CN106463813A - 机动车天线玻璃板 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及用于将机动车内室与外部环境隔离的机动车天线玻璃板(100)，其至少包含：‑ 具有外侧表面(III)的内玻璃板(1)，‑ 具有内侧表面(II)的外玻璃板(2)，‑ 至少一个中间层(3、3')，其将外玻璃板(2)的内侧表面(II)整面地与内玻璃板(1)的外侧表面(III)接合，‑ 平面的天线结构(4)，其设置在内玻璃板(1)和外玻璃板(2)之间，‑ 基板(5)，其设置在相对于天线结构(4)的内室侧，其中‑ 在天线结构(4)和基板(5)之间设置至少一个介电体，并且该介电体至少由内玻璃板(1)、由中间层(3、3')或者由内玻璃板(1)和中间层(3、3')组成，‑ 所述天线结构(4)的基本面的长度lA与宽度bA的比例为1：1至10：1，和‑ 所述基板(5)至少设置在天线结构(4)相对于内玻璃板(1)的正交投影的区域中。

Description

机动车天线玻璃板
本发明涉及机动车天线玻璃板、用于制造该机动车天线玻璃板的方法及其用途。
在现代的机动车中，经常集成了借助全球导航卫星系统(GNSS)的导航系统。处于运行中的系统例如有全球定位系统(GPS)或者GLObal导航卫星系统(GLONASS)。为此所需的天线可以设置在车身上和因此在机动车内室之外，例如在US 20140176374 A1中已知的。这类天线失去了吸引力，因为它们不利于机动车的美学外观、可能引起风吹噪音和易于损坏和破坏。
替代地，GNSS天线可被设置在机动车内室中，例如在仪表板下方或挡风玻璃下方。这样很难找到合适的位置以使天线很好地对准GNSS卫星并同时避免由于在仪表板中的电气设备和由于机动车发动机造成的EMC问题。此外，导电层，例如红外线反射层或低辐射层可能由于玻璃板而阻止电磁辐射的传输和阻断GNSS信号。
典型的GPS天线可以为平面的天线，并且通常为贴片天线，例如在WO 00/22695A1、DE 202006011919 U1和DE 202010011837 U1中已知。其中，将平面的金属天线结构设置在导体板或陶瓷载体的一侧。在相反侧上设置平面的基板作为接地面(Massefläche)。天线结构和基板经由电线与电接收单元相连。因为导体板或陶瓷载体的材料厚度，所述天线具有一定的厚度，并且在直接设置在挡风玻璃上的情况下清晰可见和较不美观。
本发明的目的在于，提供改进的机动车天线玻璃板，其中可以容易地和低成本地集成天线和特别是GPS-天线。
本发明的目的根据本发明通过独立权利要求1的机动车天线玻璃板而实现。优选的实施方案出自于从属权利要求。
本发明的机动车天线玻璃板至少包含下列特征：
- 具有外侧表面(III)和内侧表面的(IV)的内玻璃板，
- 具有外侧表面(I)和内侧表面(II)的外玻璃板，
- 至少一个中间层，其将所述外玻璃板的内侧表面(II)整面地与所述内玻璃板的外侧表面(III)接合，
- 平面的天线结构，其设置在所述内玻璃板和所述外玻璃板之间，
- 基板，其设置在相对于所述天线结构的内室侧，
其中
- 在所述天线结构和所述基板之间设置至少一个相对介电常数为εr的介电体(Dielektrium)，并且该介电体至少由所述内玻璃板、由所述中间层或者由所述内玻璃板和中间层组成，
- 所述天线结构的基本面的长度lA与宽度bA的比例为1：1至10：1，和
- 所述基板至少设置在所述天线结构相对于所述内玻璃板的正交投影的区域中。
所述基板优选用作接地面，也就是说它可以与机动车的基准接地(Bezugsmasse)相连。
本发明的机动车天线玻璃板适合用于将机动车内室与外部环境隔离。由此定义机动车天线玻璃板的内侧表面(II、IV)为朝向机动车内室，以及外侧表面(I、III)为背离机动车内室。
所述天线结构是平面的导电结构或者层。它设置在内玻璃板和外玻璃板之间。所述基板同样是导电结构或者层。该基板同样是基本上平面的。它设置在相对于天线结构的内室侧。这意味着，所述基板相对于天线结构设置在更靠近机动车内室。
作为内玻璃板和外玻璃板，基本上所有如下的电绝缘基材都是合适的：其在本发明的机动车天线玻璃板的制造和应用的条件下是热稳定和化学稳定的以及尺寸稳定的。
所述内玻璃板和/或外玻璃优选包含玻璃，特别优选平板玻璃、浮法玻璃、石英玻璃、硼硅玻璃、钠钙玻璃，或者透明的塑料，优选刚性的透明塑料，尤其聚乙烯、聚丙烯、聚碳酸酯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚苯乙烯、聚酰胺、聚酯、聚氯乙烯和/或其混合物。所述内玻璃板和/或外玻璃板优选是透明的，尤其对于机动车天线玻璃板作为机动车的挡风玻璃或后玻璃的用途或者需要高透光性的其它用途。在本发明中，透明的是指玻璃板在可见光谱范围中的透射率大于70 %。对于没有位于驾驶员的行车相关的视野中的机动车天线玻璃板，例如顶玻璃，透射率也可以低得多，例如大于或等于5 %。
所述内玻璃板和/或外玻璃板的厚度可以宽泛地变化和因此极好地满足个别情况的要求。优选地，用于机动车玻璃的标准厚度为1.0 mm至25 mm，优选1.4 mm至2.5 mm。所述内玻璃板和/或外玻璃板的大小可以宽泛地变化和取决于本发明用途的大小。例如在机动车制造中的内玻璃板和/或外玻璃板的面积通常为200 cm²至3 m²。
