319 A EP96907319 A EP 96907319A EP 0764350 A1 EP0764350 A1 EP 0764350A1
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- H01Q15/0013—Devices acting selectively as reflecting surface, as diffracting or as refracting device, e.g. frequency filtering or angular spatial filtering devices said selective devices working as frequency-selective reflecting surfaces, e.g. FSS, dichroic plates, surfaces being partly transmissive and reflective
Definitions
- the invention relates to a window pane antenna arrangement according to the preamble of claim 1.
- Such antennas are widely used on the window pane of a motor vehicle, which is surrounded by a metallic frame.
- antenna conductors of this type are known from DEP 3315458, DEP 3410415 and DEP 4406240. With all antennas of this type, the antenna conductors are designed as wire-shaped conductors which are either printed on the single-pane safety glass or are introduced as wire structures between the glass panes of a laminated safety pane.
- a disadvantage of such antenna window panes is the heat radiation that enters the interior of the vehicle and heats it up.
- transmission-reducing coatings have been developed in the past, which can be constructed in one or more layers.
- Such a coating is often very low-resistance in electrical terms, particularly in the case of high transmission damping, and the surface resistance is often only a few ohms.
- Antenna conductors which are applied to a glass pane coated in this way are severely impaired in their function by shielding and detuning by the galvanic connection or in the case of capacitive high-frequency coupling to this conductive layer.
- the antenna conductors are usually implemented as often complex conductor structures printed in wire form or formed by wires.
- European laid-open specification 0 358 090 therefore proposes to make this conductive coating sufficiently high-resistance so that the function of the antennas on the window pane is not impaired too much. For this reason, a surface resistance of 20 kOhm is required. Layers of such high impedance, however, have a comparatively low transmission loss for heat radiation.
- Fig. 1 A wire-shaped, flat antenna for LMK reception on the window of a vehicle with narrow horizontal strips 6 separated low-ohmic coated partial areas 12 for high-frequency decoupling of the antenna from the window frame 2 and a low-resistance layer 5 in the lower region of the Light transmission area of the window opening 14.
- Fig. 2 LMK antenna, as in Fig. 1, in the rear window of a car with high-frequency grounded heating conductors 9th
- Fig. 3 A flat antenna with printed conductors 3 for LMK reception and with flat heating antennas for FM reception with
- REPLACEMENT LEAF 6 separate, electrically low-resistance coated with narrow and vertical strips
- Sub-areas 12 for high-frequency decoupling of the antennas from one another are Sub-areas 12 for high-frequency decoupling of the antennas from one another.
- Fig. 4 LMKU antenna as a wire-shaped antenna conductor 3 on or above an electrically low-resistance conductive partial surfaces 12 separated by narrow two-dimensional strips 6 for high-frequency decoupling of the individual wire sections from one another.
- FIG. 1 shows an antenna arrangement according to the invention, which consists of a wire structure 3, as is known from DEP 3410415, and has good reception properties in the low-frequency LMK range in conjunction with the window opening 14 of conventional automobiles.
- the low-resistance coating required due to the reduction in heat transmission is divided into partial areas 12 which are separated from one another by means of narrow, non-conductive strips 6 are arranged separately in such a way that practically the entire surface of the window opening 14 is covered with the electrically conductive layer 5 and the highest possible degree of surface coverage is achieved with regard to the heat radiation transmission.
- the originally continuously electrically conductive layer 5 thus becomes the structured electrically conductive layer 10, as is shown in FIG. 1 above and below the LMK antenna conductor 3 by the hatched at 45 degrees Areas is marked.
- a section of the structured electrically conductive layer 10 is shown enlarged.
- the electrically conductive partial surfaces 12 then fill the area between the strips 6 in strips and have the transverse dimension d.
- the area that remains uncovered is insignificant with regard to thermal insulation.
- the electrically conductive layer 5 in some areas in the form of the structured electrically conductive layer 10, it is important to avoid dimensions of the sub-areas 12 which cause the formation of electrical resonances at the operating frequencies of the antenna 3 or the antennas 3 avoid.
- the structured electrically conductive layer 10 formed in this way is thus high-frequency transparent for the operating frequencies of the antenna, but only allows the heat radiation to be adequately attenuated.
- Resonances on the sub-areas 12 can certainly be avoided by none of their dimensions being greater than lambda / 10.
- the smallest operating wavelength of which is approximately 50 m all dimensions are small compared to Lambda / 10.
- the partial areas 12 in the immediate vicinity of the antenna conductors 3 must have sufficiently small dimensions in the vertical direction, so that between each point on one of the wire-shaped antenna conductors 3 and the metallic frame 2 as well as the coherent, electrically low-impedance conductive located in the lower region of the light transmission region of the window opening 14 Layer 5 (dotted area) a plurality, but at least three non-conductive strips 6 are preferably formed approximately equidistantly from one another, as a result of which the structured electrically conductive partial area 10 is formed, with the aim that the capacitive coupling between the antenna conductors 3 and the metallic frame 2 as well the coherently low-resistance layer 5 is sufficiently small.
- the heat protection layer ends in the area of black printing 8, so that the antenna function is not impaired by contact with the possibly high-frequency-damping adhesive bead 7 which connects the window pane to the vehicle.
- LMK antenna as in Fig. 1 and in Fig. 2 acts as a flat antenna, so that the low-resistance layer 5 between the two outer conductors 3 can be designed either as a continuous or as sub-areas 12 with non-conductive strips 6 in between. It is therefore essential to separate the electrically conductive layer 5, that is to say the heat protection layer, in the vicinity of the planar antenna by means of non-conductive strips 6 in the manner described, as a result of which the structured electrically conductive layer 10 again results. This largely removes the coupling between the antenna conductors 3 of the LMK antenna and the frame 2 and also the heating conductors 9, which in this example form other conductor parts 13 on the vehicle window.
- FIG. 3 shows a further development of the invention for higher frequencies at which the vehicle dimensions are not small compared to the wavelength.
- a window pane antenna arrangement according to the invention with an antenna arranged above for LMK reception and below that two antennas for FM reception, which are derived from the heating fields, is considered. All of the antennas shown can optionally be flat.
