WO2020193384A1 - Fahrzeugscheibe - Google Patents
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- WO2020193384A1 WO2020193384A1 PCT/EP2020/057715 EP2020057715W WO2020193384A1 WO 2020193384 A1 WO2020193384 A1 WO 2020193384A1 EP 2020057715 W EP2020057715 W EP 2020057715W WO 2020193384 A1 WO2020193384 A1 WO 2020193384A1
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- H01Q21/28—Combinations of substantially independent non-interacting antenna units or systems
Definitions
- Vehicles are increasingly being equipped with electrical components.
- Navigation systems can e.g. be a satellite navigation satellite system (GNSS).
- GNSS satellite navigation satellite system
- Systems in operation are, for example, the Global Positioning System (GPS) or the GLObal Navigation Satellite System (GLONASS).
- GPS Global Positioning System
- GLONASS GLObal Navigation Satellite System
- Other navigation systems are e.g. possible on the basis of mobile radio systems.
- Communication systems can e.g. Short-range radio systems for car-to-car or car-to-infrastructure or mobile radio communication systems, e.g. 2nd / 3rd / 4th or 5th generation mobile communication systems.
- Corresponding antennas can be attached to the outside of the vehicle, but such additional devices present a problem in several respects.
- “shark fin” type antennas are provided on roofs.
- patch antennas are used for this. These typically have a rectangular to square shape, with an approximately identical ground layer being arranged as an antenna counterweight below the patch antenna.
- An arrangement of radio antennas in black print on a vehicle window for antenna diversity is known from European patent application EP 0 825 666 A2.
- a multi-element antenna is known from US Pat. No. 9,837,699 B2 in which longitudinal segments of a monopole antenna are arranged on the side edge of a windshield parallel to the door-oriented edge, while counterweights of the respective monopoles are arranged on the lower edge of the window.
- Another antenna arrangement for receiving DVB signals is known from European patent application EP 2 645 473 A1, which is also based on the principle of the monopole antenna.
- GNSS antennas can be arranged inside the vehicle interior, for example below the dashboard or below the windshield. It is difficult to find a suitable position with a good view of the antenna on the GNSS satellites and at the same time to avoid EMC problems from electrical devices in the dashboard and from the vehicle engine.
- the provision at the upper edge of the windshield is difficult because there are often other sensors, such as. B. rain sensors are installed so that there is no space for further elements.
- Typical GPS antennas are implemented as plane antennas and typically as patch antennas and are known, for example, from WO 00/22695 A1, DE 20200601 1919 U 1 or DE 20201001 1837 U 1.
- a planar metallic antenna structure is arranged on one side of a printed circuit board or a ceramic carrier. On the opposite side a flat base plate is arranged as a ground plane. The antenna structure and base plate are connected to an electrical receiving unit via electrical lines. Due to the material thickness of the circuit board or the ceramic carrier, the antenna has a certain thickness and is clearly visible and not very aesthetic when it is arranged directly on the windshield.
- a vehicle window having a first substrate and at least one first electrically conductive layer, the vehicle window having a black print on at least one section at the edge of the vehicle window, the first electrically conductive layer being arranged at least in sections behind the black print, wherein A first antenna structure and a second antenna structure are arranged in the section of the first electrically conductive layer that is arranged behind the black print, the first antenna structure and the second antenna structure each having preferred directions which are at an angle of approximately 70 ° -110 ° to one another , wherein the vehicle window further comprises a delay line in order to delay signals of the first antenna structure with respect to signals of the second antenna structure, wherein the vehicle window further comprises a coupler (K) for the delayed signals of the first antenna structure merge r and signals of the second antenna structure in order to receive a circularly polarized signal.
- the invention relocates coupling elements into the vehicle window. This can greatly reduce costs.
- the invention makes use of the fact that the antennas can be arranged in vehicle windows at almost any location.
- the substrate is a glass substrate or a plastic substrate.
- all electrically insulating substrates which are thermally and chemically stable under the conditions of manufacture and use of the vehicle window according to the invention are suitable as a substrate.
- the vehicle window preferably contains glass, particularly preferably flat glass, float glass, quartz glass, borosilicate glass, soda-lime glass or clear plastics, preferably rigid clear plastics, in particular polyethylene, polypropylene, polycarbonate, polymethyl methacrylate, polystyrene, polyamide, polyester, polyvinyl chloride and / or mixtures from that.
- glass particularly preferably flat glass, float glass, quartz glass, borosilicate glass, soda-lime glass or clear plastics, preferably rigid clear plastics, in particular polyethylene, polypropylene, polycarbonate, polymethyl methacrylate, polystyrene, polyamide, polyester, polyvinyl chloride and / or mixtures from that.
- the invention can be integrated into proven material systems.
- This provides a vehicle window into which an antenna can be integrated safely, reliably and inexpensively at other locations.
- the first antenna structure and / or the second antenna structure has a dipole characteristic.
- Antennas for example dipole or Yagi antennas, with excellent preferred directions can be implemented particularly easily by means of dipole characteristics.
- the angle between the preferred directions is oriented essentially perpendicular to one another.
- the coupler is a directional coupler or a hybrid coupler.
- Directional couplers as power combiners, can provide signals from two inputs at one output. As such, they are wavelength-selective, but still provide a sufficiently good coupling in a frequency band that is sufficient for many applications.
- the coupler can have one or more stages, e.g. B. be designed as a tapered line and branch line coupler.
- the first conductive layer is arranged on a film which is connected to the vehicle window.
- the at least one electrically conductive layer is applied to a dielectric film.
- the dielectric film can have at least one material selected from the group comprising polyimide, polyurethane, polymethylene methacrylic acid, polycarbonate, polyethylene terephthalate, polyvinyl butyral, FR6, acrylonitrile-butadiene-styrene copolymer, polyethylene, polypropylene, polyvinyl chloride, polystyrene, polybutylene terephthalate, polyamide.
- a material can be used which is suitable, on the one hand, as a carrier for antenna structures / couplers / conductor structures during production and, if appropriate, can be optically transparent and / or, if appropriate, easily connectable to a substrate.