所述机动车天线玻璃板可以具有任意的三维形状。优选地，该三维形状不具有阴影区，从而使其可以例如通过阴极溅射而涂覆。优选地，所述内玻璃板和外玻璃板是平面的或者或多或少在空间的一个方向上或多个方向上弯曲。特别地，使用平面的玻璃板。所述玻璃板可以是无色的或着色的。
所述内玻璃板和/或外玻璃板的相对介电常数εr,1/2优选为2至8和特别优选6至8。在这种相对介电常数下，可以实现特别好的天线接收-和发射性能。
所述内玻璃板和/或外玻璃板通过至少一个中间层彼此接合。所述中间层优选是透明的。所述中间层优选包含至少一种塑料，优选聚乙烯醇缩丁醛(PVB)、乙烯乙酸乙烯酯(EVA)和/或者聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)。所述中间层也可以包含例如聚氨酯(PU)、聚丙烯(PP)、聚丙烯酸酯、聚乙烯(PE)、聚碳酸酯(PC)、聚甲基丙烯酸甲酯、聚氯乙烯、聚乙酸酯树脂(Polyacetatharz)、浇铸树脂、丙烯酸酯、氟化的乙烯-丙烯、聚氟乙烯和/或乙烯-四氟乙烯或者它们的共聚物或混合物。所述中间层可以通过一个或多个彼此叠置或相邻设置的薄膜而形成，其中薄膜的厚度优选为0.025 mm至1 mm，通常为0.38 mm或者0.76 mm。所述中间层优选可以是热塑性的且在层压之后将内玻璃板和外玻璃板和可能的其它中间层彼此胶粘。
所述中间层的相对介电常数εr,3优选为2至4和特别优选2.1至2.9。在这种相对介电常数下，可以实现特别好的天线性能。
在所述天线结构和基板之间设置至少一个相对介电常数为εr的介电体。因为所述天线结构设置在内玻璃板和外玻璃板之间，从而得出三种优选的情况：
所述天线结构设置在外玻璃板和中间层之间。所述基板然后可以设置在中间层和内玻璃板之间或者在内玻璃板的内侧表面(IV)之上。在第一种情况下，设置在天线结构和基板之间的介电体包含中间层或者由其构成；在第二种情况下，所述介电体包含中间层和内玻璃板或者由其构成。
替代地，所述天线结构可以设置在中间层和内玻璃板之间。所述基板然后设置在内玻璃板的内侧表面(IV)上。在这种情况下，所述介电体包含内玻璃板或者由其构成。
在所有的情况下，所述基板至少设置在所述天线结构相对于所述内玻璃板的正交投影的区域中。这意味着，当从机动车内室通过机动车天线玻璃板看时，即看到机动车天线玻璃板的内侧表面(IV)上，只有所述基板可见且所述基板完全遮盖了朝向天线结构的视线。
在本发明的一个有利实施方案中，所述基板的面积大于所述天线结构的面积，优选大至少10%和特别优选大至少25%。在本发明的另一个有利实施方案中，所述基板在天线结构的正交投影中超出天线结构的范围分别至少2 mm，优选至少5 mm和特别是至少10 mm。
所述天线结构的基本面的长度lA与宽度bA之比为1：1至10：1，优选1：1至2：1和特别优选1：1至1.1：1。所述天线结构的基本面优选是矩形、正方形、梯形、具有多于四个角的多边形、椭圆形或圆形。在矩形的情况下，长度lA对应于矩形的长边的长度且宽度bA对应于矩形的短边的长度。在正方形或具有相同大小边长的基本上正方的基本面的情况下，长度lA和宽度bA的比例因此为1：1。在不是矩形和特别是椭圆结构的情况下，长度lA通过该结构的最大长度确定且宽度bA通过与长度lA正交的方向上的长度确定。在圆形基本面的情况下，长度lA和宽度bA的比例为1：1。
在本发明中，特别是对于矩形或正方形的基本面，可以斜切一个，优选两个彼此对角线相对的角，和特别优选所有的角。由此可以有利地使天线结构匹配待接收的电磁辐射。所述斜切有利地为长度lA和/或宽度bA的小于20%，优选小于10%。
所述天线结构的尺寸通常取决于所希望的频带和各自的用途。对于0.8 GHz至2.7GHz频率范围内的移动无线电用途，天线结构通常具有20 mm至60 mm的长度lA和/或宽度bA。对于在1.2 GHz至1.7 GHz频率范围内的卫星辅助导航(GNSS)的用途，天线结构通常具有30mm至40 mm的长度lA和/或宽度bA。
在本发明的一个有利实施方案中，将天线结构针对具有1575.42 MHz频率和右旋圆极化(rechts-zirkular-polarisiert)的电磁振动平面的GPS-信号进行优化。为此，天线结构具有长度lA为36 mm和宽度bA为34 mm和因此大约1.06：1比例的矩形基本面。
所述天线结构可以有利地具有其它空缺(Ausnehmung)。特别有利的是狭缝状空缺。对于矩形或正方形的天线结构基本面，狭缝状空缺的较长侧优选平行于和特别是沿着基本面的对角线的方向。所述狭缝状空缺例如具有矩形的形状，有利的是长度lS为5 mm至20 mm，优选7.5 mm至12.5 mm，宽度bS为0.5 mm至5.0 mm，优选0.9 mm至3.1 mm。
此外，所述天线结构可以具有矩形形状的空缺，其设置在天线结构和天线结构基本面中的信号导线之间的导电接点的两侧上。特别的优点在于，其可以实现进入或离开天线结构的天线信号的特别好的输入耦合或输出耦合，其然后通过信号导线输送到发射-或接收电子器件。
