RS58228B1 - Prozorsko staklo sa provodnom prevlakom, naročito za šinska vozila - Google Patents

Description

OPIS PRONALASKA

TEHNIČKO PODRUČJE PRONALASKA

Pronalazak se odnosi na prozorsko staklo prevučeno sa jednom provodnom prevlakom, pri čemu je prevlaka strukturisana i izvedena kao električno provodna i ima jednu filtersku karakteristiku za radio-signale.

STANJE TEHNIKE

U vozilima kao što su na primer šinska vozila za putnički saobraćaj zahteva se da putnici unutar vozila imaju na raspolaganje aktuelnu komunikacionu uslugu kao što je na primer mobilna govorna komunikacija, mobilna informaciona komunikacija (internet) i slično na bazi na primer GSM, UMTS i LTE standarda, koji su sada jako traženi. Zbog toga su veoma bitne mogućnosti dobrog nivo prijema i odgovarajući kvalitet prijema komunikacionih usluga takođe i kod vozila, naročito kod šinskih vozila u otvorenom saobraćaju kao što su na primer vozovi, tramvaji i slično.

Pokazalo se da kao smetnja za jedan dobar prijem komunikacionih usluga predstavljaja provodne prevlake na prozorskim staklima u ovim vozilima. Prevlaka na staklima u vozilima se koristi kao toplotna zaštita i zaštita od dejstva sunca. Naravno da se od prevlake na prozorskim staklima neće reflektovati samo toplotno zračenje odnosno sunčevi zraci već će se takođe reflektovati i drugi elektromagnetni talasi kao što su na primer elektromagnetni talasi za mobilnu komunikacionu uslugu emitovani od radio komunikacionih uređaja.

Vozila pri tome imaju za elektomagnetne talase jedno visoko prolazno-tranzitno prigušenje i dejstvuju kao jedan Faradejev kavez. Na primer prigušenje kod intersiti-ekspresa (Intercity-Express) ili ICE iznosi oko 30 dB. Zaštita-blindiranje iznosi prema tome oko 99, 9 %.

Umesto da se potpuno odustane od prevlake ili da se izvede redukcija prevlake i na taj način izazove umanjenje odnosno prekid delovanja toplotne zaštite i zaštite od sunca, može se primeniti iz stanja tehnike poznati postupci za savlađivanje prolaznog prigušenja kao što je na primer prikazan na adresi http://de.wikipedia.org/Intrain-Repeater takozvani In-Train-Repeater sistem za savlađivanje prolaznog-tranzitnog prigušenja. Pomoću ovog In-Train-Repeater sistema može se znatno poboljšati potrebna komunikacija između jednog krajnjeg uređaja (na primer mobilnog telefona, tablet-PC, smart telefona, i slično) i jednog radiokomunikacionog uređaja, koji se nalazi izvan vozila (na primer mobilna radio mreža) i može se omogućiti jedna komunikaciona veza što je moguće više bez ometanja.

Bez jednog In-Train-Repeater sistema bilo bi moguće korišćenje mobilne komunikacione usluge bez ometanja odnosno jedne veze oslobođene od smetnji bez prekidanja samo u onim oblastima, u kojima postoji dovoljno velika jačinu radio-polja, da bi se savladala prisutna zaštita odnosno efekat blindiranja kod vozila kao što su savremeni putnički vozovi. Ovo je uobičajen način za slučajeve u zatvorenim prostorima i na železničkim stanicama. Upravo u uobičajenom otvorenom prostoru radio-komunikacioni uređaji kao što su na primer mobilne radio mreže na bazi GSM ili UMTS standarda nisu izgrađene tako velike snage odnosno nisu gusto raspoređene. Na taj način jedno snabdevanje odnosno odgovarajuća veza za radiokomunikacione uređaje u vozilima ili pojedinačnim vagonima voza nije uvek sigurno obezbeđena bez primene In-Train-Repeater sistema.