- the film has a second electrically conductive layer arranged on the opposite side of the first electrically conductive layer.
- z. B. stripline / waveguide structures in various designs, z. B. be provided as a grounded co-planar waveguide.
- the electrically conductive layer has a height of 10 ⁇ m-75 ⁇ m.
- the vehicle window is a composite window, the vehicle window furthermore having a second substrate, the film being introduced between the first substrate and the second substrate.
- the film can be introduced both on the outside of a pane and between substrates of a composite pane.
- a vehicle with a vehicle window according to the invention in particular a land, sea, air or space vehicle, is provided.
- the vehicle window according to the invention is used to receive signals for satellite-based navigation, especially used for receiving GNSS signals from Navstar GPS, Galileo, Glonass, Beidou, Navic, QZSS.
- the vehicle window according to the invention is used to receive signals from a mobile communication system, in particular a mobile communication system of the 2nd, 3rd, 4th or 5th generation.
- FIG. 1 shows a schematic overview with regard to the arrangement of films, substrate (s) to illustrate aspects according to the prior art and the invention
- FIG. 2 shows a schematic overview of possible installation locations of antenna structures according to embodiments of the invention
- FIG. 3 shows a schematic plan view of antenna structures in embodiments of the invention.
- FIG. 4 shows a schematic flow representation of signals in embodiments of the invention.
- Figures with numerical values are generally not to be understood as exact values, but also include a tolerance of +/- 1% up to +/- 10%.
- the invention provides a vehicle window 1 which has a first substrate GS1 and at least one first electrically conductive layer LS1.
- the vehicle window 1 has a black print on at least one section on the edge of the vehicle window 1.
- the black print can be provided circumferentially or only partially, as shown in FIG.
- the area of interest for the invention extends e.g. over a corner of the vehicle window 1. In FIG. 2, this is the upper left corner. However, the invention is not limited to a corner. Rather, the section in question can also be arranged at another point on the vehicle window 1, on the right-hand side and / or on the lower side.
- the first electrically conductive layer LS1 is arranged at least in sections behind the black print.
- a first antenna structure ANT1 and a second antenna structure ANT2 are arranged in the section of the first electrically conductive layer LS1 which is arranged behind the black print.
- the wavelengths in which the first antenna structure ANT1 and a second antenna structure ANT2 are selective can be the same or different.
- the first antenna structure ANT1 and the second antenna structure ANT2 each have aligned preferred directions which are at an angle of approximately 70 ° -110 ° to one another. This is e.g. can be seen from FIG. While the first antenna structure ANT1 has a more horizontal preferred direction, the second antenna structure ANT2 has a more vertical preferred direction.
- the first electrically conductive layer LS1 also has a coupler K. Coupling elements K can be shifted into vehicle window 1 by the invention. This can greatly reduce costs.
- the invention makes use of the fact that the antennas can be arranged in vehicle windows at almost any location.
- the coupler K can be inserted at any point between the antenna structures and a connector.
- the substrate GS1 is a glass substrate or a plastic substrate. Basically all electrically insulating substrates which are thermally and chemically stable under the conditions of manufacture and use of the vehicle window according to the invention are suitable as a substrate.
- the vehicle window preferably contains glass, particularly preferably flat glass, float glass, quartz glass, borosilicate glass, soda-lime glass or clear plastics, preferably rigid clear plastics, in particular polyethylene, polypropylene, polycarbonate, polymethyl methacrylate, polystyrene, polyamide, polyester, polyvinyl chloride and / or mixtures from that.
- glass particularly preferably flat glass, float glass, quartz glass, borosilicate glass, soda-lime glass or clear plastics, preferably rigid clear plastics, in particular polyethylene, polypropylene, polycarbonate, polymethyl methacrylate, polystyrene, polyamide, polyester, polyvinyl chloride and / or mixtures from that.
- the invention can be integrated into proven material systems.
- This provides a vehicle window 1 in which an antenna can be securely, reliably and inexpensively installed at other locations, e.g. B. 03, can be integrated.
- the first antenna structure ANT1 and / or the second antenna structure ANT2 has a dipole characteristic.
- Antennas for example dipole or Yagi antennas, with excellent preferred directions can be implemented particularly easily by means of dipole characteristics.
- the coupler is a directional coupler or a hybrid coupler.
- Directional couplers as power combiners, can provide signals from two inputs at one output. As such, they are wavelength-selective, but still provide a sufficiently good coupling in a frequency band that is sufficient for many applications.
- the coupler can have one or more stages, e.g. B. be designed as a tapered line and branch line coupler (exemplary hybrid coupler).
- the first conductive layer LS1 is arranged on a film F which is connected to the vehicle window 1 and in particular to the first substrate GS1.
- the at least one electrically conductive layer LS1 is applied to a dielectric film F.
- the dielectric film F can have at least one material selected from the group comprising polyimide, polyurethane, polymethylene methacrylic acid, polycarbonate,
- the film F has a second electrically conductive layer LS2 arranged on the opposite side of the first electrically conductive layer LS1.
- plated-through holes can be provided at a suitable point between elements of the first electrically conductive layer LS1 and elements of the second electrically conductive layer LS2.
- the first electrically conductive layer LS1 and / or the second electrically conductive layer LS2 has a height of 10 ⁇ m-75 ⁇ m.
- the vehicle window 1 is a composite window, the vehicle window also having a second substrate GS2, the film F being introduced between the first substrate GS1 and the second substrate GS2.
- the second substrate GS2 is a glass substrate or a plastic substrate.
- the vehicle window preferably contains glass, particularly preferably flat glass, float glass, quartz glass, borosilicate glass, soda-lime glass or clear plastics, preferably rigid clear plastics, in particular polyethylene, polypropylene, polycarbonate, polymethyl methacrylate, polystyrene, polyamide, polyester, polyvinyl chloride and / or mixtures from that.
- the invention can be integrated into proven material systems.
- the film F can be applied both to the outside of the pane and between substrates of a composite pane.
- a vehicle with a vehicle window 1 according to the invention in particular a land, sea, aircraft or space vehicle, is provided.