在本发明的一个有利实施方案中，所述天线结构和/或基板由印制和烧制的导电糊料，优选含银的丝网印刷糊料构成。所述印制和烧制的导电糊料的厚度有利地为3 µm至20 µm且其表面电阻为0.001欧姆/平方至0.03欧姆/平方，优选0.002欧姆/平方至0.018欧姆/平方。这类天线结构和基板在工业制造工艺中易于集成和可以低成本地制造。
在本发明的另一个有利实施方案中，所述天线结构和/或基板由导电薄膜，优选金属薄膜和特别是铜-、银-、金-或者铝薄膜构成。应理解的是，这类薄膜也可以设置在载体薄膜，例如聚合物载体薄膜，如聚酰亚胺或者聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)上。在载体薄膜上的这类天线结构和基板是特别有利的，因为整个天线结构与基板一起可以由一个单元制造且在制造过程中可以方便地和位置准确地插入随后的机动车天线玻璃板中。
在本发明的另一个有利实施方案中，所述天线结构和/或基板由导电结构构成，该导电结构由导电层通过不含涂层的分离区域，特别是不含涂层的分离线与周围层电绝缘。在本发明的一个替代实施方案中，所述分离区域不是完全不含涂层的，而是被大量彼此交叉的分离线划分为小的、彼此电绝缘的区域，这在下文中也称为格栅(Raster)。格栅的尺寸如此选择，以使得剩余的导电层不与入射的高频电磁辐射相互作用。通常，两个相邻的分离线的最大距离小于或等于3 mm。
对于完全不含涂层的分离区域和格栅化的分离区域，该分离区域的宽度大于或等于5 mm，优选大于或等于，其中λ是电磁结构优化所针对的电磁辐射的波长，且εeff是围住天线结构和/或基板的介电体的有效介电常数。对于针对GNSS-系统优化的天线结构，该宽度为50 mm至90 mm和特别是大约70 mm。
当已经将导电层设置在玻璃板中时，正如例如对于可电加热的玻璃板和具有集成的太阳辐射过滤器的玻璃板常见的，则这类的天线结构和基板是特别有利的。这时可以将整体不含涂层的分离区域或者导电层的格栅化选择为最小，而没有有效地限制可见卫星的数目(或者没有有效地影响天线的立体角)，这与在仪表板上集成的天线相反。
在本发明的机动车天线玻璃板的一个有利实施方案中，分离线的宽度为30 µm至200 µm和优选70 µm至140 µm。这样薄的分离线允许安全和足够有效的电绝缘，并且没有或仅仅微弱地同时干扰通过机动车天线玻璃板的透视性。
本发明的导电层例如在DE 20 2008 017 611 U1、EP 0 847 965 B1或者WO2012/052315 A1中已知。它们通常包含一个或多个，例如两个、三个或四个导电功能层。该功能层优选包含至少一种金属，例如银、金、铜、镍和/或铬，或者金属合金。该功能层特别优选包含至少90重量%的金属，尤其至少99.9重量%的金属。该功能层可以由金属或金属合金构成。该功能层特别优选包含银或含银的合金。这样的功能层具有特别有利的导电性以及同时在可见光谱范围中高的透射率。功能层的厚度优选为5 nm至50 nm，特别优选8 nm至25 nm。在所述功能层的该厚度范围内，实现在可见光谱范围中有利的高透射率和特别有利的导电性。
通常，分别在两个相邻的功能层之间设置至少一个介电层。优选地，在第一功能层之下和/或在最后的功能层之上设置另一个介电层。介电层包含至少一个由介电材料构成的单层，该介电材料例如包含氮化物，如氮化硅，或者氧化物，如氧化铝。应理解的是，该介电层也可以分别包含多个单层，例如由介电材料构成的单层，平滑层、匹配层(Anpassungsschicht)、阻隔层和/或抗反射层。介电层的厚度例如为10 nm至200 nm。
该层结构通常通过一系列的沉积过程获得，这些沉积过程通过真空方法，例如磁场辅助的阴极溅射进行。
其它合适的导电层优选包含氧化铟锡(ITO)、氟掺杂的氧化锡(SnO2：F)或者铝掺杂的氧化锌(ZnO：Al)。
所述导电层原则上可以是任何能够电接触的涂层。如果本发明的玻璃板应实现透视性，例如对于窗户区域中的玻璃板的情况，则所述导电层优选是透明的。在一个有利的实施方案中，所述导电层是一个层或者多个单层的层结构，其具有小于或等于2 μm，特别优选小于或等于1 μm的总厚度。
有利的本发明的透明导电层的表面电阻为0.4欧姆/平方至200欧姆/平方。在一个特别有利的实施方案中，本发明的导电层的表面电阻为0.5欧姆/平方至20欧姆/平方。具有这种表面电阻的涂层特别适用于在通常12 V至48 V的车载电压下或者在电动车的通常最大500 V的车载电压下加热机动车玻璃板。
在本发明的复合玻璃板的一个有利实施方案中，将所述导电层设置为距离复合玻璃板的边缘的宽度为2 mm至50 mm，优选5 mm至20 mm。这样，导电层没有与大气接触，并且在机动车天线玻璃板的内部通过所述中间层有利地被保护免受损伤和腐蚀。
所述导电层优选包含透明的导电涂层。透明的意味着对于300 nm至1300 nm波长的电磁辐射和特别是对于可见光是可透过的。
如果因为天线结构和/或基板设置在机动车天线玻璃板的例如由于遮蔽印刷物或塑料外壳而阻止透视性的区域中而不需要使导电层是透明的，则导电层也可以构造成相比于透明的导电层明显更厚。这类更厚的层可以具有明显低的表面电阻。有利地，所述导电薄膜例如优选是金属薄膜，特别是铜-、银-、金-或者铝薄膜。该导电薄膜的厚度有利地为50 µm至1000 µm和优选100 µm至600 µm。有利地，该导电薄膜的导电率为1*106 S/m至10*107 S/m和优选3.5*107 S/m至6.5*107 S/m。
