CZ20033419A3

CZ20033419A3 - Okenní anténa s vysokofrekvenční součástkou

Info

Publication number: CZ20033419A3
Application number: CZ20033419A
Authority: CZ
Inventors: Helmut Maeuser; Bernhard Reul
Original assignee: Saint-Gobain Glass France
Priority date: 2001-06-20
Filing date: 2002-06-19
Publication date: 2004-04-14
Also published as: ATE428194T1; US20040178961A1; JP2004535737A; DE10129664C2; BR0210399A8; BRPI0210399B1; EP1399986B1; KR20040007575A; CN100508279C; US7123202B2; CZ302426B6; ES2325314T3; JP4312597B2; EP1399986A1; WO2003009415A1; MXPA03011547A; KR100952625B1; PL204755B1; CN1518782A; DE60231876D1

Description

Předkládaný vynález se týká okenní tabule opatřené anténou s vysokofrekvenční elektrickou součástkou uspořádanou pevně na jedné z jejích ploch a vodivou strukturou, která je elektricky spojena se zmíněnou součástkou.

Dosavadní stav techniky

Dokument DE-A1-198 23 202 popisuje anténní zařízení pro vozidla, ve kterém jsou připojení na patách všech antén, které jsou uspořádány na průhledné (skleněné) okenní tabuli, sdružená v místech kontaktu pole kontaktů, obklopena plastovým podstavcem, uspořádaným na ploše okenní tabule, ve kterém je uvolnitelným způsobem upevněna vysokofrekvenční součástka, například zesilovač. Pro elektrická spojení mezi vysokofrekvenční součástkou a místy kontaktu se zde používají pérové kontakty. Ty lze sice jednoduše namontovat a demontovat, ale zároveň jsou málo odolné vůči korozi a mechanickým vibracím, které zde vznikají.

Dokument DE-A1-198 56 663 zveřejňuje zařízení pro vytvoření kontaktu mezi anténou uspořádanou na okenní tabulí a pouzdrem zesilovače upevněným na okenní tabuli. Oblast

86977a i1 • 4 44 v v v « « · » • 4 · · 4 4 4 • 4 · 4 4 ·»««· • 4 4 4 4 4 ·« 444 «4 4 spojení je obklopena vrstvou lepidla a elektrické kontakty jsou s výhodou vytvořeny pájením. Dokument US-A-6,087,996 popisuje analogické uspořádání s pérovými kontakty, ve kterém je pouzdro zesilovače upevněno na ploše okenní tabule uvolnitelným způsobem pomocí spoje na suchý zip.

Z dokumentu DE-A1-197 35 395 je známo kapacitní vazební spojení mezi plochou vodivou vrstvou, která slouží jako anténa na průhledné (skleněné) okenní tabuli, a přípojným vodičem, kterým je anténní signál veden až k radiovému přijímači. V tomto případě je kapacitní vazba provedena tak, že se jedna elektroda ve formě pásku natiskne na plochu vrstvené okenní tabule, která je orientována směrem dovnitř kabiny, kdežto vodivá vrstva je uspořádána na ploše nacházející se uvnitř kompozitu. Elektroda ve formě pásku by měla mít délku větší než 5 cm a šířku 5 až 10 mm.

Dokument DE-A1-198 58 299 ukazuje anténní systém pro zařízení pro datovou komunikaci ve vozidle: dvě strany dielektrické montážní plochy, například zasklení, mohou být mezi sebou spojeny kapacitní vazbou mezi součástkami anténního systému uspořádanými na plochých vazebních elektrodách.

Dokumenty US-4,931,805 a US-4,931,806 popisují telefonní anténu umístěnou na okně vozidla: vnější modul nese anténu a vnitřní modul je s touto anténou spojen kapacitním přenosem signálu. Okenní tabule slouží jako dielektrikum. Oba moduly jsou na ploše okenní tabule připevněny oboustrannými lepicími páskami.

86977a f · ·· * · · *··«·· » · » ···· ·· ·· ··· ·· ·

Podstata vynálezu

S ohledem na známé okno s vysokofrekvenční součástkou je cílem vynálezu navrhnout jiné provedení spojení pro vytvoření kontaktu s vysokofrekvenční součástkou uspořádanou na ploše okenní tabule.