- the simply hatched areas again characterize the electrically low-resistance coated partial areas 12 separated by narrow horizontal and vertical strips 6 in this example for high-frequency decoupling of the antennas from one another.
- a two-dimensionally structured electrically conductive layer 10 in the form of a lattice structure made of narrow electrically non-conductive strips 6 is therefore used for the antenna arrangement according to the invention.
- the two-dimensional lattice structure allows the permeability of these areas for radio waves and the high-frequency decoupling of the antennas from one another as a result of the sufficient high impedance of the resulting surface impedance, which results even at very small widths b of the strips 6.
- the antenna behavior is to be determined largely exclusively by the wire-shaped antenna conductors 3 and the thermal insulation is to have little influence on the antenna behavior, then it is expedient in a further embodiment of the invention to also use the dotted areas in FIG 3 to be provided with the two-dimensionally structured electrically conductive layer, that is to say, for example, low-resistance coated partial surfaces 12 separated by narrow horizontal and vertical strips 6 to be used in the area of the heating conductor 9.
- This procedure is to be continued analogously to the edges of the window frame 2, provided that the thermal insulation cannot be completely omitted due to the likewise thermally insulating black printing 8 applied there.
- the influence of the width b of a non-conductive strip 6 between two partial surfaces 12 of the layer thicknesses s on the capacitance between the partial surfaces 12 as a function of b / s does not vary by more than a factor of 2.5 if a ratio b / s of 2 is not undershot .
- a disadvantage of the known, coherently conductive layers in the vicinity of antennas is the fact that these layers carry large coupled currents, in particular with a small surface active resistance R, which entail losses and the layers have a shielding effect.
- REPLACEMENT LEAF Antenna arrangement can be covered by such a raster structure without shielding or evaporating the antennas behind.
- the small widths b of the non-conductive strips that are permitted for the function of the antennas allow both the practically complete shielding of the short-wave heat radiation compared to the dimensions of the partial areas 12 and the aesthetic impairment of the window pane by wide strips 6 to be avoided.
- Such structured layers can be produced in a manner known per se by applying the initially homogeneous layer, e.g. with the aid of a conventional cathode sputtering process, and the introduction of the non-conductive strips 6 can be carried out with the aid of a light-sensitive lacquer and the customary photoetching technique, or with laser processes or ion beam etching.
- Fig. 4 shows a wire-shaped antenna 3, as it is advantageous for the LMKU area, e.g. in vehicle windscreens.
- Such an antenna is known from DEP 3315458.
- it is necessary to increase the inductance or capacitance per unit length of the wire by considerably less than an order of magnitude change.
- the shielding effect which would have a uniformly coherent layer, is eliminated, so that when the non-conductive strips 6 are formed, only an electrical detuning effect of the antenna is brought about, which with a sufficiently large number of strips 6 by
- FIG. 5 shows an example of an embodiment of such an antenna system on the rear window pane of a vehicle, as is known from DEP 4406240.
- the terminals 18 represent the end points of the antenna conductors 3 as connection points for the FM and TV antennas.
- 17 identifies the mounting area of a radio antenna 15 which is mounted in the middle of the window at the top.
- 6 shows some examples of the arrangement of the electrically conductive layer 5 damping the heat transmission and its specific embodiment according to the invention as a structured electrically conductive layer 10 and the antenna conductors 3.
- 6a shows the joint application on one side of a single-pane glass. In this case, the conductive subareas are in galvanic contact with the antenna conductors.
- REPLACEMENT LEAF A particular advantage of the present invention results from the fact that the structured heat-insulating layer 10 formed in this way does not have to assume a specific position in relation to the antenna conductors. This applies in particular in the case of sufficiently small dimensions d of the conductive subareas 12. This results in the possibility of particularly simple manufacture in the series production of antenna window panes.
- the plastic film 4 intended for the laminated glass production is applied on the left with a grid structure according to FIGS. 4 and 5, and if the antenna conductors 3 are printed on the window glass as in FIGS. 6b and c, the plastic film 4 can be used in the production of the laminated glass between the panes without considering the position of the grid with respect to the antenna conductor 3.
- the specimen scatter of the antenna properties which result from the different positions of the grid relative to the antenna conductors 3 in series production, can be tolerated due to the fineness of the grid.
- the coherently conductive surface 11 necessary for other reasons in FIG. 5 can also be printed as a printed conductive surface on the window glass on the side of the antenna conductor, where it can act, for example, as an electrical counterweight and as a grounded shielding surface against radio fields penetrating into the vehicle interior.
- junction 18 through the heat-insulating layer structured in this way is also possible with the arrangement shown in FIG. 8.
- two mutually opposite conductive surfaces 17 are applied to the outer sides of the laminated glass pane, to which the antenna on one side and e.g. a high-frequency line 16 is connected.
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Abstract
Die Erfindung betrifft eine Fensterscheibenantennenanordnung mit auf oder in der Fensterscheibe (1) angebrachten Antennenleiter (3) bzw. Antennenleitern (3) bzw. Antennenleiterstrukturen (3) bzw. Antennenleiterstrukturen (3) für eine Vielzahl von Antennen für verschiedene Funkdienste. Im Lichttransmissionsbereich der Fensteröffnung erstreckt sich über das Glas eine die Wärmestrahlungstransmission dämpfende elektrisch leitende Schicht (5) mit einer hierfür notwendigen Schichtdicke. Diese die Wärmestrahlungstransmission dämpfende Schicht (5) ist unterteilt in eine ausreichend grosse Zahl elektrisch leitender Teilflächen (12). Diese Teilflächen (12) sind durch schmale elektrisch nichtleitende Streifen (6) der Breite (b) voneinander getrennt und die Breite (b) beträgt mindestens 3 Schichtdicken. Die elektrisch leitenden Teilflächen (12) sind zumindest in der Umgebung einer Antenne in allen ihren Abmessungen in deren Betriebsfrequenzbereich elektrisch so klein, dass durch die Mehrfach-Reihenschaltung der kleinen Kapazitäten zwischen den Teilflächen (12) die durch Einbringung dieser leitenden Teilflächen (12) schädliche hochfrequenzmässige Verkopplung zwischen den Antennenleiterteilen (3) und anderen Leiterteilen in deren Umgebung hinreichend klein gestaltet ist und die Breite (b) der Streifen so klein gewählt ist, dass ein möglichst grosser Flächenabdeckungsgrad bezüglich der Wärmestrahlungstransmission erreicht ist.