应理解的是，所述实施方案中的天线结构和基板，例如印制的糊料、导电薄膜和分离的导电层可以相互组合。也就是说，天线结构例如由导电薄膜构成而基板由印制的糊料构成等等。
在本发明的机动车天线玻璃板的一个有利实施方案中，将天线结构和基板设置在玻璃板的外边缘上。在此，距离外边缘的最大距离优选为小于20 cm，特别优选小于10 cm。这样使得天线结构、基板和引线遮掩在视觉上不起眼的黑色印刷物之下或被盖板(Abdeckung)，例如照相机外壳遮掩。
在本发明的机动车天线玻璃板的另一个有利实施方案中，天线结构的天线底点经扁平导体引至机动车天线玻璃板的边缘或从其引出。该扁平导体至少在与可机动车车身相邻设置的区域中构造为条形导体和优选构造为共平面的条形导体，其信号导线与天线结构是导电耦合的且其掩蔽体与基板是导电耦合的。导电耦合在此优选是指电流(galvanisch)耦合。替代地，该耦合也可以是电容性的。
在本发明的机动车天线玻璃板的另一个有利实施方案中，天线结构和条形导体的信号导线和/或基板和条形导体的掩蔽体构造为一体化的。这样避免天线的不同部分之间的过渡时的传导损失。此外，当将各个元件设置在共同的载体薄膜上时，这样一体化的结构可以特别容易制造。
所述条形导体优选构造为薄膜导体或者柔性的薄膜导体(扁平导体、扁平带导体)。薄膜导体是指这样的电导体，其宽度明显大于其厚度。这样的薄膜导体例如是包含或由铜、镀锡的铜、铝、银、金或其合金构成的条或带。薄膜导体的宽度例如为2 mm至16 mm且其厚度为0.03 mm至0.1 mm。所述薄膜导体可以具有绝缘的，优选聚合的，例如基于聚酰亚胺的包衣。适合于与玻璃板中的导电涂层接触的薄膜导体的总厚度例如仅为0.3 mm。这样薄的薄膜导体可以毫无困难地在各个玻璃板之间嵌入热塑性中间层中。在薄膜导体带中可以存在多个彼此电绝缘的导电层。
替代地，也可以使用薄的金属线作为电引线。该金属线特别包含铜、钨、金、银或者铝或者这些金属中的至少两种的合金。该合金还可以包含钼、铼、锇、铱、钯或铂。
在天线结构和电引线和/或基板和接地引线或掩蔽体之间的导电接点优选通过导电胶粘剂或通过焊接接点实现，这实现连接区域和引线之间的安全和持久的导电接点。替代地，所述导电接点也可以通过夹固实现，因为夹固连接通过层压过程防滑固定。替代地，也可以将引线重叠地印刷在连接区域上，例如通过含金属的和特别是含银的导电印刷糊料。替代地，也可以通过焊接制造导电接点。
在本发明的机动车天线玻璃板的另一个有利实施方案中，所述基板具有接地区域和用于天线信号的电容性输出耦合的电容性耦合区域。在此，将天线信号与在基板平面中的电容性耦合区域通过天线结构和基板平面之间的介电体而电容性耦合。该电容性耦合区域这时与薄膜导体的信号导线区域接合或与其相同。这是特别有利的，因为用于天线信号和接地或掩蔽的电引线可以在一个平面上使用唯一的条形导体而容易地制造。在机动车天线玻璃板内部中的天线结构不必单独接触并不必从机动车天线玻璃板引出单独的导体，这减小了在玻璃板边缘上的密封问题和腐蚀问题。
在本发明的机动车天线玻璃板的另一个有利实施方案中，在天线结构和基板之间的直接相邻区域中的中间层由相对介电常数为εr,3'的介电体构成，其相对介电常数大于在周围区域中的中间层的介电体的相对介电常数εr,3。优选地，εr,3' > 3* εr,3。其特别优点在于，使天线的接收-和发射性能可以更容易地满足各种需要。
在本发明的机动车天线玻璃板的另一个有利实施方案中，将所述天线结构、扁平导体和/或基板设置在载体薄膜上。所述载体薄膜优选包含聚合物和特别优选包含聚酰亚胺或者聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)或者由其构成。所述载体薄膜的相对介电常数为2至4和特别优选2.7至3.3。根据载体薄膜相对于天线结构和基板的设置，也可以将载体薄膜用作位于中间的介电体并有针对性地共同决定天线性能。
本发明也涉及机动车天线玻璃板装置，其包含如上所述构成的本发明机动车天线玻璃板以及与所述天线结构和基板电耦合的接收-或者发射电子器件。在此，所述机动车天线玻璃板设置为在机动车的机动车车身中的窗玻璃。所述基板优选用作接地面，其中在这种情况下基板与机动车的电基准接地相连。
本发明的机动车天线玻璃板的上述各种实施方案和实施方式可以单独地或以任意的组合而实现。
本发明的另一方面包括用于制造机动车天线玻璃板，特别是上述构成的本发明机动车天线玻璃板的方法，其至少包括：
(a)制造由内玻璃板、至少一个中间层和外玻璃板构成的堆叠序列，其中平面的天线结构设置在内玻璃板和外玻璃板之间且基板设置在天线结构的内室侧，和
(b)将该堆叠序列层压成机动车天线玻璃板。
在方法步骤(b)中层压，即通过中间层使内玻璃板和外玻璃板接合优选通过热、真空和/或压力的作用而实现。也可以使用本身已知的用于制造复合玻璃板的方法。