Podle vynálezu je tohoto cíle dosaženo tak, že vysokofrekvenční součástka a vodivá struktura jsou uspořádány na téže ploše okenní tabule a že vysokofrekvenční součástka má alespoň jednu plochou vazební elektrodu, která je prostřednictvím mezilehlé dielektrické vrstvy udržována ve vymezené vzdálenosti od ploché vodivé struktury, vedoucí vysokofrekvenční anténní signály, aby se vytvořilo zmíněné elektrické spojení. Znaky závislých nároků vymezují výhodná provedení tohoto předmětu.

Do vysokofrekvenční součástky může být přenášeno množství anténních signálů také bez skutečných míst kontaktu, a to kapacitní cestou prostřednictvím ploché elektrody, přičemž ztráty způsobené tlumením jsou zanedbatelné. K tomuto účelu je nejprve třeba na okenní tabuli uspořádat plochou vodivou strukturu vedoucí anténní signály. Může se přitom jednat o rozhlasové a televizní signály antén pro vícenásobný příjem. Mohou to však být také ještě více kombinované signály rozhlasové/televizní, radiotelefonické, GPS aj. Tyto signály mohou být ve vysokofrekvenční součástce pomocí vhodných součástek filtrovány a využívány odděleně, zejména mohou být zesilovány a později znovu obnovovány.

Obě vazební elektrody se samozřejmě musí zcela překrývat, protože kapacita je úměrná ploše elektrod.

·»»*

86977a ť * «······«· • •flflflfl · · · · fl···

Neúplné překrývání vede k redukci vazební kapacity a tedy ke zvýšení tlumení při nižších frekvencích. Zmíněné překrývání lze zpravidla zajistit tak, že vodivá struktura, použitá jako vazební bod, se provede velkoplošně na povrchu okenní tabule ve formě příslušné vazební, popř. plošné elektrody, takže malé odchylky v umístění zůstávají neškodné.

Velkou výhodou tohoto uspořádání je to, že vysokofrekvenční součástka může být provedena ve formě jednoduché destičky bez galvanického kontaktu s okenní tabulí.

Mezilehlou dielektrickou vrstvou může být vrstva vzduchu o vymezené tloušťce, pokud je možné ji udržovat trvale konstantní po upevnění vysokofrekvenční součástky na okenní tabuli opatřenou anténou. To může být provedeno například pomocí vhodných montážních zařízení s rozpěrnými díly. Vysokofrekvenční součástka ze zpravidla nalepí na plochu okenní tabule. Když obsahuje vlastní pouzdro, musí být po nalepení provedeny pouze vnější elektrické spoje. Když vysokofrekvenční součástka neobsahuje vlastní pouzdro, může být - samozřejmě po důkladné kontrole její funkčnosti vhodnou hmotou trvale zalisována. Takto se vysokofrekvenční součástka téměř hermeticky uchrání od vnějších vlivů, ačkoliv nemusí mít žádnou vlastní schránku. To zároveň přispívá ke snížení jejího vyčnívání nad povrch okenní tabule. Zejména v případě použití okenní tabule opatřené anténou ve vozidle je spolehlivá ochrana před vlhkostí a vodní párou nezbytná.

Ve výhodném provedení může být šířka oblasti kapacitního přenosu provedena pomocí (oboustranné) lepicí pásky o vymezené tloušťce. Ta jednak bezprostředně tvoří

86977a < ··«·>·«*·» • to · · » to · · · to to·*· • · · · · to · · · ·♦·· ·· *· ·«· ·· to mezilehlou dielektrickou vrstvu mezi vodivou strukturou ze strany okenní tabule a vazební elektrodou vysokofrekvenční součástky, jednak je tímto způsobem velmi výrazně usnadněno upevnění vysokofrekvenční součástky. Materiál lepicí pásky trvale zajišťuje dodržení požadované šířky, resp. vzdálenosti elektrod oblasti kapacitního přenosu.

Další výhodou tohoto uspořádání je krátká cesta signálu od antény až k vysokofrekvenční součástce, zvláště obsahujeli zesilovač. Neboť jak ztráty tak rušivé vlivy zůstávají v tomto případě velmi malé. Vysokofrekvenční součástka může kromě jednoho nebo několika zesilovačů obsahovat také např. jeden nebo několik voličů kanálů apod.