Iz patentnog dokumenta DE 195 03 892 C1 ili iz patentnog dokumenta EP 2 586 610 A1 poznata su prozorska stakla koja se koriste kod vozila ( na primer za teretna vozila, i slična), pomoću kojih je povećan nivo prijema radio-signala za krajnje mobilne uređaje (na primer za mobilne telefone i slično) u unutrašnjosti jednog vozila – takođe bez korišćenja dodatnog sredstva za reparaciju. Ova prozorska stakla su opremljena sa električno provodljivim i transparentnim slojem. Provodljivi sloj se postavlja na staklo pomoću postupka sa parom (uparivanje) i vrši se njegovo strukturisanje. Strukturisani sloj je pri tome tako formiran, da radio signali u određenom frekventnom području mogu da prolaze bez ometanja. Da bi se mogla da ponudi komunikaciona usluga, naročito kvalitetna mobilna informaciona usluga u vozilima-vozovima kao što su ICE Nemačke železnice ili Railjet Austrijske savezne železnice i slične, mora danas da se u ovim vozovima obezbedi na primer dobar prolaz bežične internet mreže. Zbog toga će se na primer vozila odnosno železnica opremiti sa sistemom Wireless Local Area Network – ili sa WLAN-Technik (WLAN- Hotspots, koja je preko jednog servera i jedne zemaljske pobočne mobilne radio stanice spojena sa internetom), tako da je mobilna informaciona usluga odnosno bežični internet na raspolaganju u svim železničkim vagonima. Podrazumeva se svakako da signali od radio komunikacionih uređaja, koji se nalaze izvan vozila i koji koriste istu frekvenciju, mogu da umanjuju kvalitet komunikacije WLAN vezom unutar vozila. Dalje bi se na primer mogla u jednom vozilu-vozu da ponudi komunikaciona usluga, koju bi putnici u vozilu mogli da koriste na primer besplatno, koja bi se takođe koristila i izvan vozila. Osim toga radio komunikacioni uređaji izvan vozila mogu takođe da se ometaju pomoću radio signala formiranog radio komunikacionim sistemom u vozilu-vozu.

Iz patentnog dokumenta WO 2014/060203 poznato je jedno staklo za vozila, sa transparentnom, električno provodljivom prevlakom sa nižim transmisionim prigušenjem za elektomagnetno zračenje u području visokih frekvencija. Iz R.R. Xu et al: "Dual-band capacitive loaded frequvenci selective surfaces with close band spacing", IEEE Microwave Components Letters, vol. 18, no. 12, pp. 782-784, dec. 2008 (XPO11238889), poznata je jedna kombinacija od dve prevlake u obliku prstena za podešavanje filterske karakteristike. Iz patentnog dokumenta WO 2014/166869 poznato je prevučeno staklo, kod koga je prevlaka izvedena tako da vrši selekciju frekvencija. Prevlaka pri tome ima takvu karakteristiku filtracije, da signale odnosno frekventno područje dotičnog signala propušta od i prema radio komunikacionim sistemima, koji su raspoređeni izvan vozila i signale i frekventna područja signala od i prema komunikacionim uređajima, koji su raspoređeni unutar vozila, sprečava odnosno veoma jako prigušuje. Radi toga prevlaka ima izvedenu strukturu (strukturisan je) pomoću strukturnih elemenata.

PRIKAZ PRONALASKA

U osnovi pronalaska leži zadatak, da predloži dalji razvoj stanja tehnike odnosno dalje usavršavanje.

Rešenje ovog zadatka sledi sa jednom prevlakom na prozorskim staklima u skladu sa zahtevom 1.

Prednosti izvođenja date su u zavisnim zahtevima.

KRATAK OPIS CRTEŽA

Pronalazak će biti bliže objašnjen uz pomoć dva priložena crteža. Prikazani primeri na priloženim crtežima su ovde prikazani šematski:

Slika 1- struktura prevlake prozorskog stakla izvedena u skladu sa pronalaskom na bazi jedne pravougaone rešetke i

Slika 2 – struktura prevlake prozorskog stakla izvedena u skladu sa pronalaskom na bazi jedne heksagonalne rešetke.