例如可以在约10 bar至15 bar的提高的压力和130℃至145℃的温度下经过大约2小时实施所谓的高压釜方法。在本身已知的真空袋-或真空环方法中，例如在大约200 mbar和80℃至110℃下操作。所述内玻璃板、热塑性中间层和外玻璃板也可以在压延机中在至少一对辊之间压成玻璃板。这类设备已知用于制造玻璃板并通常在压机之前具有至少一个加热通道。压制过程的温度例如为40℃至150℃。压延机-和高压釜方法的组合在实践中被证明是特别好的。替代地，可以使用真空层压机。其由一个或多个可加热的和可抽真空的室组成，在这些室中将内玻璃板和外玻璃板在例如大约60分钟内在0.01 mbar至800 mbar的减压和80℃至170℃的温度下进行层压。
本发明的另一方面包括本发明的机动车天线玻璃板在海陆空交通运输工具中，特别是在火车、轮船和机动车中例如作为挡风玻璃、后玻璃、侧玻璃和/或顶玻璃的用途。
本发明还包括本发明的机动车天线玻璃板用于接收卫星辅助导航的GPS-信号的用途。
下面借助附图和实施例进一步阐述本发明。附图是示意图而没有按照比例。附图不以任何形式限制本发明。
其显示了：
图1A本发明的机动车天线玻璃板的一个实施方案的俯视图，
图1B 图1A的局部Z的放大图，
图1C 沿着图1B的切割线A-A' 的横截面示意图，
图1D 沿着图1B的切割线B-B' 的横截面示意图，
图1E 沿着图1B的切割线C-C' 的横截面示意图，
图2A 沿着图1B的一个替代实施例的切割线A-A' 的横截面示意图，
图2B 沿着图1B的一个替代实施例的切割线B-B' 的横截面示意图，
图3A 沿着图1B的另一个替代实施例的切割线A-A' 的横截面示意图，
图3B 沿着图1B的另一个替代实施例的切割线B-B' 的横截面示意图，
图4A 本发明的机动车天线玻璃板的另一个替代实施方案的俯视图，
图4B 图4A的局部Z的放大图，
图4C 沿着图4B的切割线A-A' 的横截面示意图，
图4D 沿着图4B的切割线B-B' 的横截面示意图，
图4E 沿着图4B的切割线D-D' 的横截面示意图，
图5 具有本发明的天线结构的一个替代实施方案的图4A的局部Z的放大图，
图6A 本发明的机动车天线玻璃板的另一个替代实施方案的俯视图，
图6B 图6A的局部Z的放大图，
图6C 沿着图6B的切割线A-A' 的横截面示意图，
图6D 沿着图6B的切割线B-B' 的横截面示意图，
图7 本发明的方法的一个实施方案的详细流程图，
图8 在本发明的机动车天线玻璃板上的所谓S11-参数的测量。
图1A显示了本发明的机动车天线玻璃板100的一个示例性实施方案的俯视图。
图1B显示了图1A的本发明机动车天线玻璃板100的局部Z的放大图。机动车天线玻璃板100在此例如包含内玻璃板1和外玻璃板2，其通过中间层3彼此接合。机动车天线玻璃板100例如是载人机动车的挡风玻璃。机动车天线玻璃板100的尺寸例如为0.9 m x 1.5 m。
将内玻璃板1例如设置为在装入位置中朝向内室。也就是说，内玻璃板1的内侧表面IV从内室可以够到，相反地外玻璃板2的外侧表面I相对于机动车内室朝向外面。内玻璃板1和外玻璃板2例如由钠钙玻璃构成。内玻璃板1的厚度例如为1.6 mm且外玻璃板2的厚度为2.1 mm。应理解的是，内玻璃板1和外玻璃板2例如也可以构造成相同的厚度。中间层3是热塑性中间层并例如由聚乙烯醇缩丁醛(PVB)构成。它的厚度为0.76 mm。
所示图为从机动车的外面观察时外玻璃板2的外侧表面I的俯视图。
在图1C中显示了沿着图1B的切割线A-A'的横截面示意图。图1D显示了沿着图1B的切割线B-B'的相关横截面示意图。
将天线结构4和基板5设置在机动车天线玻璃板100的下部玻璃板边缘30上。天线结构4在该实施例中由0.1 mm厚的设置在内玻璃板1的外侧表面III上的铜薄膜构成。天线结构4在该实施例中由长度lA为36 mm和宽度bA同样为34 mm的矩形基本面构成。天线结构4的基本面在两个相对的角上分别具有三角形空缺7，其中分别除去了正方形的角中的一个。三角形空缺7例如是直角边长度aD = 2.5 mm的等腰直角三角形。天线结构4还具有矩形形状的狭缝状空缺6，其中长度lS为9.5 mm和宽度bS为3 mm。狭缝状空缺6以其长度沿着正方形基本面的对角线设置，其上存在三角形空缺7。
天线结构4通过导电接点13与薄膜导体10的信号导线11连接。导电接点13例如是焊接点或者导电胶粘剂。薄膜导体10至少构造在玻璃板边缘30的区域中和在此例如跨其完整的长度构造为共平面的条形导体。也就是说，平面的信号导线11被两个设置在一个平面中用于信号导线11的平面掩蔽体12或者掩蔽导体包围。薄膜导体10也由三个内部导体15，即信号导线11和两个掩蔽体12构成，它们例如一侧和优选两侧被电绝缘体16包围。电绝缘体16例如是聚合物薄膜和特别是聚酰亚胺-薄膜。内部导体15例如是宽度为4 mm和厚度为200 µm的铝薄膜。薄膜导体10围绕着玻璃板边缘30。两个掩蔽体12在内玻璃板1的内侧表面IV上与基板5通过导电接点13电连接。导电接点13例如是焊接点或者导电胶粘剂。此外，薄膜导体10具有连接元件14，例如用于与接收-或发射电子器件和在此特别是GPS-接收电子器件连接的同轴SMA(超小型-A)插头。
基板5的矩形基本面的宽度bG为6 cm且长度lG为13 cm。基板5在此突出到天线结构4相对于内玻璃板1的正交投影区域外。基板5从玻璃板边缘30向玻璃板内部偏差的距离为大约20 mm。
图1E显示了沿着图1B的切割线C-C'的横截面示意图。天线结构4的正交投影跨面A延伸到内玻璃板1的内侧表面IV上。基板5完全突出到天线结构4的正交投影的面A外。