- the vehicle window according to the invention is used to receive signals for satellite-based navigation, in particular to receive GNSS signals from Navstar GPS, Galileo, Glonass, Beidou, Navic, QZSS.
- the vehicle window according to the invention is used to receive signals from a mobile communication system, in particular a mobile communication system of the 2nd, 3rd, 4th or 5th generation.
- the first antenna structure ANT 1 and the second antenna structure ANT2 can be arranged in such a way that the respective preferred directions, which have an angle of approximately 70 ° -110 ° to one another, ie in particular are essentially perpendicular to one another.
- the respective signals can be routed to a coupler K with a signal flow as shown in FIG. 4 by means of the first antenna structure ANT1 and the second antenna structure ANT2 and a delay line VZL of approximately h14.
- a circularly polarized signal can be captured.
- Such signals are often in satellite-based systems, such as. B. GNSS.
- the antenna can have two dipole-like antenna structures ANT1, ANT2 in a first electrically conductive layer LS1, a second electrically conductive layer LS2 can e.g. B. can be used as a ground layer. This allows z. B. a strip line and / or a delay line can be implemented in the vehicle window 1.
- a reliable, integrable antenna arrangement can be provided in a vehicle window 1. Since the layer thicknesses are small, the arrangement can also be integrated into a composite pane.
- a cover layer DS made of polyimide, an adhesion promoting layer KL, etc. can be provided.
- the top layer DS can, for. B. be a black print so that parts of the antenna structure ANT1 and / or the antenna structure ANT1 and / or a delay line VZL and / or a coupler K can be provided in a concealed manner without impairing the visual impression in the rest of the vehicle window 1.
- the cover layer DS can also contain polyimide.
- the cover layer DS can have a height of (each) approximately 25 ⁇ m. Is z. B. a film with conductor layers pre-assembled so the conductor layers LS1, LS2 can be protected from damage during transport or assembly or installation or environmental influences.
- the first electrically conductive layer LS1 has a height hi_si of 10 pm-75 pm.
- the second electrically conductive layer LS2 can likewise have a height hi_si of 10 pm-75 pm.
- the first electrically conductive layer LS1 and the second electrically conductive layer LS2 preferably have a height of approximately 35 ⁇ m.
- An adhesion promoting layer KL can optionally be applied to the first electrically conductive layer LS1 and / or to the second electrically conductive layer LS2. This adhesion promoting layer KL can, for. B. each have a height of about 15 pm.
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- Engineering & Computer Science (AREA)
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- Details Of Aerials (AREA)
Abstract
Die Erfindung betrifft eine Fahrzeugscheibe, aufweisend ein erstes Substrat (GS1) und mindestens eine erste elektrisch leitende Schicht (LS1), wobei die Fahrzeugscheibe an zumindest einem Abschnitt am Rand der Fahrzeugscheibe einen Schwarzdruck aufweist, wobei die erste elektrisch leitende Schicht (LS1) zumindest abschnittsweise hinter dem Schwarzdruck angeordnet ist, wobei in dem Abschnitt der erste elektrisch leitenden Schicht (LS1), der hinter dem Schwarzdruck angeordnet ist eine erste Antennenstruktur (ANT1) und eine zweite Antennenstruktur (ANT2) angeordnet sind, wobei die erste Antennenstruktur (ANT1) und die zweite Antennenstruktur (ANT2) jeweils Vorzugsrichtungen aufweisen, die einen Winkel von circa 70°- 110° zueinander aufweisen, wobei die Fahrzeugscheibe weiterhin eine Verzögerungsleitung (VZL) aufweist, um Signale der ersten Antennenstruktur (ANT1) gegenüber Signalen der zweiten Antennenstruktur (ANT2) zu verzögern, wobei die Fahrzeugscheibe weiterhin einen Koppler (K) aufweist, um die verzögerten Signale der ersten Antennenstruktur (ANT1) und Signale der zweiten Antennenstruktur (ANT2) zusammenzuführen, um ein zirkular polarisiertes Signal aufzufangen.
Description
Fahrzeugscheibe
Fahrzeuge werden zunehmend mit elektrischen Komponenten ausgestattet. Neben den klassischen Radiogeräten finden sich in zunehmender Anzahl Geräte in einem Fahrzeug wieder, die Hochfrequenzsignale empfangen oder auch senden können.
Beispielhaft sei an dieser Stelle der Empfang von Signalen eines Navigationssystems oder aber auch Signale von Kommunikationssystemen angeführt.
Navigationssysteme können dabei z.B. ein satellitengestütztes Navigationssatellitensystem (GNSS) sein. In Betrieb befindliche Systeme sind beispielsweise das Global Positioning System (GPS) oder das GLObal Navigation Satellite System (GLONASS). Andere Navigationssysteme sind z.B. auf Basis von Mobilfunksystemen möglich.
Kommunikationssysteme können z.B. Nahbereichsfunksysteme für Car-to-Car oder Car- to-lnfrastructure oder auch Mobilfunkkommunikationssysteme, z.B. Mobilkommunikationssysteme der 2. / 3. / 4. oder 5. Generation sein.
Da Fahrzeuge häufig größere Metallflächen aufweisen, werden Hochfrequenzsignale hierdurch abgeschirmt, sodass der Empfang (als auch das Senden - soweit vorgesehen -) erschwert wird.
Zwar können entsprechende Antennen außen am Fahrzeug befestigt werden, jedoch stellen solche zusätzlichen Einrichtungen in mehrfacher Hinsicht ein Problem dar.
Beispielhafte Anordnungen sind aus der Veröffentlichung US 20140176374 A1 bekannt.
Zum einen erfordern die entsprechenden Einrichtungen Durchbrüche, die anfällig gegen Korrosion sind. Zum anderen stören solche Einrichtungen häufig den optischen Eindruck. Häufig stellen solche Einrichtungen aber auch eine Geräuschquelle als auch einen erhöhten Windwiderstand bereit. Zudem sind solche Antennen auch Ziel von Vandalismus.