Description
Antennenanordnung auf einem Fenster mit hoher Wärmetransmissionsdämpfung
Beschreibung
Die Erfindung betrifft eine Fensterscheibenantennenanordnung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Solche Antennen finden vielfach Verwendung auf der Fensterscheibe eines Kraftfahrzeugs, die von einem metallischen Rahmen umgeben ist.
Antennen dieser Art sind bekannt aus DEP 3315458, DEP 3410415 und DEP 4406240. Bei allen Antennen dieser Art werden die Antennenleiter als drahtförmige Leiter ausge¬ bildet, welche entweder auf das Einscheiben-Sicherheitsglas aufgedruckt sind oder als Drahtstrukturen zwischen die Glasscheiben einer Verbundsicherheitsscheibe eingebracht sind.
Ein Nachteil solcher Antennen-Fensterscheiben ist die Wärmestrahlung, die in das Innere des Fahrzeugs gelangt und dieses aufheizt. Aus diesem Grund wurden in der Vergangenheit transmissionsmindernde Beschichtungen entwickelt, welche ein- oder mehrschichtig aufgebaut sein können. Eine derartige Beschichtung ist insbesondere bei hoher Trans¬ mission sdämpfung häufig elektrisch sehr niederohmig und der Oberflächenwiderstand beträgt oft nur einige Ohm. Antennenleiter, welche auf eine derart beschichtete Glasscheibe aufgebracht sind, werden durch die galvanische Verbindung oder bei kapazitiver hoch¬ frequenter Verkopplung mit dieser leitenden Schicht in ihrer Funktion durch Abschirmung und Verstimmung stark beeinträchtigt.
In der Deutschen Offenlegungsschrift DE 37 21 934 AI wird eine Kraftfahrzeug- Glasfenster- Antenne mit einer transparenten leitfähigen Schicht vorgeschlagen. Hierbei ist das Hauptelement der Antenne durch den transparenten und elektrisch leitfähigen Film selbst gebildet und am Fensterglas flächig aufgebracht. Der gravierende Nachteil dieser Technik ist die Einschränkung, die sich bei der Gestaltung der Antennenleiter durch die dünne und damit aufgrund der Kanteneffekte stark verlustbehaftete Schicht insbesondere auch bei Frequenzen im UHF-Bereich ergibt. Es lassen sich deshalb ausschließlich flächenhafte Antennenleiter einfachster Strukturen gestalten, welche im Interesse der Entkopplung voneinander große Abstände (50mm) zwischen den Antennenflächen und den ihnen benachbarten Flächen benötigen. Feiner gestaltete leistungsfähige Antennenstruk¬ turen, wie sie z.B. im UHF-Bereich und darüber notwendig werden, können in dieser Technik nicht realisiert werden.
ERSATZBLATT
Aus diesem Grund werden nach dem Stande der Technik die Antennenleiter meist als drahtförmig gedruckte oder durch Drähte gebildete, oft komplexe Leiterstrukturen realisiert. Die flächige Aufbringung einer die Wärmestrahlungstransmission dämpfende elektrisch leitende Schicht beeinträchtigt dann die Antennenfunktion. Dies trifft insbesondere dann zu, wenn die leitende Schicht niederohmig ist.
In der Europäischen Offenlegungsschrift 0 358 090 wird deshalb vorgeschlagen, diese leitende Beschichtung hinreichend hochohmig zu gestalten, um die Funktion der Antennen auf der Fensterscheibe nicht zu stark zu beeinträchtigen. Aus diesem Grund wird hierfür ein Oberflächenwiderstand von 20 kOhm gefordert. Schichten von derartiger Hochohmigkeit besitzen jedoch eine vergleichsweise niedrige Transmissionsdämpfung für die Wärmestrahlung.
Aufgabe der Erfindung ist es deshalb, bei niederohmiger, die Wärmestrahlungstrans¬ mission dämpfende elektrisch leitender Beschichtung, diese derart zu gestalten, daß die Funktion der Antennen auf der Fensterscheibe möglichst wenig beeinträchtigt wird und bezüglich der Wärmestrahlungstransmission ein möglichst hoher Flächenabdeckungsgrad erreicht wird.
Diese Aufgabe wird bei Antennen nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 durch das Kennzeichen dieses Anspruchs gelöst.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnungen beispielhaft näher erläutert. Diese zeigen:
Fig. 1 : Eine drahtförmige flächenhaft ausgestaltete Antenne für den LMK-Empfang auf der Fensterscheibe eines Fahrzeugs mit durch schmale horizontale Streifen 6 getrennten nieder¬ ohmig beschichteten Teilflächen 12 zur hochfrequenzmäßigen Entkopplung der Antenne vom Fensterrahmen 2 und einer niederohmig leitenden Schicht 5 im unteren Bereich des Lichttransmissionsbereichs der Fensteröffnung 14.
Fig. 2: LMK- Antenne, wie in Fig. 1, in der Rückfensterscheibe eines Autos mit hochfrequenzmäßig geerdeten Heizleitern 9.
Fig. 3: Eine durch gedruckte Leiter 3 flächenhaft ausgestaltete Antenne für den LMK- Empfang und mit flächenhaft ausgestalteten Heizfeldantennen für den UKW-Empfang mit
ERSATZBLATT
durch schmale und vertikale Streifen 6 getrennte elektrisch niederohmig beschichtete
Teilflächen 12 zur hochfrequenzmäßigen Entkopplung der Antennen untereinander.
Fig. 4: LMKU- Antenne als drahtförmiger Antennenleiter 3 auf oder über einer durch schmale zweidimensional verlaufende Streifen 6 getrennte elektrisch niederohmig leitende Teilflächen 12 zur hochfrequenzmäßigen Entkopplung der einzelnen Drahtabschnitte voneinander.