Rovněž výměna případně vadné součástky není příliš složitá. Je možné sejmout lisovací hmotu, popř. zároveň se součástkou, která je již nepoužitelná, a sejmout lepený spoj, přičemž pro uvolnění kontaktů není, podobně jako u pérových kontaktů, nutný žádný speciální úkon.

Je zřejmé, že popsané uspořádání vysokofrekvenční součástky na okenní tabuli opatřené anténou může být využito jak pro skleněné okenní tabule tak pro plastové okenní tabule a samozřejmě také jak pro monolitické tak pro vrstvené okenní tabule.

Spojení mezi vodivou strukturou a anténními prvky ani výroba a povaha těchto prvků zde nebudou blíže vysvětlovány, protože mnohé způsoby jejich provedení a různé jejich kombinace byly již popsány v dosavadním stavu techniky.

Je však třeba konstatovat, že se přenos signálů z vodivé struktury na vazební elektrodu pod vysokofrekvenční

86977a • ftft « «

I • · · ft • · · • · · ft ftftftft ftftftft · · ftft ft·· ftft · součástkou nemusí omezovat na jedinou přenosovou oblast, popř. kapacitu. Naopak je rovněž možné rozdělit (natištěnou nebo nalepenou) vodivou strukturu na několik částí, které jsou od sebe elektricky odděleny a spojeny vždy z jedním anténním polem apod. Jinak řečeno, tímto způsobem je na ploše okenní tabule možné uspořádat několik lokálně blízkých vazebních bodů. Jimi vedené signály jsou prostřednictvím odpovídajícího počtu prostorově a funkčně jednotlivě připojených vazebních elektrod paralelně spojeny na vysokofrekvenční součástce, která překrývá tento větší počet přenosových oblastí, popř. kapacit.

Tímto způsobem lze lokálně, např. v jednom místě na ploše okenní tabule, sdružit signály anténních struktur, které jsou rozmístěny na několika okenních tabulích (např. na bočních oknech a na zadním okně automobilu), jak tomu může být především v anténních systémech pro vícenásobný příjem. Je však třeba dbát na to, že příliš malé vzdálenosti kontaktů (jednotlivých částí vodivé struktury) v těchto vícenásobných řešeních mohou vést k přeslechům signálů. Pro snížení nebo znemožnění tohoto jevu by měly být odstupy mezi dvěma kontaktními plochami větší než délky protilehlých kontaktních hran, které jsou od sebe vzdáleny s daným odstupem.

Přehled obrázků na výkresech

Další podrobnosti a výhody předmětu vynálezu vyplynou z konkrétního příkladu provedení znázorněného na výkresu a jeho podrobného popisu, který je uveden níže.

86977a φ φφ · · » φφφφ • φφφφφ · φ · φ φφφφ φφφ φφφ φφφ ··· ·Φ φφ ·» φφ φ

Jediný výkres představuje zjednodušené znázornění (které není v měřítku) řezu okrajovou oblastí okenní tabule opatřené anténou, na které je pomocí oboustranné lepicí pásky trvale připevněna vysokofrekvenční součástka.

Příklady provedení vynálezu

Průhledná monolitická skleněná okenní tabule 1_ má blízko okraje jedné ze svých ploch jednak neprůhledný povlak 2 a jednak elektricky vodivou strukturu 3, která je uspořádána na uvedeném neprůhledném povlaku. Neprůhledný povlak a vodivá struktura jsou s výhodou provedeny známým způsobem pomocí sítotisku s využitím vhodných past, které mohou být následně vypáleny (na skleněné okenní tabuli). Neprůhledný povlak 2 nemusí být elektricky vodivý. Naproti tomu vodivá struktura 2 ^s výhodou provedena známým způsobem s využitím sítotiskové pasty s vysokým obsahem stříbra, podobně jako například přípojnice proudu pro natištěné a vypálené topné vodiče nebo pro topné vrstvy na automobilových okenních tabulích. V ideálním případě může mít vodivá struktura 3 v tomto použití také další funkci, totiž může sloužit jako přípojnice uvedeného typu. Anténní struktury mohou být známým způsobem rovněž použity jako topné prvky, když se jim dodá napájecí napětí z palubní elektroinstalace.

Na vodivé struktuře 3 je pomocí tenké oboustranné lepicí pásky 4 připevněna vysokofrekvenční součástka HF, ke které se vrátíme později.