Beispielsweise werden“Haifischflossen”-artige Antennen auf Dächern bereitgestellt. In aller Regel werden hierfür sogenannte Patch-Antennen verwendet. Diese weisen typischerweise eine rechteckige bis quadratische Form auf, wobei ein in etwa gleichartiger Groundlayer als Antennengegengewicht unterhalb der Patch-Antenne angeordnet ist.
Ausgehend hiervon hat sich in der Vergangenheit ein Trend dahin entwickelt, Antennen an anderen Orten bereitzustellen.
Eine Anordnung von Rundfunkantennen im Schwarzdruck einer Fahrzeugscheibe für Antennen-Diversity ist aus der europäischen Patentanmeldung EP 0 825 666 A2 bekannt. Aus dem US Patent US 9.837,699 B2 ist eine Multi-Element-Antenne bekannt, bei der longitudinale Segmente einer Monopolantenne am seitlichen Rand einer Windschutzscheibe parallel zum türorientierten Rand angeordnet sind, während am Scheibenunterrand Gegengewichte der jeweiligen Monopole angeordnet sind. Aus der europäischen Patentanmeldung EP 2 645 473 A1 ist eine weitere Antennenanordnung für den Empfang von DVB-Signalen bekannt, die ebenfalls auf dem Prinzip der Monopolantenne aufbaut.
Beispielsweise können GNSS-Antennen innerhalb des Fahrzeuginnenraums angeordnet werden, beispielsweise unterhalb des Armaturenbretts oder unterhalb der Windschutzscheibe.
Dabei ist es schwierig, eine geeignete Position mit guter Sicht der Antenne auf die GNSS-Satelliten zu finden und gleichzeitig EMC-Probleme durch elektrische Geräte im Armaturenbrett und durch den Fahrzeugmotor zu vermeiden.
Andererseits besteht das Bedürfnis so wenig wie möglich das Blickfeld durch eine Scheibe zu beeinträchtigen. Daher werden z.B. Sensoren am Rand der Scheibe, bevorzugt im Bereich eines Schwarzdruckes angeordnet.
Aus der Patentanmeldung US 2008 / 129619 A1 ist eine oberflächenmontierbare Antenne zum Empfang von polarisierten Signalen bekannt. Die dort gezeigte Antenne benötigt jedoch viel Fläche und ist auf Grund der notwendigen Höhe, die durch die verschiedenen elektrischen Lagen benötigt wird nicht zu einer I ntegration in eine Scheibe geeignet.
Im Bereich des Schwarzdruckes der Scheibe sind aber nur wenige Orte für die Anbringung einer derartigen Antenne geeignet.
I nsbesondere die Bereitstellung am oberen Windschutzscheibenrand gestaltet sich schwierig, da dort häufig andere Sensoren, wie z. B. Regensensoren, verbaut sind, sodass dort kein Platz für weitere Elemente zur Verfügung steht.
Die Bereitstellung am unteren Windschutzscheibenrand ist nachteilig, da hier nicht immer ausreichend Sicht auf einen oder mehrere Sender ist, insbesondere da andere Karosserieteile, wie z.B. das Fahrzeugdach, den empfangbaren Raumwinkelbereich aus Sicht einer dort platzierten Antenne stark einschränkt.
Des Weiteren können elektrisch leitfähige Schichten wie infrarotreflektierende Schichten oder Low-E-Schichten die Transmission elektromagnetischer Strahlung durch die Scheibe verhindern und das GNSS-Signal blockieren.
Typische GPS-Antennen werden als plane Antennen und typischerweise als Patch- Antennen realisiert und sind beispielsweise aus der WO 00/22695 A1 , der DE 20200601 1919 U 1 oder der DE 20201001 1837 U 1 bekannt. Dabei wird eine plane metallische Antennenstruktur auf einer Seite einer Leiterplatte oder eines keramischen Trägers angeordnet. Auf der gegenüberliegenden Seite wird eine plane Grundplatte als Massefläche angeordnet. Antennenstruktur und Grundplatte werden über elektrische Leitungen mit einer elektrischen Empfangseinheit verbunden. Aufgrund der Materialstärke der Leiterplatte beziehungsweise des keramischen Trägers weist die Antenne eine gewisse Dicke auf und ist bei einer Anordnung unmittelbar an der Windschutzscheibe deutlich sichtbar und wenig ästhetisch.
Ausgehend hiervon ist es eine Aufgabe der Erfindung eine Fahrzeugscheibe bereitzustellen in die eine Antenne sicher, zuverlässig und kostengünstig an weiteren Orten integriert werden kann.
Die Aufgabe wird gelöst durch eine Fahrzeugscheibe, aufweisend ein erstes Substrat und mindestens eine erste elektrisch leitende Schicht, wobei die Fahrzeugscheibe an zumindest einem Abschnitt am Rand der Fahrzeugscheibe einen Schwarzdruck aufweist, wobei die erste elektrisch leitende Schicht zumindest abschnittsweise hinter dem Schwarzdruck angeordnet ist, wobei in dem Abschnitt der ersten elektrisch leitenden Schicht, der hinter dem Schwarzdruck angeordnet ist eine erste Antennenstruktur und eine zweite Antennenstruktur angeordnet sind, wobei die erste Antennenstruktur und die zweite Antennenstruktur jeweils Vorzugsrichtungen aufweisen, die einen Winkel von circa 70°- 1 10° zueinander aufweisen, wobei die Fahrzeugscheibe weiterhin eine Verzögerungsleitung aufweist, um Signale der ersten Antennenstruktur gegenüber Signalen der zweiten Antennenstruktur zu verzögern, wobei die Fahrzeugscheibe weiterhin einen Koppler (K) aufweist, um die verzögerten Signale der der ersten Antennenstruktur und Signale der zweiten Antennenstruktur zusammenzuführen, um ein zirkular polarisiertes Signal aufzufangen.
Durch die Erfindung werden Koppelelemente in die Fahrzeugscheibe verlagert. Hierdurch können die Kosten stark reduziert werden. Dabei macht sich die Erfindung zu Nutze, dass die Antennen in Fahrzeugscheiben an nahezu beliebigen Orten angeordnet werden können. Dabei kann der Koppler an beliebiger Stelle zwischen den Antennen und dem Anschluss eingefügt werden.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist das Substrat ein Glassubstrat oder ein Kunststoffsubstrat. Als Substrat sind im Grunde alle elektrisch isolierenden Substrate geeignet, die unter den Bedingungen der Herstellung und der Verwendung der erfindungsgemäßen Fahrzeugscheibe thermisch und chemisch stabil sind.