天线结构4的正方形基本面的一个侧边缘设置为平行于玻璃板边缘30。应理解的是，该侧边缘也可以相对于玻璃板边缘30具有一定的角度，例如45°。信号导线11在天线结构4的与侧边缘30直接相邻的侧边缘上与天线结构4连接。狭缝状空缺6和具有三角形空缺7的对角线从信号导体11的连接点看从左下方向右上方延伸。
所示的天线结构4适合于接收L1-频率为1575.42 MHz的右旋圆极化的GPS-信号。所示的天线结构4也适合于实现好的GLONASS-接收。
天线结构4和基板5设置在机动车天线玻璃板100的如下区域中，其中在外玻璃板2的内侧表面II上设置黑色印刷物形式的遮蔽印刷物32。遮蔽印刷物32对于可见光是不可透过的并阻止了向机动车天线玻璃板100粘贴(Einklebung)到机动车车身中或者向天线结构4或者基板5的透视性。遮蔽印刷物32对于在由天线结构4和基板5形成的天线的频率范围内的电磁辐射是可透过的。天线的作用没有或基本上没有受到遮蔽印刷物32的影响。
图2A显示了沿着图1B的一个替代实施例的切割线A-A'的横截面示意图。图2B显示了沿着图1B的一个替代实施例的切割线B-B'的横截面示意图。
图2A和2B与图1C和1D的区别仅在于天线结构4的设置。在该实施例中，天线结构4设置在外玻璃板2和中间层3之间。在天线结构4和基板5之间的介电体由天线结构4和基板5之间的中间层3和内玻璃板1形成。薄膜导体10在机动车天线玻璃板100内部在外玻璃板2和中间层3之间延伸。另外的实施方案的特征对应于图1A至1E的描述。
图3A显示了沿着图1B的另一个替代实施例的切割线A-A'的横截面示意图。图3B显示了沿着图1B的另一个替代实施例的切割线B-B'的横截面示意图。
图3A和3B与图2A和2B的区别仅在于基板5的设置。在该实施例中，天线结构4设置在外玻璃板2和中间层3之间。基板5设置在中间层3和内玻璃板1之间。在天线结构4和基板5之间的介电体由天线结构4和基板5之间的中间层3的区域形成。信号导线11和掩蔽体12在机动车天线玻璃板100的内部中在外玻璃板2和中间层3之间延伸，其中掩蔽体12同样在机动车天线玻璃板100的内部中或者在玻璃板边缘30上通过导电接点13与基板5接触。设置在机动车天线玻璃板100的内部中的导电接点13例如在图4E中具体描绘。另外的实施方案的特征对应于图1A至1E的描述。
图4A显示了本发明的机动车天线玻璃板100的另一个替代实施方案的俯视图。图4B显示了图4A的局部Z的放大图。图4C显示了沿着图4B的切割线A-A'的横截面示意图。图4D显示了沿着图4B的切割线B-B'的横截面示意图。图4E显示了沿着图4B的切割线B-B'的横截面示意图。
图4A的机动车天线玻璃板100在材料和设置方面基本上对应于图1A的机动车天线玻璃板100，因此下文仅涉及这些机动车天线玻璃板100之间的区别。与图1A不同，天线结构4和基板5设置在机动车天线玻璃板100的上部侧边缘31上。在此，天线结构4和基板5设置在通信窗口33的区域中。在通信窗口33的区域中例如设置其它的传感器，例如雨水传感器或者照相机。通信窗口33的区域在机动车内室侧被塑料外壳覆盖(这里未示出)，其中优选设置传感器。天线结构4和基板5在其材料和尺寸方面对应于图3A和3B的实施例的天线结构4和基板5。与图3A和3B不同，中间层3没有跨整个机动车天线玻璃板100上均匀分成两个子区域。其中，在天线结构4和基板5之间的中间层3'由相对介电常数为εr,3'的材料构成，该相对介电常数εr,3'大于在周围区域中的中间层3的介电体的相对介电常数εr,3。天线结构4因此设置在外玻璃板2和中间层3'的区域之间。基板5设置在中间层3'的区域和内玻璃板1之间。在该实施例中，所述介电常数例如为εr,3' = 3* εr,3。通过合理地选择在天线结构4和基板5之间的中间层3'，可以特别好地将天线性能设定为适应各个要求。
此外，在本发明的天线结构4的该实施例中，在天线结构4的基本面中在天线结构4和信号导线11之间在导电接头13的两侧设置两个矩形空缺8。该矩形空缺8改善了来自天线结构4的天线信号的输出耦合。
图4E显示了沿着图4B的切割线D-D'的横截面示意图。可以看到导电接头13在条形导体10的掩蔽体12和基板5之间的示例性实施方案。为此，将掩蔽体12的一部分设置在中间层3'和基板5之间。在掩蔽体12和基板5之间的导电接点13与玻璃板玻璃板边缘31的距离为大约10 mm。由此可以简单和安全地密封在复合玻璃板内的导电接头13，这样提高机械稳定性且密封保护免受湿气和因此免受腐蚀。
应理解的是，这些措施也可以有利地与本发明的其它实施方案和特别与图3A和3B中的实施方案相组合。
图5显示了例如图4A至4D的本发明的机动车天线玻璃板100的一个替代实施例，其中仅仅天线结构4的基本面具有不同于图4A至4D中的形状。基本面在此为椭圆形，其中信号导线11相对于主轴或副轴设置为例如45°的角度。天线结构4的基本面的长度lA在该实施例中对应于椭圆形的最大直径，即主轴方向上的直径。宽度bA在该实施例中对应于椭圆形的最小直径。