86977a • «

Λ · * · • t · · · fc ······ · · · ···· ·· fcfc »·« fc· fc

Mezi vodivou strukturou 3 a lepicí páskou by se mohla, na žádost konečného uživatele, nacházet další opticky neprůhledná krycí vrstva, která není elektricky vodivá.

Ve stavu po zasazení okenní tabule 1. opatřené anténou do (neznázorněné) karoserie vozidla, je toto zařízení zpravidla uspořádáno na ploše orientované směrem do vnitřního prostoru vozidla a směrem dovnitř je překryto vnitřním pláštěm. Neprůhledný povlak 2 opticky kryje vodivou strukturu 3 a vysokofrekvenční součástku HF směrem navenek.

Přímo s lepicí páskou 4 je spojena tenká plochá elektroda 5 z dobře vodivého kovu, např. z mědi.

Lepicí páska £ tvoří dielektrickou oddělovací vrstvu s vymezenou tloušťkou mezi vodivou strukturou 3 a plochou elektrodou 5. Její tloušťka určuje vzdálenost mezi dvěma elektrodami, která by neměla překročit přibližně 0,5 mm, a podstatným způsobem určuje chování zařízení, co se týče kapacitního přenosu.

Mezi vodivou strukturou 2 ^a vysokofrekvenční součástkou HF není potřeba žádný galvanický kontakt. Naopak vodivá struktura 3 slouží jako první elektroda kapacitní signálové vazby do vysokofrekvenční součástky HF přes plochou elektrodu 5. Tloušťka elektrody může dosahovat 10 až 100 pm a její povrch je přibližně 900 mm². V tomto případě má délku přibližně 100 mm, šířku 10 mm a tloušťku 35 pm. Vodivá struktura má v tomto místě šířku více než 10 mm a tloušťku 4 - 15 pm s obsahem stříbra více než 70 % a měrným odporem 2,85 - 5, 45 . 10⁶ [Q.cm] . Takto je dosaženo uspokojivého přenosového chování pro frekvence vyšší než 40 MHz, tedy signály typu VHF, FM, UHF atd. jsou přenášeny spolehlivě a • · · • ····

86977a • »· · ♦ · fc · t · • · » · t fc · fc · · ···· • · · · fc · · ···· ·· ·· ·· efc fc kvalitně. Útlum zůstává nízký, byl naměřen útlum pouze

0,69 dB mezi 76 MHz a 860 MHz (frekvence pro signály EM a UHF) .

Geometrické rozměry fyzických součástek mohou být udrženy konstantní v úzkých tolerančních rozmezích. Je důležité, že přilnavá vrstva neumožňuje pronikání vlhkosti.

S výhodou se použije akrylátové lepidlo ve formě filmu nebo pěny, jehož permitivita leží mezi 2 a 4.

Tak se celkově vytvoří kapacita, která je vyhovující pro přenos vysokofrekvenčních signálů z vodivé struktury 2 na plochou elektrodu 5, popř. na další komponenty vysokofrekvenční součástky HF.

Plochá elektroda 5 je z jedné strany spojena, s výhodou opět přilepena, s poměrně silnou elastickou vrstvou 6, která může a měla by vyrovnávat mírná zakřivení povrchu okenní tabule 2· Samotná plochá elektroda 5 je dostatečně tenká na to, aby mohla kopírovat všechna zakřivení povrchu, která jsou v praxi důležitá. Zakřivení proto mají pouze zanedbatelný vliv na šířku štěrbiny, resp. na tloušťku lepicí pásky 4. Poté následuje nosná deska 7, která tvoří zadní mechanickou kostru vysokofrekvenční součástky HF.

V závislosti na montážním okolí může být tato nosná deska tuhá nebo pružná. Na ní je upevněna nosná destička 2 s elektronickým vybavením, které zde není třeba blíže specifikovat. Také ona může být, podobně jako nosná deska, tuhá nebo pružná v závislosti na daných požadavcích, pokud si to vyžaduje montážní okolí (např. velmi malé poloměry zakřivení povrchu okenní tabule v místě připevnění) nebo pokud má vysokofrekvenční součástka poměrně velké plošné rozměry.