Fig. 5: Autofensterscheibenantennenanordnung mit einer Vielzahl von Antennen mit im gesamten Lichttransmissionsbereich der Fensteröffnung 14 elektrisch leitenden quadra¬ tischen Teilflächen 12 von z.B. etwa je 10mm Kantenlänge und einer Streifenbreite b von 0,2mm bei einer Dicke s der leitenden Schicht von von s=50 um.
Fig. 6: Beispiele für die Anordnung der in elektrisch leitende Teilflächen 12 unterteilten elektrisch leitenden Schicht 5 und der Antennenleiter 3: a) auf derselben Fläche eines Einscheibenglases b) die in Teilflächen 12 unterteilten elektrisch leitende Schicht 5 auf der lichtdurchläs¬ sigen Folie 4 im Verbundglas und die Antennenleiter 3 auf einer äußeren Glasfläche Ib. c) wie b) jedoch die Antennenleiter 3 auf einer inneren Glasfläche la.
Fig. 7: Einfluß der Breite b eines nichtleitenden Streifens 6 zwischen zwei Teilflächen 12 der Schichtdicken s auf die Kapazität zwischen den Teilflächen 12 als Funktion von b/s.
Fig. 8: Hochfrequenzmäßige kapazitive Verbindung zwischen den Außenseiten der Fen- sterscheibe durch die zweidimensional strukturierte elektrisch leitende Schicht hindurch.
Fig. 1 zeigt eine Antennenanordnung nach der Erfindung, welche aus einer Drahtstruktur 3, wie sie aus der DEP 3410415 bekannt ist, besteht und im niederfrequenten LMK-Bereich in Verbindung mit der Fensteröffnung 14 üblicher Automobile gute Empfangseigenschaften aufweist.
Um diese Antenne in ihrem physikalischen Wirken durch die die Wärmestrahlung dämpfen¬ de elektrisch leitende Schicht 5 im LMK-Frequenzbereich nicht zu beeinträchtigen, wird die aufgrund der Wärmetransmissionsminderung erforderliche niederohmige Beschichtung in Teilflächen 12 aufgeteilt, welche mit Hilfe von schmalen nichtleitenden Streifen 6 von¬ einander getrennt angeordnet sind derart, daß nach wie vor praktisch die gesamte Fläche der Fensteröffnung 14 mit der elektrisch leitenden Schicht 5 überdeckt ist und bezüglich der Wärmestrahlungstransmission ein möglichst hoher Flächenabdeckungsgrad erreicht wird.
ERSATZBLATT
In den Bereichen, in denen die schmalen nichtleitenden Streifen 6 vorhanden sind, wird die ursprünglich durchgehend elektrisch leitende Schicht 5 damit zur strukturierten elektrisch leitenden Schicht 10, wie dies in Fig. l oberhalb und unterhalb der LMK-Antennenleiter 3 durch die unter 45 Grad schraffierten Flächen gekennzeichnet ist. In der Lupendarstellung in Fig.1 ist ein Ausschnitt der strukturierten elektrisch leitenden Schicht 10 vergrößert dargestellt. Die elektrisch leitenden Teilflächen 12 füllen dann im Beispiel der Fig.1 streifenförmig den Bereich zwischen den Streifen 6 aus und besitzen die Querabmessung d.
Durch die geringe Breite b der nichtleitenden Streifen 6 ist der unbedeckt bleibende Bereich hinsichtlich der Wärmedämmung unerheblich. Wichtig für die unveränderte Funktion der Antenne durch Einbringung der elektrisch leitenden Schicht 5 bereichsweise in Form der strukturierten elektrisch leitenden Schicht 10 ist die Vermeidung von Dimensionen der Teilflächen 12, welche die Ausbildung von elektrischen Resonanzen bei den Betriebs- frequenzen der Antenne 3 oder der Antennen 3 vermeiden. Die derart gebildete strukturierte elektrisch leitende Schicht 10 ist somit für die Betriebsfrequenzen der Antenne hochfrequent transparent, läßt jedoch die Wärmestrahlung nur entsprechend gedämpft hindurch.
Resonanzen auf den Teilflächen 12 können sicher dadurch vermieden werden, daß keine ihrer Abmessungen größer ist als Lambda/10. Bei einer LMK- Antenne, deren kleinste Be¬ triebswellenlänge ca. 50m beträgt, sind alle Abmessungen klein im Vergleich zu Lambda/10.
Dennoch müssen die Teilflächen 12 in unmittelbarer Nachbarschaft der Antennenleiter 3 in vertikaler Richtung hinreichend kleine Abmessungen besitzen, so daß zwischen jedem Punkt auf einem der drahtförmigen Antennenleiter 3 und dem metallischen Rahmen 2 sowie der im unteren Bereich des Lichttransmissionsbereichs der Fensteröffnung 14 befindlichen zusammenhängend elektrisch niederohmig leitenden Schicht 5 (gepunktete Fläche) eine Vielzahl, jedoch mindestens drei nichtleitende Streifen 6 vorzugsweise etwa äquidistant voneinander gebildet sind, wodurch sich die strukturierte elektrisch leitende Teilfläche 10 ausbildet, mit dem Ziel, daß die kapazitive Verkopplung zwischen den Antennenleitern 3 und dem metallischen Rahmen 2 sowie der zusammenhängend niederohmig leitenden Schicht 5 ausreichend klein ist.
Die Wärmeschutzschicht endet im Bereich des Schwarzdrucks 8, so daß die Antennen¬ funktion nicht durch Kontakt mit der gegebenenfalls hochfrequenzbedämpfenden Kleberraupe 7, die die Fensterscheibe mit dem Fahrzeug verbindet, beeinträchtigt ist.