NAČIN IZVOĐENJA PRONALASKA

Slika 1 prikazuje šematski primer jednog isečka jednog prozorskog stakla prevučenog sa provodnom prevlakom izvedenog u skladu sa pronalaskom, koje se kao povoljno može postaviti u vozila kao što su šinska vozila ali takođe i na prozore čvrsto zidanih gradskih objekata. Prozorska stakla imaju jednu električno provodnu prevlaku i prevlaka ima dobru transprentnost, koja na osnovu njenog u skladu sa pronalaskom strukturnog izvođenja je frekventno selektivna, što znači da ona ima visoku prolaznost za jedan određeni frekventni opseg radio-signala, dok radio-signale sa drugim frekvencijama odnosno u drugom frekventnom opsegu prigušuje.

Prevlaka se izrađuje na primer od metala ili metalnog oksida, mada je moguće koristiti takođe i neke druge materijale.

Pomoću pogodnog oblikovanja strukture prevlake na prozorskom staklu, s jedne strane, će se signali od i prema radio komunikacionim uređajima propuštati kao što su signali mobilne radio mreže izvedene prema GSM – UMTS ili LTE standardima ili u datom slučaju takođe signali od GSM-R mreže, DVB-T, UKW radio talasa ili BOS radio-sistema kao što je TETRA. S druge strane će se signali od i prema radio komunikacionim uređajima blokirati kao što su na primer Wireless LAN signali.

Prevlaka u skladu sa pronalaskom ima strukturu jedne provodljive periodične rešetke RG, HG i ima u međuprostoru rešetki najmanje dve u obliku prstena - obruča upisane prevlake R, i pri čemu su najmanje dve u obliku obruča prevlake R ispunjene pomoću nanetih površina F i rešetke RG, HG, prevlake R u obliku obruča i nanete površine F su međusobno razdojeni pomoću izolacionih područja I.

Kod izvedenog primera prikazanog na slici 1 periodična rešetka je izvedena kao pravougaona rešetka RG. Svaki pravougao ima jednu kvadratnu formu i obuhvata 4 isto tako kvadratne prstenastog tipa prevlake R, od kojih svaka prevlaka R opkoljava jednu kvadratnu površinu F. Pri tome treba napomenuti, da označena kao obruč ili prstenastog tipa prevlaka R nije samo te prstenaste forme već može da obuhvati i jedan oblik zatvorenog poligonalnog obruča, koji kod predmetnog izvedenog primera opkoljava jedan kvadrat, dok kod drugih mogućih primera izvođenja može imati takođe drugi oblik na primer oblik trougla, oblik šestougla ili može biti u obliku romba.

Povrh toga može obruč-prsten da ima spolja različite širine, to znači da će on tada biti definisan pomoću jednog unutrašnjeg i jednog spoljašnjeg poligonalnog obruča, koji može da ima različite forme. Na primer mogao bi unutrašnji poligonalni obruč da ima jedan obruč oblika kvadrata i nasuprot njega spoljašni poligonalni obruč da ima oblik šestougaonika i tako dalje.

Pravougaona rešetka RG, prstenastog tipa prevlaka R u obliku jednog zatvorenog kvadratnog poligonalnog obruča i naneta površina F su međusobno jedno od drugoga razdvojeni pomoću izolacionih područja I. Na slici 1 su izolaciona područja I prikazana crnim debelim linijama, dok svetla područja prikazuju prevlake.

Ovde je moguće takođe izvesti takvu strukturu, u kojoj je unutar prvog obruča R upisan još jedan dalji obruč. Ovaj dotični unutarnji obruč je tada ispunjen pomoću nanete, na primer metalizirane, površine F.