Die Fahrzeugscheibe enthält bevorzugt Glas, besonders bevorzugt Flachglas, Floatglas, Quarzglas, Borosilikatglas, Kalk-Natron-Glas oder klare Kunststoffe, vorzugsweise starre klare Kunststoffe, insbesondere Polyethylen, Polypropylen, Polycarbonat, Polymethylmethacrylat, Polystyrol, Polyamid, Polyester, Polyvinylchlorid und/oder Gemische davon.
D.h., die Erfindung kann in bewährte Materialsysteme eingebunden werden.
Hierdurch wird eine Fahrzeugscheibe bereitgestellt, in die eine Antenne sicher, zuverlässig und kostengünstig an weiteren Orten integriert werden kann.
In einer Ausführungsform der Erfindung weist die erste Antennenstruktur und/oder die zweite Antennenstruktur eine Dipolcharakteristik auf.
Mittels Dipolcharakteristik lassen sich besonders einfach Antennen, z.B. Dipol- oder Yagiantennen, mit ausgezeichneten Vorzugsrichtungen realisieren.
In einer Ausführungsform der Erfindung ist der Winkel zwischen den Vorzugsrichtungen im Wesentlichen senkrecht zueinander ausgerichtet.
In einer Ausführungsform der Erfindung ist der Koppler ein Richtkoppler oder ein Hybridkoppler. Richtkoppler können dabei als Leistungskombinierer Signale von 2 Eingängen an einem Ausgang zur Verfügung stellen. Als solche sind sie zwar wellenlängenselektiv, stellen aber trotzdem in einem für viele Anwendungen ausrechenden Frequenzband eine ausreichend gute Kopplung zur Verfügung. Der Koppler kann ein- oder mehrstufig, z. B. als Tapered Line und Branch Line Koppler ausgeführt sein.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist die erste leitende Schicht auf einer Folie angeordnet, die mit der Fahrzeugscheibe verbunden ist.
Hiermit kann die Fahrzeugscheibe in bestehende Konzepte integriert werden.
In noch einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist die mindestens eine elektrische leitende Schicht auf einer dielektrischen Folie aufgebracht. Insbesondere kann die dielektrische Folie zumindest ein Material ausgewählt aus der Gruppe aufweisend Polyimid, Polyurethan, Polymethylenmetacrylsäure, Polykarbonat, Polyethylenterephthalat, Polyvinylbutyral, FR6, Acrylnitril-butadien-Styrol- Copolymerisat, Polyethylen, Polypropylen, Polyvinylchlorid, Polystyrol, Polybutylenterephthalat, Polyamid aufweisen.
D.h. , es kann ein Material verwendet werden, das zum einen während der Herstellung als Träger für Antennenstrukturen / Koppler / Leiterstrukturen geeignet ist und gegebenenfalls optisch transparent und/oder gegebenenfalls leicht mit einem Substrat verbindbar ist.
I n noch einer weiteren Ausführungsform der Erfindung weist die Folie eine zweite elektrisch leitende Schicht angeordnet auf der gegenüberliegenden Seite der ersten elektrisch leitenden Schicht auf.
Hierdurch können z. B. Streifenleiter / Wellenleiterstrukturen in verschiedenster Ausführung, z. B. als grounded co-planar waveguide, bereitgestellt werden.
I n noch einer weiteren Ausführungsform der Erfindung weist die elektrisch leitende Schicht eine Höhe von 10 pm - 75 pm auf.
Dies ermöglicht eine dünne Anordnung, die auch in eine Verbundscheibe integriert werden kann bzw. die auch an eine gebogene Oberfläche angepasst werden kann.
I n einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist die Fahrzeugscheibe eine Verbundscheibe, wobei die Fahrzeugscheibe weiterhin ein zweites Substrat aufweist, wobei die Folie zwischen dem ersten Substrat und dem zweiten Substrat eingebracht ist.
D. h. , die Folie kann sowohl auf eine Scheibenaußenseite als auch zwischen Substraten einer Verbundscheibe eingebracht sein.
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung wird ein Fahrzeug mit einer erfindungsgemäßen Fahrzeugscheibe, insbesondere ein Land-, See-, Luft- oder Raumfahrzeug, bereitgestellt.
Gemäß noch einer weiteren Ausführungsform der Erfindung wird die erfindungsgemäße Fahrzeugscheibe zum Empfang von Signalen zur satellitengestützten Navigation,
insbesondere zum Empfang von GNSS-Signalen des Navstar GPS, Galileo, Glonass, Beidou, Navic, QZSS verwendet. Alternativ oder zusätzlich wird die erfindungsgemäße Fahrzeugscheibe zum Empfang von Signalen eines Mobilkommunikationssystems, insbesondere eines Mobilkommunikationssystems der 2., 3., 4. oder 5. Generation, verwendet.
Im Folgenden wird die Erfindung anhand einer Zeichnung und Ausführungsbeispielen näher erläutert. Die Zeichnung ist eine schematische Darstellung und nicht maßstabsgetreu. Die Zeichnung schränkt die Erfindung in keiner Weise ein.
Es zeigen:
Fig. 1 eine schematische Übersicht in Bezug auf die Anordnung von Folien, Substrat(en) zur Verdeutlichung von Aspekten gemäß Stand der Technik und der Erfindung,
Fig. 2 eine schematische Übersicht von möglichen Anbringungsorten von Antennenstrukturen gemäß Ausführungsformen der Erfindung,
Fig. 3 eine schematische Aufsicht auf Antennenstrukturen in Ausführungsformen der Erfindung, und
Fig. 4 eine schematische Flussdarstellung von Signalen in Ausführungsformen der Erfindung.