ERSATZBLATT
In Fig. 2 ist die gleiche LMK-Antenne wie in Fig. 1, jedoch in der Rückfensterscheibe eines Autos, über hochfrequenzmäßig geerdeten Heizleitern 9 angeordnet. Eine LMK- Antenne wie in Fig. 1 und in Fig. 2 wirkt als flächige Antenne, so daß die niederohmig leitende Schicht 5 zwischen den beiden äußeren Leitern 3 wahlweise als zusammenhängend oder als Teilflächen 12 mit dazwischenliegenden nichtleitenden Streifen 6 ausgeführt werden kann. Wesentlich ist es also, die elektrisch leitende Schicht 5, also die Wärme¬ schutzschicht, in der Umgebung der flächenhaft gestalteten Antenne durch nichtleitende Streifen 6 in der beschriebenen Weise aufzutrennen, wodurch sich wieder die strukturierte elektrisch leitende Schicht 10 ergibt. Diese hebt die Verkopplung zwischen den Antennen- leitem 3 der LMK-Antenne und dem Rahmen 2 und ebenfalls den Heizleitern 9, die in diesem Beispiel andere Leiterteile 13 auf der Fahrzeugscheibe bilden, weitgehend auf.
Fig. 3 zeigt eine Weiterentwicklung der Erfindung für höhere Frequenzen, bei denen die Fahrzeugabmessungen nicht klein sind im Vergleich zur Wellenlänge. Hier wird eine erfindungsgemäße Fensterscheibenantennenanordnung mit einer oben angeordneten Antenne für den LMK-Empfang und darunter zwei Antennen für den UKW-Empfang, welche aus den Heizfeldem abgeleitet sind, betrachtet. Alle der dargestellten Antennen können wahlweise flächenhaft ausgestaltet sein. Die einfach schraffierten Bereiche kennzeichnen wieder die in diesem Beispiel durch schmale horizontale und vertikale Streifen 6 getrennten elektrisch niederohmig beschichteten Teilflächen 12 zur hochfrequenzmäßigen Entkopplung der Antennen untereinander. In diesem Beispiel ist also eine zweidimensional strukturierte elektrisch leitende Schicht 10 in Form einer Gitterstruktur aus schmalen elektrisch nicht leitenden Streifen 6 für die erfindungsgemäße Antennenanordnung verwendet.
Die zweidimensionale Gitterstruktur gewährt dabei die Durchlässigkeit dieser Bereiche für Radiowellen und die hochfrequenzmäßige Entkopplung der Antennen untereinander infolge der ausreichenden Hochohmigkeit der resultierenden Oberflächenimpedanz, welche sich auch bei sehr kleinen Breiten b der Streifen 6 ergibt. Soll das Antennenverhalten im wesent¬ lichen weitgehend ausschließlich durch die drahtförmig ausgeführten Antennenleiter 3 be- stimmt werden und die Wärmedämmung nur wenig Einfluß auf das Antennenverhalten er¬ halten, dann ist es in einer weiteren Ausführungsform der Erfindung zweckmäßig, auch die gepunktet gekennzeichneten Flächen in Fig. 3 mit der zweidimensional strukturierten elek¬ trisch leitenden Schicht zu versehen, also durch schmale horizontale und vertikale Streifen 6 getrennte niederohmig beschichtete Teilflächen 12 auch z.B. im Bereich der Heizleiter 9 zu verwenden. Dieses Vorgehen ist sinngemäß bis an die Ränder des Fensterrahmens 2 fortzusetzen, sofern die Wärmedämmung aufgrund des dort häufig aufgebrachten ebenfalls wärmedämmenden Schwarzdrucks 8 nicht gänzlich entfallen kann.
ERSATZBLÄTT
Wesentlich ist hierbei und bei allen folgenden Ausführungen auch über die höchsten betrachteten Frequenzen hinaus, daß die Zunahme der Kapazität zwischen den einzelnen Teilflächen mit kleiner werdendem Abstand voneinander relativ klein ist, d.h. mit kleiner werdender Streifenbreite b steigt die Kapazität zwischen den Teilflächen 12 nur wenig an. Dies ist beispielhaft für zwei koplanare Leiterflächen der Dimension d mit Abstand b voneinander in Fig. 7 dargestellt.
Der Einfluß der Breite b eines nichtleitenden Streifens 6 zwischen zwei Teilflächen 12 der Schichtdicken s auf die Kapazität zwischen den Teilflächen 12 als Funktion von b/s variiert dabei um nicht mehr als den Faktor 2.5, wenn ein Verhältnis b/s von 2 nicht unterschritten wird. Hierdurch ist es möglich, aufgrund der Kleinheit der üblichen Schichtdicke von s < lOOμm selbst bei einer Dimension d der Teilflächen von nur einigen Millimetern ein großes Verhältnis d/b von z.B. 10 zu realisieren, womit ein Abdeckungsgrad bezüglich der Wärmedämmung von mehr als 90% realisiert wird. Die Kleinheit der Streifenbreite b ist in der Praxis weniger durch die Divergenz der Kapazität als durch die Sicherheit hinsichtlich der Vermeidung von Kontaktbrücken bei der Her¬ stellung begrenzt; Werte von b/s = 2 lassen sich sicher realisieren.
Nachteilig an den bekannten, zusammenhängend leitenden Schichten in der Nachbarschaft von Antennen ist der Sachverhalt, daß diese Schichten insbesondere bei kleinem Ober- flächenwirkwiderstand R große eingekoppelte Ströme führen, welche Verluste mit sich bringen und die Schichten eine abschirmende Wirkung besitzen. Der Vorteil der Erfindung besteht darin, daß die zweidimensionale erfindungsgemäße Rasterstruktur im Gegensatz zu den bekannten zusammenhängend leitenden Schichten einen flächigen kapazitiven Blind- widerstand bildet, welcher praktisch verlustfrei ist. Dieser bewirkt bei hinreichender Hoch- ohmigkeit im Vergleich zum Wellenwiderstand des freien Raumes (E/H=Zo=377 Ohm) auf die nachbarschaftlich angeordneten Antennen lediglich eine in der Frequenz leicht verstimmende Wirkung, welche in die Auslegung der Antennen auf einfache Weise mit einbezogen werden kann.