Slika 2 šematski prikazuje jedan izvedeni primer, kod koga je periodična rešetka formirana kao heksagonalna rešetka HG. Svaki heksagon obuhvata kod izvedenog primera 3 u obliku romba poligonalne obruče kao prstenove R, od kojih svaki prsten R opkoljava na primer po jednu u obliku romba nanetu, na primer metaliziranu, površinu F.

Geometrija za jednu strukturu za jedan određeni slučaj primene u skladu sa predhodno datim odnosno zahtevanim radio-tehničkim svojstvima prevučenog prozorskog stakla, znači zahtevano svojstvo za propuštanje jedne određene frekvencije, a koje se određuje na osnovu upotrebe ugrađenog stakla, karakteristike prevlake, znači zahtevani površinski otpor i širina linija, koje su optički još prihvatljive i tehnički izvodljive, proračunati su pomoću simulacije radio-polja.

Tipične izlazne karakteristike su na primer:

- Frekventne karakteristike: propuštajuće područje na primer između 700 MHz i 2,7 GHz (za LTE, GSM i UMTS frekvencije) sa prigušenjem manjim od 10 dB. Blokirno područje na primer između 5, 2 i 5, 8 GHz (za WLAN/WiFi) sa prigušenjem većim od 20 dB.

- Ugaona zavisnost: zahtevana frekventna karakteristika ostaje zadržana-očuvana u jednoj oblasti upadnog ugla od – 45<0>do 45<0>preko celog prostornog pravca.

- Konstrukcija stakla: debljina stakla spoljašnjeg i unutrašnjeg između 3 mm i 10 mm sa jednom dielektričnom konstantom od 4 do 8. Staklo može biti formirano kao jednoslojno staklo (ESG) ili kao višeslojno staklo (VSG) i može imati slojeve veštačke plastične mase (na primer može sadržati foliju od PVB). Može se umesto stakla koristiti veštačka plastična masa, čime se dielektička konstanta na tipičan način umanjuje. Zazor-razmak između pojedinih staklenih elemenata je na uobičajen način od 8 mm do 20 mm. Staklo može biti povijeno ili ravno.

- Strukturisanje: jedno srukturisanje prevlake sa širinom razdvajanja manjom od oko 0,5 mm je tipično strukturisanje i redukuje mogućnost da bude primetno odnosno da se primećuje.

Struktura prevlake izvedena u skladu sa pronalaskom omogućava dobra transmisiona svojstva kod niskih frekvencija i jedan blokiran opsega pri visokim frekvencijama.

Jasno je da umetanje više prstenastih elemenata R unutar međuprostora rešetke izaziva, da ovi elementi ukoliko budu manje dimenzije da utoliko proizvode jače blokiranje frekvencije. Količnik odnosno srazmera željene visine blokirane frekvencije i malog propuštanja niskih frekvencija može pri tome da iznosi oko 3. Na taj način se može postići propusni opseg od 700 MHz i blokirani opseg pri 5,5 GHz. Relativno 3 dB široki propusni opseg je moguće postići sa preko 100 %.

Broj i oblikovanje prstenastih elemenata R unutar međuprostora rešetke dobija naročito na značaju kada su u pitanu parametri filterske karakteristike. Ova ponuđena mogućnost podešavanja filterske karakteristike prozorskih stakala je naročito povoljna za različite uslove primene.

Da bi propuštanje niske frekvencije bilo još povoljnije moraju rešetke RG, HG da budu izvedene sa takvim dimenzijama, da otvori sita odgovaraju jednoj četvrtini talasne dužine radio-talasa. Ovde ipak ne dolazi u obzir korišćenje slobodnih talasnih dužina već samo korišćenje efektivne talasne dužine, koja se redukuje pomoću upliva staklenog elementa. Površinski element F unutar prstena-obruča R je po svojoj veličini tako izabran, da on kod blokirne frekvencije dolazi u sopstvenu rezonancu, dakle površina F je velika oko jedne polovine efektivne talasne dužine.

Moguće je odabiranje različitih veličina i oblika površinskog elementa F, koji se nalazi u međuprostoru rešetke, da bi se postiglo tačno oblikovanje blokirne karakteristike.