Nachfolgend wird die Erfindung eingehender unter Bezugnahme auf die Figuren dargestellt werden. Dabei ist anzumerken, dass unterschiedliche Aspekte beschrieben werden, die jeweils einzeln oder in Kombination zum Einsatz kommen können. D.h. jeglicher Aspekt kann mit unterschiedlichen Ausführungsformen der Erfindung verwendet werden soweit nicht explizit als reine Alternative dargestellt.
Weiterhin wird nachfolgend der Einfachheit halber in aller Regel immer nur auf eine Entität Bezug genommen. Soweit nicht explizit vermerkt, kann die Erfindung aber auch jeweils mehrere der betroffenen Entitäten aufweisen. Insofern ist die Verwendung der
Wörter„ein“, „eine“ und „eines“ nur als Hinweis darauf zu verstehen, dass in einer einfachen Ausführungsform zumindest eine Entität verwendet wird.
Soweit nachfolgend Verfahren beschrieben werden, sind die einzelnen Schritte eines Verfahrens in beliebiger Reihenfolge anordbar und/oder kombinierbar, soweit sich durch den Zusammenhang nicht explizit etwas Abweichendes ergibt. Weiterhin sind die Verfahren - soweit nicht ausdrücklich anderweitig gekennzeichnet - untereinander kombinierbar.
Angaben mit Zahlenwerten sind in aller Regel nicht als exakte Werte zu verstehen, sondern beinhalten auch eine Toleranz von +/- 1 % bis zu +/- 10 %.
Soweit in dieser Anmeldung Normen, Spezifikationen oder dergleichen benannt werden, werden zumindest immer die am Anmeldetag anwendbaren Normen, Spezifikationen oder dergleichen in Bezug genommen. D.h. wird eine Norm / Spezifikation etc. aktualisiert oder durch einen Nachfolger ersetzt, so ist die Erfindung auch hierauf anwendbar.
In den Figuren sind verschiedene Ausführungsformen dargestellt.
Die Erfindung stellt eine Fahrzeugscheibe 1 zur Verfügung, die ein erstes Substrat GS1 und mindestens eine erste elektrisch leitende Schicht LS1 aufweist.
Die Fahrzeugscheibe 1 weist an zumindest einem Abschnitt am Rand der Fahrzeugscheibe 1 einen Schwarzdruck auf.
Der Schwarzdruck kann dabei wie in Figur 2 dargestellt umlaufend oder auch nur partiell zur Verfügung gestellt sein.
Der für die Erfindung interessierende Bereich erstreckt sich z.B. über eine Ecke der Fahrzeugscheibe 1. In der Figur 2 ist dies die linke obere Ecke. Die Erfindung ist jedoch nicht auf eine Ecke beschränkt. Vielmehr kann der betreffende Abschnitt auch auf einer anderen Stelle der Fahrzeugscheibe 1 , der rechten Seite und/oder an der unteren Seite angeordnet sein.
Die erste elektrisch leitende Schicht LS1 ist zumindest abschnittsweise hinter dem Schwarzdruck angeordnet.
In dem Abschnitt der ersten elektrisch leitenden Schicht LS1 , der hinter dem Schwarzdruck angeordnet ist, sind eine erste Antennenstruktur ANT1 und eine zweite Antennenstruktur ANT2 angeordnet.
Die Wellenlängen, in denen die erste Antennenstruktur ANT1 und eine zweite Antennenstruktur ANT2 selektiv sind, können dabei gleich oder unterschiedlich sein.
Die erste Antennenstruktur ANT1 und die zweite Antennenstruktur ANT2 weisen jeweils ausgerichtete Vorzugsrichtungen auf, die einen Winkel von circa 70°- 110° zueinander aufweisen. Dies ist z.B. aus der Figur 3 ersichtlich. Während die erste Antennenstruktur ANT1 eine eher horizontale Vorzugsrichtung aufweist, weist die zweite Antennenstruktur ANT2 eine eher vertikale Vorzugsrichtung auf.
Die erste elektrisch leitende Schicht LS1 weist weiterhin einen Koppler K auf.
Durch die Erfindung können Koppelelemente K in die Fahrzeugscheibe 1 verlagert werden. Hierdurch können die Kosten stark reduziert werden. Dabei macht sich die Erfindung zu Nutze, dass die Antennen in Fahrzeugscheiben an nahezu beliebigen Orten angeordnet werden können. Dabei kann der Koppler K an beliebiger Stelle zwischen den Antennenstrukturen und einem Anschluss eingefügt werden.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist das Substrat GS1 ein Glassubstrat oder ein Kunststoffsubstrat. Als Substrat sind im Grunde alle elektrisch isolierenden Substrate geeignet, die unter den Bedingungen der Herstellung und der Verwendung der erfindungsgemäßen Fahrzeugscheibe thermisch und chemisch stabil sind.
Die Fahrzeugscheibe enthält bevorzugt Glas, besonders bevorzugt Flachglas, Floatglas, Quarzglas, Borosilikatglas, Kalk-Natron-Glas oder klare Kunststoffe, vorzugsweise starre klare Kunststoffe, insbesondere Polyethylen, Polypropylen, Polycarbonat, Polymethylmethacrylat, Polystyrol, Polyamid, Polyester, Polyvinylchlorid und/oder Gemische davon.
D.h., die Erfindung kann in bewährte Materialsysteme eingebunden werden.
Hierdurch wird eine Fahrzeugscheibe 1 bereitgestellt, in die eine Antenne sicher, zuverlässig und kostengünstig an weiteren Orten, z. B. 03, integriert werden kann.
In bisherigen Systemen war- wenn überhaupt - eine Anordnung nur im Bereich von 01 oder 02 auf der Fahrzeugscheibe 1 möglich.
In einer Ausführungsform der Erfindung weist die erste Antennenstruktur ANT1 und/oder die zweite Antennenstruktur ANT2 eine Dipolcharakteristik auf.
Mittels Dipolcharakteristik lassen sich besonders einfach Antennen, z.B. Dipol- oder Yagiantennen, mit ausgezeichneten Vorzugsrichtungen realisieren.