Eine Grobabschätzung ergibt für eine quadratische Rasterstruktur der leitenden Teilflächen mit einer Kantenlänge von 10mm bei b=0,l mm bei der Frequenz 1GHz einen Ober- flächenblindwiderstand X von ca. 500 Ohm und ist bei niedrigeren Frequenzen ent¬ sprechend hochohmiger. In der Umgebung von Antennen im Frequenzbereich bis 2GHz ist deshalb eine feinere Rasterung mit etwa d=5mm vorzuziehen. Deshalb kann die gesamte
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Antennenanordnung durch eine derartige Rasterstruktur abgedeckt werden, ohne die dahinterliegenden Antennen abzuschirmen oder zu bedampfen. Die hierbei für die Funktion der Antennen zulässigen kleinen Breiten b der nichtleitenden Streifen lassen sowohl die praktisch vollkommene Abschirmung der im Vergleich zu den Abmessungen der Teilflächen 12 kurzwelligen Wärmestrahlung zu als auch die ästhetische Beeinträchtigung der Fensterscheibe durch breite Streifen 6 zu vermeiden.
Die Herstellung solcher strukturierter Schichten kann auf an sich bekannte Weise durch Aufbringen der zunächst homogenen Schicht, z.B. mit Hilfe eines üblichen Kathoden - zerstäubungsverfahren, erfolgen und die Einbringung der nichtleitenden Streifen 6 kann mit Hilfe eines lichtempfindlichen Lacks und der üblichen Fotoätztechnik, oder mit Laserverfahren bzw. Jonenstrahlätzung erfolgen.
Fig. 4 zeigt eine drahtförmige Antenne 3, wie sie vorteilhaft für dem LMKU-Bereich, z.B. in Fahrzeugfrontscheiben, verwendet wird. Eine derartige Antenne ist bekannt aus der DEP 3315458. Um die Antenne in ihrer Wirkungsweise durch die Maßnahmen zur Wärme¬ dämmung nicht zu stark zu beeinflussen, ist es notwendig, die pro Längeneinheit des Drahts wirksame Induktivität bzw. Kapazität um wesentlich weniger als eine Größenordnung zu verändern. Ferner ist es notwendig, die einzelnen Leiterabschnitte z.B. des horizontal verlaufenden Leiterteils und die des vertikal verlaufenden Leiterteils durch die wärme¬ dämmende Schicht nicht unzulässig zu verkoppeln. Dies wird erfindungsgemäß durch schmale zweidimensional verlaufende Streifen, welche z.B. wieder horizontal und vertikal orientiert sein können, erreicht. Dies ergibt wiederum eine zweidimensional strukturierte elektrisch leitende Schicht 10.
Dies ergibt wiederum eine Gitterstruktur, wie sie in Fig. 4 durch die einfach schraffierte Fläche gekennzeichnet ist. Auch hier ist es wieder notwendig, die Breite b der nichtleiten¬ den Streifen 6 im Verhältnis zur Breite d der leitenden Teilflächen 12 möglichst klein zu gestalten. Mit größer werdender Anzahl der Unterteilungen sinkt der Einfluß der wärme- dämmenden Maßnahme auf die Antennenfunktion. Hierbei ist es nur in zweiter Linie wesentlich, ob der Antennenleiter 3 mit den leitenden Teilflächen 12 im galvanischen Kontakt steht, oder lediglich kapazitiv mit diesen Teilflächen 12 verkoppelt ist.
Durch die Unterteilung der leitenden Schicht 5 in Teilflächen 12 wird die Abschirm- Wirkung, welche eine einheitlich zusammenhängende Schicht besäße, aufgehoben, so daß bei Ausbildung der nichtleitenden Streifen 6 lediglich ein elektrischer Verstimmungseffekt der Antenne bewirkt wird, welche bei hinreichend großer Anzahl der Streifen 6 durch
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geringfügige Änderung der Abmessungen des Antennenleiters 3 oder durch Anpa߬ maßnahmen im Antennenanschlußpunkt 18 erreicht werden kann.
Bei modernen Fahrzeugen werden häufig komplexe Antennensysteme mit Antennendiversity für UKW und Fernsehen, welche eine Vielzahl von Antennen beinhalten, meist auch für beheizbare Heckfensterscheiben eingesetzt. Fig. 5 zeigt beispielhaft eine Ausführungsform eines solchen Antennensystems auf der Rückfensterscheibe eines Fahrzeugs, wie sie aus der DEP 4406240 bekannt ist. Hierbei stellen die Klemmen 18 Endpunkte der Antennenleiter 3 als Anschlußpunkte für die UKW- und TV- Antennen dar. 17 kennzeichnet der Montage- bereich einer Funkantenne 15, die in der Fenstermitte oben montiert ist.
In diesem Fall ist es in einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung zweck¬ mäßig, den gesamten Lichttransmissionsbereich mit zweidimensional strukturierter elektrisch leitender Schicht 10 auszubilden. Bei hinreichend kleinen Abmessungen d für eine quadratisch ausgeführte Struktur ist auch der Einfluß dieser Struktur auf das Verhalten der bis 900 MHz arbeitenden TV- Antennen hinreichend klein. Versuche mit Abmessungen d = 10 mm und b=0.2 mm haben dies bestätigt.
In Fig. 6 sind einige Beispiele für die Anordnung der die Wärmetransmission dämpfenden elektrisch leitenden Schicht 5 und ihre spezielle erfindungsgemäße Ausführungsform als strukturierte elektrisch leitende Schicht 10 und die Antennenleiter 3 dargestellt. Fig. 6a zeigt die gemeinsame Aufbringung auf einer Seite eines Einscheibenglases. In diesem Fall stehen die leitenden Teilflächen mit den Antennenleitern in galvanischem Kontakt.
Vorteilhafter ist es, wie in Fig. 6c dargestellt, die elektrisch leitende Schicht 5 bzw. die strukturierte elektrisch leitende Schicht 10 und die Antennenleiter 3 nicht auf derselben Fläche, sondern auf einander gegenüberliegenden Flächen anzuordnen, welche z.B. durch die dünne lichtdurchlässige Kunststoff-Folie 4 im Verbundglas getrennt sind. Dadurch wird die sehr enge galvanische Verkopplung der Antennenleiter 3 mit den Teilflächen 12 durch eine weniger wirksame kapazitive Kopplung ersetzt und der Verstimmungseffekt wird dadurch reduziert.