图6A至6D显示了例如图1A至1D的本发明的机动车天线玻璃板100的一个替代实施例，其中仅仅天线结构4的电接触的构造不同。如在图6A至6D中所示，信号导线11设置在基板5和掩蔽体12的平面中，其中掩蔽体12一体化地过渡到基板5中。信号导线11在此通过内玻璃板1作为位于其间的介电体与天线结构4电容性耦合。天线信号通过该介电体与信号导线11的电容性耦合区域20耦合并传导到连接元件14。该实施方案的特别优点在于，信号导线11和掩蔽体12都不必引入机动车天线玻璃板100的内部。完全的电接触在基板5的平面上发生，其在该实施例中设置在机动车天线玻璃板100外面。基板5、信号导线11和在该实施例中也用于基板5的直接电接触的掩蔽体12也可以例如分别以0.05 mm的厚度设置在载体薄膜，例如聚酰亚胺-薄膜或者聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)-薄膜上。替代地，基板5、信号导线11和掩蔽体12也可以设置在形状稳定的塑料载体，例如照相机盖板上，并用塑料载体例如通过胶粘固定在内玻璃板1的内侧表面IV上。
图7显示了本发明的机动车天线玻璃板100的根据本发明的制造方法的一个具体实施例的流程图。
图8显示了所谓的S11-参数的测量。为此，将网络分析器与天线的输入(Eingang)通过连接元件14连接并作为频率的函数测量输入反射。S11-参数说明了该输入与参照体系(这里为50欧姆)如何好(或如何不好)地匹配并因此给出了电信号的哪部分转化为电磁信号并被天线发射的量度。高的S11-值(这里例如-5 dB)表明输入信号被强烈地反射，该天线与该频率匹配地不好且因此该天线没有有效地将输入的电信号转化为发射的电磁辐射。低的S11-值(这里例如-40 dB)表明输入信号仅仅少量反射，该天线与该频率匹配地好且因此该天线非常有效地将输入的电信号转化为发射的电磁辐射。好的信号匹配同样推断出，天线很好地吸收合适频带中的入射电磁辐射并有效地将其转化为电信号。
图8在实施例1(点线)中显示了在根据图1A至1F的实施例的机动车天线玻璃板100上在1 GHz至2 GHz的频率范围中测量的S11-参数。在此，在测试台上测量机动车天线玻璃板100。也就是说，其没有安装在机动车车身中。测量给出了在大约1.575 GHz的频率时的大约-13 dB的最小值。作为参照值，1.575 GHz的频率在图中描绘为垂直的虚线。
该测量表明，实施例1的机动车天线玻璃板100表现出对于GPS-接收的非常好的天线性能，因为其在1.50 GHz至1.65 GHz的范围中具有小于-10 dB的S11-值并因此对于好的GPS-接收以及对于好的GLONASS-接收具有足够的宽带。
此外，图8在实施例2(实线)中显示了实施例1的机动车天线玻璃板100的S11-参数的测量，其中机动车天线玻璃板100安装在机动车车身中。该测量给出了在1.575 GHz的GPS-频率时的-18 dB的值和甚至在大约1.65 GHz的频率时的大约-42 dB的最小值。
实施例2的机动车天线玻璃板100显示了在安装的状态(其中用作引线的条形导体10与机动车车身的安装框架直接相邻)中，在GPS-和GLONASS-相关的1.50 GHz至1.65 GHz的频率范围中，相比于在实施例1的未安装的状态中的机动车天线玻璃板100明显更好的接收性能(更低的S11-值)。该结果对于本领域技术人员是无法预料的和令人惊奇的。
综上所述，本发明在于提供一种改进的机动车玻璃板，其中可以容易和低成本地集成天线和特别是GPS/GLONASS-天线。
附图标记列表
1 内玻璃板
2 外玻璃板
3、3' 中间层
4 天线结构
5 基板
6 狭缝状空缺
7 三角形空缺
8 矩形空缺
10 条形导体，薄膜导体
11 信号导线
12 掩蔽体
13 导电接点
14 连接元件
15 内部导体
16 电绝缘体
20 电容性耦合区域
30、31 玻璃板边缘
32 遮蔽印刷物
33 通信窗口
100 机动车天线玻璃板
A 天线结构 4 的正交投影面
aD 三角形空缺7 的直角边长度
bA 天线结构 4 的宽度
bG 基板 5 的宽度
bS 狭缝状空缺6 的宽度
εr,1/2 内玻璃板 1或者外玻璃板 2的相对介电常数
εr,3、εr,3' 中间层 3、3'的相对介电常数
lA 天线结构 4 的长度
lG 基板 5 的长度
lS 狭缝状空缺6的长度
A-A' 切割线
B-B' 切割线
C-C' 切割线
Z 局部
I 外玻璃板 2的外侧表面
II 外玻璃板 2的内侧表面
III 内玻璃板 1的外侧表面
IV 内玻璃板 1的内侧表面。

Claims (16)

1.用于将机动车内室与外部环境隔离的机动车天线玻璃板(100)，其至少包含：
- 具有外侧表面(III)的内玻璃板(1)，
- 具有内侧表面(II)的外玻璃板(2)，
- 至少一个中间层(3、3')，其将外玻璃板(2)的内侧表面(II)整面地与内玻璃板(1)的外侧表面(III)接合，
- 平面的天线结构(4)，其设置在内玻璃板(1)和外玻璃板(2)之间，
- 基板(5)，其设置在相对于天线结构(4)的内室侧，
其中
- 在天线结构(4)和基板(5)之间设置至少一个介电体，并且该介电体至少由内玻璃板(1)、由中间层(3、3')或者由内玻璃板(1)和中间层(3、3')组成，
- 天线结构(4)的基本面的长度lA与宽度bA的比例为1：1至10：1，和
- 基板(5)至少设置在天线结构(4)相对于内玻璃板(1)的正交投影的区域中。