In einer Ausführungsform der Erfindung ist der Koppler ein Richtkoppler oder ein Hybridkoppler. Richtkoppler können dabei als Leistungskombinierer Signale von 2 Eingängen an einem Ausgang zur Verfügung stellen. Als solche sind sie zwar wellenlängenselektiv, stellen aber trotzdem in einem für viele Anwendungen ausrechenden Frequenzband eine ausreichend gute Kopplung zur Verfügung. Der Koppler kann ein- oder mehrstufig, z. B. als Tapered Line und Branch Line Koppler (beispielhafter Hybridkoppler), ausgeführt sein.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist die erste leitende Schicht LS1 auf einer Folie F angeordnet, die mit der Fahrzeugscheibe 1 und insbesondere dem ersten Substrat GS1 verbunden ist.
Hiermit kann die Fahrzeugscheibe in bestehende Konzepte integriert werden.
In noch einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist die mindestens eine elektrisch leitende Schicht LS1 auf einer dielektrischen Folie F aufgebracht. Insbesondere kann die dielektrische Folie F zumindest ein Material ausgewählt aus der Gruppe aufweisend Polyimid, Polyurethan, Polymethylenmetacrylsäure, Polykarbonat,
Polyethylenterephthalat, Polyvinylbutyral, FR6, Acrylnitril-butadien-Styrol- Copolymerisat, Polyethylen, Polypropylen, Polyvinylchlorid, Polystyrol, Polybutylenterephthalat, Polyamid aufweisen.
D.h. , es kann ein Material verwendet werden, das zum einen während der Herstellung als Träger für Antennenstrukturen / Koppler / Leiterstrukturen geeignet ist und gegebenenfalls optisch transparent und/oder gegebenenfalls leicht mit einem Substrat verbindbar ist.
In noch einer weiteren Ausführungsform der Erfindung weist die Folie F eine zweite elektrisch leitende Schicht LS2 angeordnet auf der gegenüberliegenden Seite der ersten elektrisch leitenden Schicht LS1 auf.
Hierdurch können z.B. Streifenleiter / Wellenleiterstrukturen in verschiedenster Ausführung, z.B. als grounded co-planar waveguide, bereitgestellt werden. Hierzu können an geeigneter Stelle Durchkontaktierungen zwischen Elementen der ersten elektrisch leitenden Schicht LS1 und Elementen der zweiten elektrisch leitenden Schicht LS2 vorgesehen sein.
In noch einer weiteren Ausführungsform der Erfindung weist die erste elektrisch leitende Schicht LS1 und/oder die zweite elektrisch leitende Schicht LS2 eine Höhe von 10 pm - 75 pm auf.
Dies ermöglicht eine dünne Anordnung, die auch in eine Verbundscheibe integriert werden kann bzw. die auch an eine gebogene Oberfläche angepasst werden kann.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist die Fahrzeugscheibe 1 eine Verbundscheibe, wobei die Fahrzeugscheibe weiterhin ein zweites Substrat GS2 aufweist, wobei die Folie F zwischen dem ersten Substrat GS1 und dem zweiten Substrat GS2 eingebracht ist.
I n einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist das zweite Substrat GS2 ein Glassubstrat oder ein Kunststoffsubstrat. Als Substrat sind im Grunde alle elektrisch isolierenden Substrate geeignet, die unter den Bedingungen der Herstellung und der Verwendung der erfindungsgemäßen Fahrzeugscheibe thermisch und chemisch stabil sind.
Die Fahrzeugscheibe enthält bevorzugt Glas, besonders bevorzugt Flachglas, Floatglas, Quarzglas, Borosilikatglas, Kalk-Natron-Glas oder klare Kunststoffe, vorzugsweise starre klare Kunststoffe, insbesondere Polyethylen, Polypropylen, Polycarbonat, Polymethylmethacrylat, Polystyrol, Polyamid, Polyester, Polyvinylchlorid und/oder Gemische davon.
D.h., die Erfindung kann in bewährte Materialsysteme eingebunden werden.
D.h., die Folie F kann sowohl auf eine Scheibenaußenseite als auch zwischen Substraten einer Verbundscheibe eingebracht sein.
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung wird ein Fahrzeug mit einer erfindungsgemäßen Fahrzeugscheibe 1 , insbesondere ein Land-, See-, Luft- oder Raumfahrzeug, bereitgestellt.
Gemäß noch einer weiteren Ausführungsform der Erfindung wird die erfindungsgemäße Fahrzeugscheibe zum Empfang von Signalen zur satellitengestützten Navigation, insbesondere zum Empfang von GNSS-Signalen des Navstar GPS, Galileo, Glonass, Beidou, Navic, QZSS verwendet. Alternativ oder zusätzlich wird die erfindungsgemäße Fahrzeugscheibe zum Empfang von Signalen eines Mobilkommunikationssystems, insbesondere eines Mobilkommunikationssystems der 2., 3., 4. oder 5. Generation, verwendet.
Wie in Figur 3 und 4 dargestellt können die erste Antennenstruktur ANT 1 und die zweite Antennenstruktur ANT2 so angeordnet sein, dass die jeweiligen Vorzugsrichtungen, die einen Winkel von circa 70°- 110° zueinander aufweisen, d.h. insbesondere im Wesentlichen senkrecht zueinander sind.
I n einer solchen Anordnung kann mit einem Signalfluss wie in Figur 4 gezeigt mittels der ersten Antennenstruktur ANT1 und der zweiten Antennenstruktur ANT2 und einer Verzögerungsleitung VZL von in etwa hl 4 die jeweiligen Signale auf einen Koppler K geführt werden. I n dieser Anordnung kann ein zirkular polarisiertes Signal aufgefangen werden.
Solche Signale sind häufig bei satellitengestützten Systemen, wie z. B. GNSS, anzutreffen.
Da wie in Figur 3 gezeigt (und in Verbindung mit Figur 1 ) die Antenne zwei dipolartige Antenennstrukturen ANT1 , ANT2 in einer ersten elektrisch leitenden Schicht LS1 aufweisen kann, kann eine zweite elektrisch leitende Schicht LS2 z. B. als Groundlayer verwendet werden. Hierdurch kann z. B. eine Streifenleitung und/oder eine Verzögerungsleitung in der Fahrzeugscheibe 1 realisiert werden.