86977a * « * » · fcfc · fc · • ·· fc * · fcfcfcfc ••fcfcfcfc fcfcfcfc··· fc · · fc fc fc fcfc· fcfcfcfc fcfc fcfc ··· fcfc fc

K nosné destičce, resp. k dvěma vodivým stopám, které jsou na ní vytvořeny, je konečně elektricky připojen řídící kabel 9. Tímto (zastíněným) řídícím kabelem 9 o tloušťce větší než 5 pm jsou přenášeny signály k přístrojům uspořádaným dále po proudu, které zde nejsou znázorněny (radiové nebo televizní přijímače, telefonní stanice atd.). Kromě toho slouží k napájení vysokofrekvenční součástky HF elektrickým proudem a případně také k jejímu spojení se zemí.

Všechna tato zařízení jsou zapouzdřena do lisovací hmoty 10, která pevně přiléhá k povrchu okenní tabule 1^ opatřené anténou, resp. k neprůhlednému povlaku 2, a hermeticky chrání vysokofrekvenční součástku HF před vlhkostí a zanesením.

Spojení mezi vysokofrekvenční součástkou a vodivou strukturou zde bylo popsáno jako kapacitní. V jiné variantě může být induktivního typu, přičemž by obsahovalo dvě cívky.

Claims

1. Okenní tabule (1) opatřená anténou s vysokofrekvenční elektrickou součástkou (HF) uspořádanou pevně na jedné z jejích ploch a vodivou strukturou (3), která je elektricky spojena se součástkou (HF), vyznačující se tím, že vysokofrekvenční součástka (HF) a vodivá struktura (3) jsou uspořádány na téže ploše okenní tabule a že vysokofrekvenční součástka (HF) má alespoň jednu plochou vazební elektrodu (5), která je prostřednictvím mezilehlé dielektrické vrstvy (4) udržována ve vymezené vzdálenosti od ploché vodivé struktury (3), vedoucí vysokofrekvenční anténní signály, aby se vytvořilo zmíněné elektrické spojení.

2. Okenní tabule opatřená anténou podle nároku 1, vyznačující se tím, že vysokofrekvenční součástka (HF) obsahuje nosnou desku (7), která nese plochou vazební elektrodu (5) jakož i další součástky, které jsou s ní spojeny.

3. Okenní tabule opatřená anténou podle nároku 1 nebo 2, vyznačující se tím, že mezilehlá dielektrická vrstva je tvořena lepicí páskou (4) o vymezené tloušťce.

4. Okenní tabule opatřená anténou podle nároku 1 nebo 2, vyznačující se tím, že mezilehlou dielektrickou vrstvou je vrstva vzduchu o vymezené tloušťce.

5. Okenní tabule opatřená anténou podle kteréhokoliv z předcházejících nároků, vyznačující se tím, že

16 86977a

V* Φ Φ * • φφφφ «φφφ φφφφ φ φφφ φφφ φφ · • ·· φ « • · φφφ φ • φ φ φ φ φφφφ φ» φφ vysokofrekvenční součástka (HF) upevněná na okenní tabuli (1) je vzduchotěsně a parotěsně zalisována tvrzenou hmotou (10), která přiléhá k ploše okenní tabule.

6. Okenní tabule opatřená anténou podle kteréhokoliv z předcházejících nároků, vyznačující se tím, že ploché vodivá struktura (3) je tvořena elektricky vodivou vypalovací pastou, která je natištěna a vypálena na ploše okenní tabule (1) .

7. Okenní tabule opatřená anténou podle kteréhokoliv z předcházejících nároků, vyznačující se tím, že prvky antény jsou rovněž tvořeny elektricky vodivou vypalovací pastou, která je natištěna a vypálena.

8. Okenní tabule opatřená anténou podle kteréhokoliv z předcházejících nároků, vyznačující se tím, že plochá vodivá struktura je elektricky nebo kapacitně spojena s prvky antény, které jsou uspořádány na druhé ploše okenní tabule, zejména uvnitř vrstvené okenní tabule.

9. Okenní tabule opatřená anténou podle kteréhokoliv z předcházejících nároků, vyznačující se tím, že plochá vodivá struktura je rozdělena na několik částí vedoucích signály, které jsou uspořádány se vzájemnými odstupy a jsou od sebe elektricky odděleny a jimž je prostorově a funkčně přiřazena vždy jedna vazební elektroda vysokofrekvenční součástky.