Diese Reduzierung wird bei einer Anordnung nach Fig. 6b durch den größeren Abstand weiter vergrößert, wenn die elektrisch leitende Schicht 5 oder die strukturierte elektrisch leitende Schicht 10 und die Antennenleiter 3 auf unterschiedlichen Seiten einer Glasscheibe angebracht sind.
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Ein besonderer Vorteil der vorliegenden Erfindung ergibt sich aus dem Sachverhalt, daß die so gebildete strukturierte wärmedämmende Schicht 10 in ihrer Lage zu den Antennenleitern keine bestimmte Position einnehmen muß. Dies gilt insbesondere bei hinreichend kleinen Abmessungen d der leitenden Teilflächen 12. Daraus ergibt sich die Möglichkeit der besonders einfachen Herstellung bei der Serienfertigung von Antennen-Fensterscheiben.
Wird z.B. die für die Verbundglasfertigung vorgesehene Kunststoff-Folie 4 mit einer Rasterstruktur gemäß den Figuren 4 und 5 links aufgebracht, und werden die Antennenleiter 3 wie in Fig. 6b und c auf das Fensterglas aufgedruckt, so kann die Kunststoff-Folie 4 bei der Herstellung des Verbundglases zwischen die Scheiben ohne Beachtung der Position des Rasters in Bezug auf die Antennenleiter 3 eingelegt werden. Die Exemplarstreuungen der Antenneneigenschaften, welche sich bei der Serienfertigung durch unterschiedliche Lagen des Rasters zu den Antennenleitern 3 ergeben, sind aufgrund der Feinheit des Rasters tolerierbar.
Versuche mit einer Breite d=5 mm für quadratische leitende Teilbereiche mit einer Breite b*=0, l mm für die nichtleitenden Streifen haben dies für eine Fensterantennenanlage mit Antennen für den Frequenzbereich 100 kHz bis zu 2 GHz bestätigt. Diese Technik besitzt den Vorteil, daß sie ungeachtet der Art der aufzubringenden Antennen angewandt werden kann. Z.B. kann auch die aus anderen Gründen notwendige zusammenhängend leitende Fläche 11 in Fig. 5 als gedruckte leitende Fläche auf das Fensterglas auf der Seite der Antennenleiter aufgedruckt sein, wo sie z.B. als elektrisches Gegengewicht und als geerdete Abschirmfläche gegen in das Fahrzeuginnere eindringende Funkfelder wirken kann. Eine kapazitive Durchführung eines hochfrequenten Funksignals aus dem Inneren des Fahrzeugs heraus zu einer auf der Fensterscheibe außen angebrachten Funkantenne 15 für deren
Anschlußstelle 18 durch die so strukturierte wärmedämmende Schicht hindurch, ist mit der in Fig. 8 dargestellten Anordnung ebenso möglich. Hierzu sind auf den Außenseiten der Verbundglasscheibe zwei einander gegenüberliegende leitende Flächen 17 aufgebracht, an welche auf der einen Seite die Antenne und auf der anderen Seite z.B. eine Hochfrequenzleitung 16 angeschlossen ist.
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Claims
1. Fensterscheibenantennenanordnung mit auf oder in der Fen¬ sterscheibe (1) angebrachten Antennenleiter (3) bzw. Anten¬ nenleitern (3) bzw. Antennenleiterstrukturen (3) bzw. Anten- nenleiterstrukturen (3) für eine Vielzahl von Antennen für verschiedene Funkdienste, dadurch gekennzeichnet, daß sich im Lichttransmissionsbereich der Fensteröffnung (14) über das Glas eine die ärmestrahlungstransmission dämpfende elektrisch leitende Schicht (5) mit einer hierfür notwendi¬ gen Schichtdicke (s) erstreckt und diese die Wärmestrah¬ lungstransmission dämpfende Schicht (5) in eine ausreichend große Zahl elektrisch leitender Teilflächen (12) unterteilt ist und diese Teilflächen (12) durch schmale elektrisch nichtleitende Streifen (6) der Breite (b) voneinander getrennt sind und die Breite (b) mindestens 3 Schichtdicken (s) beträgt und die elektrisch leitenden Teilflächen (12) zumindest in der Umgebung einer Antenne in allen ihren Abmessungen in deren Betriebsfrequenzbereich elektrisch so klein sind, so daß durch die Mehrfach-Reihenschaltung der kleinen Kapazitäten zwischen den Teilflächen (12) die durch Einbringung dieser leitenden Teilflächen (12) schädliche hochfrequenzmäßige Verkopplung zwischen den Antennenleiter- teilen (3) und anderen Leiterteilen (13) in deren Umgebung hinreichend klein gestaltet ist und die Breite (b) der Streifen so klein gewählt ist, daß ein möglichst großer Flächenabdeckungsgrad bezüglich der Wärmestrahlungs- transmission erreicht ist.
2. Fensterscheibenantennenanordnung nach Anspruch 1 insbe¬ sondere für die Verwendung in einem Fahrzeug mit einer Fensterscheibe (1) , die von einem metallischen Rahmen (2) umgeben ist, mit drahtför igen gedruckten oder durch Drähte gebildeten Antennenleitern (3) ,
ERSATZBLATT dadurch gekennzeichnet, daß die Abmessungen der elektrisch leitenden Teilflächen (12) derart gestaltet sind, daß zwischen jedem im Lichttransmis¬ sionsbereich der Fensteröffnung (14) befindlichen Punkt eines drahtförmige Antennenleiters (3) einer Antenne und dem metallischen Rahmen (2) und ggfs. jedem anderen nicht dieser Antenne angehörenden in der Fensteröffnung befindli¬ chen Leiterteil (13) eine Vielzahl, jedoch mindestens drei nichtleitende Streifen (6) vorzugsweise etwa äquidistant voneinander gebildet sind mit dem Ziel, daß die kapazitive
Verkopplung zwischen dem Antennenleiter (3) und dem metalli¬ schen Rahmen (2) bzw. ggfs. zwischen diesem Antennenleiter (3) und jedem nicht dieser Antenne angehörenden in der Fen¬ steröffnung (14) befindlichen Leiterteil (13) klein ist.