D. h. mit nur zwei elektrisch leitenden Schichten LS1 , LS2 lässt sich eine zuverlässige integrierbare Antennenanordnung in einer Fahrzeugscheibe 1 bereitstellen. Da die Schichtdicken gering sind, kann die Anordnung auch in eine Verbundscheibe integriert werden.
Dabei können auch weitere (optionale) Schichten, wie z. B. eine Deckschicht DS aus Polyimid, eine Haftvermittlungsschicht KL etc. bereitgestellt sein.
Die Deckschicht DS kann z. B. ein Schwarzdruck sein, sodass Teile der Antennenstruktur ANT1 und/oder der Antennenstruktur ANT1 und/oder einer Verzögerungsleitung VZL und/oder eines Kopplers K verdeckt bereitgestellt werden können ohne den optischen Eindruck im Rest der Fahrzeugscheibe 1 zu beeinträchtigen. Andererseits kann die Deckschicht DS auch Polyimid aufweisen. Beispielsweise kann die Deckschicht DS eine Höhe von (jeweils) circa 25 pm aufweisen. Wird z. B. eine Folie mit Leiterschichten
vorkonfektioniert so können die Leiterschichten LS1 , LS2 vor Beschädigung beim Transport oder Konfektionieren oder Einbau oder Umwelteinflüssen geschützt werden.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung weist die erste elektrisch leitende Schicht LS1 eine Höhe hi_si von 10 pm - 75 pm auf. Ebenso kann die zweite elektrisch leitende Schicht LS2 eine Höhe hi_si von 10 pm - 75 pm aufweisen. Bevorzugt weist die erste elektrisch leitende Schicht LS1 und die zweite elektrisch leitende Schicht LS2 eine Höhe von etwa 35 pm auf. Auf der ersten elektrisch leitenden Schicht LS1 und/oder auf der zweiten elektrisch leitenden Schicht LS2 kann optional eine Haftvermittlungsschicht KL aufgebracht sein. Diese Haftvermittlungsschicht KL kann z. B. eine Höhe von jeweils etwa 15 pm aufweisen.
Dieses Ergebnis war für den Fachmann unerwartet und überraschend.
Bezugszeichenliste
1 Fahrzeugscheibe, aufweisend ein
GS1 Substrat
GS2 Substrat
LS1 elektrisch leitende Schicht
LS2 elektrisch leitende Schicht
ANT1 Antennenstruktur
ANT2 Antennenstruktur
F Folie
hi_si Höhe
hi_s2 Höhe
DS (elektrisch isolierende) Deckschicht KL Haftvermittlungsschicht
01 Anbringungsort
02 Anbringungsort
03 Anbringungsort VZL Verzögerungsleitung K Koppler.
Claims
1. Fahrzeugscheibe, aufweisend ein erstes Substrat (GS1 ) und mindestens eine erste elektrisch leitende Schicht (LS1 ), wobei die Fahrzeugscheibe an zumindest einem Abschnitt am Rand der Fahrzeugscheibe einen Schwarzdruck aufweist, wobei die erste elektrisch leitende Schicht (LS1) zumindest abschnittsweise hinter dem Schwarzdruck angeordnet ist, wobei in dem Abschnitt der ersten elektrisch leitenden Schicht (LS1 ), der hinter dem Schwarzdruck angeordnet ist eine erste Antennenstruktur (ANT1) und eine zweite Antennenstruktur (ANT2) angeordnet sind, wobei die erste Antennenstruktur (ANT1) und die zweite Antennenstruktur (ANT2) jeweils Vorzugsrichtungen aufweisen, die einen Winkel von circa 70°- 110° zueinander aufweisen, wobei die Fahrzeugscheibe weiterhin eine Verzögerungsleitung (VZL) aufweist, um Signale der ersten Antennenstruktur (ANT1) gegenüber Signalen der zweiten Antennenstruktur (ANT2) zu verzögern, wobei die Fahrzeugscheibe weiterhin einen Koppler (K) aufweist, um die verzögerten Signale der ersten Antennenstruktur (ANT1) und Signale der zweiten Antennenstruktur (ANT2) zusammenzuführen, um ein zirkular polarisiertes Signal aufzufangen.
2. Fahrzeugscheibe nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die erste Antennenstruktur (ANT1) und/oder die zweite Antennenstruktur (ANT2) eine Dipolcharakteristik aufweisen/aufweist.
3. Fahrzeugscheibe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Winkel zwischen den Vorzugsrichtungen im Wesentlichen senkrecht zueinander ausgerichtet ist.
4. Fahrzeugscheibe nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der Koppler (K) ein Richtkoppler oder ein Hybridkoppler ist.
5. Fahrzeugscheibe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die erste leitende Schicht auf einer Folie (F) angeordnet ist, die mit der Fahrzeugscheibe verbunden ist.
6. Fahrzeugscheibe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die erste elektrisch leitende Schicht (LS1) auf einer dielektrischen Folie (F) aufgebracht ist.
7. Fahrzeugscheibe nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Folie (F) eine zweite elektrisch leitende Schicht (LS2) angeordnet auf der gegenüberliegenden Seite der ersten elektrisch leitenden Schicht (L1) aufweist.
8. Fahrzeugscheibe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die erste elektrisch leitende Schicht (LS1) eine Höhe (hi_si , hi_s2) von 10 pm - 75 pm aufweist.
9. Fahrzeugscheibe nach einem der vorhergehenden Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Fahrzeugscheibe eine Verbundscheibe ist, wobei die Fahrzeugscheibe weiterhin ein zweites Substrat (GS2) aufweist, wobei die Folie
(F) zwischen dem ersten Substrat (GS1) und dem zweiten Substrat (GS2) eingebracht ist.
10. Fahrzeug mit einer Fahrzeugscheibe nach einem der vorhergehenden Ansprüche.
11. Verwendung einer Fahrzeugscheibe nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 9, zum Empfang von Signalen zur satellitengestützten Navigation, insbesondere zum Empfang von GNSS-Signalen des Navstar GPS, Galileo, Glonass, Beidou, Navic, QZSS.
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