2.根据权利要求1的机动车天线玻璃板(100)，其中所述天线结构(4)和/或所述基板(5)由如下构成：
- 印制和烧制的导电糊料，优选含银的丝网印刷糊料，和/或
- 导电薄膜，优选金属薄膜和特别是铜-、银-、金-或者铝薄膜，和/或
- 导电结构，其由导电层通过不含涂层的分离区域，特别是通过不含涂层的分离线与周围层电绝缘。
3.根据权利要求2的机动车天线玻璃板(100)，其中所述导电层是透明的和/或具有0.4欧姆/平方至200欧姆/平方，优选0.5欧姆/平方至20欧姆/平方的表面电阻和/或含有银(Ag)、氧化铟锡(ITO)、氟掺杂的氧化锡(SnO2：F)或者铝掺杂的氧化锌(ZnO：Al)。
4.根据权利要求2或3的机动车天线玻璃板(100)，其中所述天线结构(4)和/或所述基板(5)由印制和烧制的导电糊料，优选含银的丝网印刷糊料构成，其中该印制和烧制的导电糊料的厚度为3 µm至20 µm且表面电阻为0.001欧姆/平方至0.03欧姆/平方，优选0.002欧姆/平方至0.018欧姆/平方。
5.根据权利要求1至4任一项的机动车天线玻璃板(100)，其中所述导电薄膜的厚度为50 µm至1000 µm，优选100 µm至600 µm且导电率为1*106 S/m至10*107 S/m，优选3.5*107S/m至6.5*107 S/m。
6.根据权利要求1至5任一项的机动车天线玻璃板(100)，其中天线结构(4)的天线底点经薄膜导体(10)引向机动车天线玻璃板(100)的侧边缘(30、31)并且从其引出，且所述薄膜导体(10)至少在可以与机动车车身相邻设置的区域中构成为条形导体，优选构成为共平面的条形导体，其掩蔽体(12)与基板(5)电连接，其中特别将掩蔽体(12)设置在载体薄膜上且该载体薄膜优选包含聚酰亚胺或者聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)或者由其组成，且该载体薄膜的相对介电常数优选为2至4和特别优选2.7至3.3。
7.根据权利要求6的机动车天线玻璃板(100)，其中所述天线结构(4)和所述薄膜导体(10)的信号导线(10)和/或所述基板(5)和所述薄膜导体(10)的掩蔽体(12)一体化构成，其中特别将信号导线(10)设置在载体薄膜上且该载体薄膜优选包含聚酰亚胺或者聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)或者由其组成，且该载体薄膜的相对介电常数优选为2至4和特别优选2.7至3.3。
8.根据权利要求1至5任一项的机动车天线玻璃板(100)，其中所述基板(5)具有接地区域和用于天线信号的电容性输入耦合或输出耦合的电容性耦合区域(20)。
9.根据权利要求1至8任一项的机动车天线玻璃板(100)，其中所述中间层(3')在天线结构(4)和基板(5)之间的区域中的介电体的相对介电常数εr,3' 大于所述中间层(3')在周围区域中的介电体的相对介电常数εr,3，并且优选εr,3' > 3*εr,3。
10.根据权利要求1至9任一项的机动车天线玻璃板(100)，其中所述天线结构(4)和/或所述基板(5)设置在载体薄膜上且该载体薄膜优选包含聚酰亚胺或者聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)或者由其组成，且该载体薄膜的相对介电常数优选为2至4和特别优选2.7至3.3。
11.根据权利要求1至10任一项的机动车天线玻璃板(100)，其中所述内玻璃板(1)和/或所述外玻璃板(2)包含玻璃，优选平板玻璃、浮法玻璃、石英玻璃、硼硅玻璃、钠钙玻璃，或者聚合物，优选聚乙烯、聚丙烯、聚碳酸酯、聚甲基丙烯酸甲酯和/或其混合物，和/或其相对介电常数εr,1/4 为2至8和特别优选6至8。
12.根据权利要求2至7任一项的机动车天线玻璃板(100)，其中所述天线结构(4)和/或所述基板(5)由导电结构构成，该导电结构由导电层通过完全或部分不含涂层的分离区域与周围层电绝缘，并且分离区域的宽度大于或等于5 mm和优选为50 mm至90 mm。
13.机动车天线玻璃板装置，其包含：
- 根据权利要求1至12任一项的机动车天线玻璃板(100)，和
- 接收-或发射电子器件，其与天线结构(4)和基板(5)电耦合，
其中所述机动车天线玻璃板(100)设置为在机动车车身中的窗玻璃。
14.用于制造根据权利要求1至12任一项的机动车天线玻璃板(100)的方法，其至少包括：
(a) 制造由内玻璃板(1)、至少一个中间层(3)和外玻璃板(2)构成的堆叠序列，其中平面的天线结构(4)设置在内玻璃板(1)和外玻璃板(2)之间且基板(5)设置在相对于天线结构(4)的内室侧，和
(b) 将该堆叠序列层压成机动车天线玻璃板(100)。
15.根据权利要求1至12任一项的机动车天线玻璃板(100)在海陆空交通运输工具中，特别是在机动车中例如作为挡风玻璃、后玻璃、侧玻璃和/或顶玻璃的用途。
16.根据权利要求1至12任一项的机动车天线玻璃板(100)用于接收卫星辅助的导航信号，尤其用于接收L1-频率为1575.42 MHz的右旋圆极化的GPS-信号和/或频率为1602 MHz+ 4 Mhz的GLONASS-信号的用途。
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