3. Fensterscheibenantennenanordnung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß vorzugsweise geradlinig berandete elektrisch leitende Teil¬ flächen (12) , welche in der Nachbarschaft zu einem Antennen- leiter (3) stehen bzw. mit einem Antennenleiter galvanisch in Verbindung stehen, vorhanden sind, deren größte Abmessung kleiner ist als Lambda/10 der minimalen Betriebswellenlänge dieses Antennenleiters, so daß resonanzartige Überhöhungen von Strömen auf jeder leitenden Teilfläche (12) sicher ausgeschlossen sind.
4. Fensterscheibenantennenanordnung nach Anspruch 2 , dadurch gekennzeichnet, daß die größte Abmessung der elektrisch leitenden Teilflächen (12) so klein gewählt ist, daß sowohl der Induktivitätsbelag als auch der Kapazitätsbelag des Antennenleiters (3) bzw. der Antennenleiter (3) um wesentlich weniger als eine
Größenordnung durch die benachbarten elektrisch leitenden
Teilflächen (12) verändert ist und die Antenne nach dem gleichen Wirkungsprinzip gestaltet ist wie bei Fehlen der die Wärmestrahlungstransmission dämpfenden elektrisch leitenden Schicht (5) . 5. Fensterscheibenantennenanordnung nach Anspruch 1 bis 4 mit einer Vielzahl von Antennen, dadurch gekennzeichnet, daß im gesamten Lichttransmissionsbereich der Fensteröffnung (14) elektrisch leitende quadratische, rechteckför ige oder rautenförmige Teilflächen (12) mit einer maximalen Abmessung von ca. 15 mm oder weniger und einer Schichtdicke (s) von weniger als 100 μm gebildet sind, welche durch die elektrisch nichtleitenden Streifen (6) von weniger als 0,
5 mm jeweils voneinander getrennt sind.
6. Fensterscheibenantennenanordnung nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Bereich einer Antenne, in welchem durch eine Vielzahl von Antennenleitern (3) eine kapazitiv flächig wirkende An¬ tennenstruktur nachgebildet ist, zur Unterstützung der flä¬ chenhaft kapazitiven Wirkung eine zusammenhängend leitende, die Wärmestrahlungstransmission dämpfende elektrisch leitende Schicht (5) gebildet ist.
7. Fensterscheibenantennenanordnung auf einem Einscheiben¬ glas oder Mehrscheiben-Verbundglas nach Ansprüchen 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die in elektrisch leitende Teilflächen (12) unterteilte, die Wärmestrahlungstransmission dämpfende elektrisch leitende
Schicht (5) und die Antennenleiter (3) bzw. die Antennen auf derselben Fläche der Glasscheibe (1) bzw. ggfs. der transpa¬ renten eingelegten Folie (4) aufgebracht sind.
8. Fensterscheibenantennenanordnung auf einem Einscheiben¬ glas oder Mehrscheiben-Verbundglas nach Ansprüchen 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die in elektrisch leitende Teilflächen (12) unterteilte, die Wärmestrahlungstransmission dämpfende elektrisch leitende Schicht (5) und die Antennenleiter (3) bzw. die Antennen auf jeweils einander gegenüberliegenden Flächen einer Glasscheibe (1) oder ggfs. verschiedener Glasscheiben (la,lb) oder ggfs. einer Glasscheibe (1) und einer
FRFATZBLATT transparenten Folie (4) einer Verbundglasscheibe aufgebracht sind.
9. Fensterscheibenantennenanordnung auf Mehrscheiben-Ver- bundglas mit zwischen der Folie und dem Glas befindlichen Antennenleiterdrähte nach Ansprüchen 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die in elektrisch leitende Teilflächen (12) unterteilte, die Wärmestrahlungstransmission dämpfende elektrisch leitende Schicht (5) und die Antennenleiterdrähte (3) auf jeweils einander gegenüberliegenden Flächen einer lichtdurchlässigen Folie (4) oder ggfs. verschiedener Folien (4) des Verbundes oder auf derselben Fläche einer Folie (4) angeordnet sind.
10. Fensterscheibenantennenanordnung auf Mehrscheiben-Ver¬ bundglas mit auf dem Glas aufgebrachten Antennenleitern oder zwischen der transparenten Folie und dem Glas befindlichen Antennenleiterdrähten nach Ansprüchen 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die zweidimensional in Teilflächen mit kleinen Breiten (b) der nichtleitenden Streifen (6) unterteilte, die Wärmestrahlungs¬ transmission dämpfende elektrisch leitende Schicht (5) auf die transparente Folie (4) aufgebracht ist und bei der Herstellung des Glas-Folienverbunds ohne Berücksichtigung der Zuordnung zu den Antennenleitern (3) eingebracht ist.
11. Fensterscheibenantennenanordnung mit einer auf der ersten Außenseite der Fensterscheibe angebrachten Antenne nach An¬ spruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß zur Herstellung einer kapazitiven hochfrequenzmäßigen Ver¬ bindung zwischen der ersten und der zweiten Außenseite der Fensterscheibe durch die zweidimensional in Teilflächen unter¬ teilte elektrisch leitende Schicht (5) hindurch zwei einander gegenüberliegende leitende Flächen (17) gebildet sind, an wel¬ che auf der ersten Außenseite die Antenne und auf der zweiten Außenseite der zu verbindende Antennenanschluß (18) ange¬ schlossen ist.
^BATZBLATT
12. Fensterscheibenantennenanordnung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß eine Antenne, welche eine ausschließlich flächenhaft kapazi¬ tive Wirkung besitzt in einem Bereich durch eine zusammenhän¬ gend leitende, die Wärmestrahlungstransmission dämpfende elek¬ trisch leitende Schicht (5) mit Antennenanschluß (18) an diese Schicht (5) gebildet ist und die elektrisch leitende Schicht (5) außerhalb dieses Bereichs in voneinander getrennte lei¬ tende Teilflächen (12) unterteilt ist.
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