Prsten (poligonalni obruč) R ispunjava cilj za umanjenje uticaja od uzajamnog upliva rešetke RG, HG i površinskog elementa F. On umanjuje prigušenje u propusnom području, koje je prema gore navedenom vezano za ovu minimalnu propusnu frekvenciju. Baš pomoću prstena R su moguće ove relativno visoke širine opsega u propustnom području.

Prevlaka prozorskog stakla može takođe da bude predviđena sa najsitnijom strukturom, pomoću koje se menjaju svojstva u optičkoj i termičkoj oblasti. Pomoću ove najsitnije strukture mogu se na primer odgovarajuće oblikovati slike koje se pojavljuju na prozorskom staklu. Mogu se na primer realizovati tražene strukturne mustre, oblici, slovni crteži, logo, i slično.

Kod jednog vozila može se naprimer prevučeno prozorskog stakla rasporedit preko bočne strane vozila. Na taj način u okviru ciljnog frekventnog selektovanja propuštajuće karakteristike svesno će se ustanoviti prijemni uslovi kako za radio komunikacione uređaje postavljene izvan vozila tako isto i za radio komunikacione uređaje postavljene unutar vozila. Na isti način može prozorsko staklo izvedeno u skladu sa pronalaskom da se koristi i kod drugih vozila (na primer kod autobusa i slično) i takođe kod zgrada sa obloženim prozorima.

Lista pozicija i njihove oznake na crtežima

RG pravougaona rešetka

HG heksagonalna rešetka

R prstenasto oblikovana prevlaka (poligonalni obruč)

I izolaciono područje

F naneta površina-površinski element

Claims (9)

PATENTNI ZAHTEVI

1. Prozorsko staklo prevučeno sa jednom provodnom prevlakom naročito za šinska vozila, pri čemu je prevlaka strukturisana i izvedena kao električno provodna i ima jednu filtersku karakteristiku za radio-signale naznačeno time, da prevlaka ima strukturu jedne provodljive periodične rešetke (RG, HG) u čijem međuprostoru su upisane najmanje dve u obliku prstena-obruča prevlake (R), pri čemu su ove najmanje dve prevlake (R) u obliku prstena-obruča unutra ispunjene pomoću jedne nanete površine (F) i da su rešetke (RG, HG), prevlake (R) u obliku prstena-obruča i nanete površine (F) međusobno razdvojene pomoću izolacionog područja (I).

2. Prozorsko staklo prema zahtevu 1, naznačeno time, da je kao prevlaka predviđena jedna metalizirana prevlaka.

3. Prozorsko staklo prema zahtevu 1 ili 2, naznačeno time, da provodljiva periodična rešetka ima oblik jedne pravougaone rešetke (RG).

4. Prozorsko staklo prema zahtevu 1 ili 2, naznačeno time, da provdljiva periodična rešetka ima oblik jedne heksagonalne rešetke (HG).

5. Prozorsko staklo prema nekom od zahteva 1 do 4, naznačeno time, da je prevlaka predviđena dalje dodatno sa jednom najsitnijom strukturom.

6. Prozorsko staklo prema nekom od zahteva 1 do 5, naznačeno time, da u unutrašnjem prostoru vozila postavljeni radio komunikacioni uređaji mogu koristiti jednu takozvanu Wireless Local Area Network ili WLAN internet mrežu.

7. Prozorsko staklo prema nekom od zahteva 1 do 6, naznačeno time, da su signali od radio komunikacionih uređaja prema mobilnim radio standardima GSM, UMTS i/ili LTE predviđeni kao signali koji se propuštaju.

8. Vozilo sa prevučenim prozorskim staklima prema nekom od predhodnih zahteva 1 do 7, naznačeno time, da su prozorska stakla raspoređena duž vozila preko obe bočne strane.

9. Vozilo prema zahtevu 8, naznačeno time, da je vozilo izvedeno kao šinsko vozilo, naročito kao voz ili tramvaj.